Поиск по сайту
Начало >> Книги >> Оборудование >> Проектирование электроустановок

Защита от косвенного прикосновения - Проектирование электроустановок

Оглавление
Проектирование электроустановок
Установленная мощность потребителя
Силовая нагрузка электроустановки
Подключение к распределительной сети высокого напряжения
Эксплуатационные аспекты распределительных сетей ВН
Создание новой подстанции ВН
Защита подстанции ВН
Подстанция потребителя с учетом на НН
Выбор понижающего трансформатора Подстанции потребителя с учетом на НН
Использование оборудования ВН на подстанции потребителя с учетом на НН
Подстанция потребителя с учетом на ВН
Создание распределительных понижающих подстанций
Подключение к низковольтной распределительной сети
Присоединение потребителей к низковольтной распределительной сети
Тарифы и учет электроэнергии потребителей
Выбор архитектуры сети высокого и низкого напряжения
Характеристики электроустановки
Характеристики оборудования высокого и низкого напряжения
Критерии оценки архитектуры сети
Выбор основных элементов архитектуры сети
Выбор архитектурных деталей сети
Выбор оборудования сети
Оптимизаця архитектуры сети
Глоссарий по сети, ID-Spec
Пример электроснабжения
Системы заземления в системах низкого напряжения
Система установких низкого напряжения
Кабели и шинопроводы низкого напряжения
Внешние воздействия в системах низкого напряжения
Защита от поражения электрическим током
Защита от косвенного прикосновения
Автоматическое отключение при двойном КЗ
Меры защиты от прямого и косвенного прикосновений без автоматического отключения
Защита имущества от ущерба вследствие пробоя изоляции
Система TT
Система TN
Система IT
УЗО

3 Защита от косвенного прикосновения

Мерами защиты являются:
автоматическое отключение питания (при первом или втором коротком замыкании в зависимости от типа системы заземления установки);
специальные меры в зависимости от обстоятельств.
Открытые проводящие части, используемые в процессе изготовления электрического оборудования, изолируются от токоведущих частей этого оборудования посредством «базовой изоляции». В случае пробоя этой изоляции открытые проводящие части могут оказаться под напряжением. Прикосновение к обычно обесточенной части электрического оборудования, оказавшейся под напряжением в результате повреждения его изоляции, называется косвенным прикосновением. Для защиты от косвенного прикосновения применяются различные меры, в частности:
Автоматическое отключение подачи питания к присоединенному электрическому оборудованию.
Специальные меры:
использование изоляционных материалов класса II или изоляции эквивалентного уровня прочности;
использование изолированных (непроводящих) помещений, расположение оборудования вне досягаемости или применение барьеров;
использование систем (схем) уравнивания потенциалов;

использование гальванической развязки (электрического разделения) цепей с помощью разделяющих трансформаторов.

Защита от косвенного прикосновения посредством автоматического отключения питания может быть обеспечена при условии надежного заземления открытых токопроводящих частей.
3.1 Меры защиты посредством автоматического
отключения питания Принцип действия
Эта защитная мера предусматривает выполнение двух основных требований:
заземление всех открытых проводящих частей электрооборудования в рассматриваемой электроустановке и создание системы уравнивания потенциалов;
автоматическое отключение питания от соответствующей секции электроустановки таким образом, чтобы требования безопасности в отношении времени отключения и напряжения прикосновения соблюдались при любом уровне напряжения прикосновения 11с* (рис. F7). Чем больше величина Uc, тем выше должна быть скорость отключения питания для обеспечения защиты (рис. F8). Максимальное значение напряжения прикосновения Uc, которое человек может безопасно выдерживать бесконечно долго, составляет 50 В переменного тока.

*Напряжение прикосновения Uc - напряжение между двумя проводящими частями и между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека или животного.

напряжение прикосновения
Рис. F7: Иллюстрация напряжения прикосновения Uc
Максимально допустимое время отключения


Uo, В

50 < Uo S 120

120 < Uo S 230

230 < Uo S 400

Uo > 400

Система TN или IT

0.8

0.4

0.2

0.1

TT

0.3

0.2

0.07

0.04

Рис. F8: Максимально допустимая длительность действия напряжения прикосновения переменного тока
Автоматическое отключение для системы TT достигается применением УЗО, имеющим чувствительность
где Ra - сопротивление заземлителя электроустановки, I Дп - дифференциальный ток срабатывания УЗО.
3.2 Автоматическое отключение в системе TT Принцип действия
В этой системе все открытые проводящие части электроустановки и сторонние проводящие части должны быть обязательно подсоединены к общему заземлителю. Нейтральная точка источника питания обычно заземляется в некотором месте, находящемся вне зоны влияния заземлителя электроустановки, но это необязательно. Сопротивление контура замыкания на землю состоит в основном из сопротивления двух заземлителей (т.е. заземлителей источника питания и электроустановки), соединенных последовательно, поэтому величина тока замыкания на землю обычно слишком мала, чтобы вызвать срабатывание реле максимального тока или плавких предохранителей, и использование УЗО является необходимым.
Данный принцип защиты применим и при использовании только одного общего заземлителя. Это может быть, например, в случае местной подстанции, расположенной в пределах территории размещения электроустановки, когда ограниченность пространства диктует необходимость применения системы заземления TN, но при этом не удается выполнить все остальные условия, налагаемые системой TN.
Защита посредством автоматического отключения питания в системе TT обеспечивается применением УЗО, имеющим чувствительность:
RA - сопротивление заземлителя электроустановки;
!Дп - номинальный дифференциальный ток срабатывания УЗО.
Для случаев временного электроснабжения (строительных площадок и др.) и электроснабжения сельскохозяйственных предприятий и садоводческих участков вместо величины 50 В используется 25 В.
Пример (рис. F9):
Сопротивление заземлителя нейтрали трансформаторной подстанции Rn = 10 Ом.
Сопротивление заземлителя электроустановки RA = 20 Ом.
Ток замыкания на землю Id = 7,7 А.

Напряжение косвенного прикосновения Ut = Id x RA = 154 В и следовательно является опасным, но !Дп = 50/20 = 2,5 А, и поэтому стандартное УЗО (без выдержки времени) с номинальным током 300 мА сработает примерно за 30 мс (рис. F10) и устранит КЗ, в результате которого на открытой проводящей части возникает опасное напряжение.

Uo(1) (В)

T (с)

50 < Uo S 120

0.3

120 < Uo S 230

0.2

230 < Uo S 400

0.07

Uo > 400

0.04

(1) Uo - номинальное напряжение между фазой и землей
Рис. F10: Максимальное время отключения цепей конечных потребителей переменного тока, рассчитанных на ток не более 32 А
Нормативное максимальное время отключения
Время отключения УЗО обычно меньше того, которое предусмотрено в большинстве национальных стандартов. Это облегчает их использование и позволяет применять эффективную селективную защиту.
Стандарт МЭК 60364-4-41 устанавливает максимальное время срабатывания защитных устройств, используемых в системе TT для защиты от косвенного прикосновения:
для всех цепей конечных потребителей с номинальным током не более 32 А максимальное время отключения не должно превышать значений, указанных на рис. F10;
для всех остальных цепей максимальное время отключения установлено равным 1 с. Эта величина обеспечивает селективность срабатывания нескольких УЗО, установленных в распределительных цепях. УЗО - общий термин для всех устройств, работающих на принципе дифференциальных (разностных) токов. Автоматический выключатель дифференциальных токов определен в стандартах МЭК 61008 как особый класс УЗО.
Автоматическое отключение питания в системе TT
Рис. F9: Автоматическое отключение питания в системе TT
Время отключения и отключающие токи УЗО общего типа G (General) и УЗО типа S (Selective - селективное), включенных в стандарт МЭК 61008, приведены на рис. F11. Эти характеристики обеспечивают определенную степень селективного отключения при использовании нескольких УЗО с различными комбинациями номинальных значений и типов (это описано ниже в подразделе 4.3). Согласно стандарту МЭК 60947-2 промышленные УЗО обеспечивают больше возможностей селективного срабатывания благодаря регулировке времени выдержки.


 

1

2

5

> 5

Бытовые УЗО

Мгновенного действия

0.3

0.15

0.04

0.04

 

Тип S

0.5

0.2

0.15

0.15

Промышлен­

Мгновенного действия

0.3

0.15

0.04

0.04

ные УЗО

Время выдержки (0,06 с)

0.5

0.2

0.15

0.15

 

Время выдержки (другое)

Определяется изготовителем

Рис. F11: Максимальное время срабатывания УЗО

 

Автоматическое отключение для системы TN осуществляется устройствами максимальной токовой защиты или устройствами защитного отключения, реагирующими на дифференциальные токи.
3.3 Автоматическое отключение в системе TN Принцип действия
В такой системе все открытые и проводящие части электроустановки и сторонние проводящие части должны быть присоединены к заземленной точке источника питания посредством защитных проводников.
Как отмечалось в подразделе 2.2 главы E, способ выполнения этого соединения зависит от того, какая система заземления используется TN (TN-C, TN-S или TN-C-S). На рис. F12 показана реализация схемы TN-C, в которой нулевой рабочий провод используется в качестве защитного и нулевого проводника (PEN). Во всех системах TN пробой изоляции на землю приводит к замыканию фазы на нейтраль. Большие уровни токов КЗ позволяют использовать максимальную токовую защиту, но могут приводить к появлению в месте пробоя изоляции напряжений прикосновения, превышающих 50% напряжения между фазой и нейтралью в течение короткого времени отключения. На практике в энергосети общего пользования заземлители обычно устанавливаются через равные интервалы по длине защитного проводника (PE или PEN) этой сети, а от потребителя часто требуется установить заземлитель на вводе.
На больших электроустановках часто предусматриваются дополнительные заземлители, рассредоточенные по территории с тем, чтобы максимально снизить напряжение прикосновения. В многоэтажных жилых зданиях на каждом уровне все сторонние проводящие части подсоединяются к защитному проводнику на каждом этаже. Чтобы обеспечить адекватную защиту, ток замыкания на землю:


Uo = номинальное напряжение между фазой и нейтралью;
Id = ток замыкания;
Ia = ток, равный величине, необходимой для срабатывания устройства защиты в нормативное время;
Zs = полное сопротивление цепи замыкания на землю (петли фаза-ноль), равное сумме сопротивлений источника питания, токоведущих фазных проводников до места КЗ, защитных проводников от места КЗ к источнику питания;
Zc = полное сопротивление неисправной цепи (см. «Традиционный метод» в подразделе 6.2). Примечание: обратный путь через заземляющие электроды до источника питания, включая заземлители, будет обычно иметь гораздо более высокие значения сопротивления, чем указанные выше, и его нет необходимости учитывать.
Пример (см. рис. F12):
Напряжение косвенного прикосновенияВ и является опасным.
Сопротивление цепи замыкания Zs=Zab + Zbc + Zde + Zen + Zna. Если Zbc и Zde значительно превышают остальные члены, то:
Ом, поэтому
при использовании автоматического выключателя NS 160).
Уставка на мгновенное действие отключающего электромагнитного расцепителя, входящего в
состав автоматического выключателя, во много раз меньше этой величины тока замыкания, поэтом
гарантируется безотказное срабатывание за минимально возможное время.
Примечание: некоторые регламентирующие органы используют в таких расчетах допущение о том
что на участке такой цепи BANE происходит падение напряжения до 20%.
Этот рекомендуемый метод поясняется в подразделе 6.2 главы F «Традиционный метод», и при его
Автоматическое отключение в системе TN
Рис. F12: Автоматическое отключение в системе TN
использовании в данном примере оцениваемая величина тока замыкания составит:
Нормативное максимальное время отключения
Стандарт МЭК 60364-4-41 устанавливает максимальное время срабатывания защитных устройств, используемых в системах TN для защиты от косвенного прикосновения:
Для всех цепей конечных потребителей с номинальным током не более 32 А максимальное время отключения цепи не должно превышать величин, указанных на рис. F13.
Для всех остальных цепей максимальное время отключения устанавливается равным 5 с. Эта величина обеспечивает селективность срабатывания защитных устройств, установленных в распределительных цепях.
Примечание: в системах заземления TN использование УЗО может оказаться необходимым. Применение УЗО в системах TN-C-S означает, что на участке цепи, расположенном ниже УЗО, защитный проводник и нулевой проводник должны быть разделены. Такое разделение обычно делается на вводе.


Uo(1) (В)

T (с)

50 < Uo < 120

0.8

120 < Uo < 230

0.4

230 < Uo < 400

0.2

Uo > 400

0.1

(1) Uo - номинальное напряжение между фазой и землей.
Рис. F13: Максимальное время отключения цепей конечных потребителей переменного тока, рассчитанных на ток не более 32 А

Если защита должна обеспечиваться автоматическим выключателем, достаточно удостовериться в том, что ток замыкания будет всегда превышать величину уставки отключающего элемента (мгновенного действия или срабатывающего с выдержкой времени) по току срабатывания (Im).
Величина Ia может быть определена по времятоковой характеристике предохранителя. В любом случае, если сопротивление контура Zs или Zc превышают определенное значение, защита предохранителем не может быть выполнена.
Защита посредством автоматического выключателя (рис. F14)
Расцепитель автоматического выключателя мгновенного действия отключит короткое замыкание на землю в течение менее чем 0,1 с.
В результате этого будет всегда гарантировано автоматическое отключение питания в течение максимально допустимого времени, поскольку могут применяться все типы отключающих элементов (электромагнитные, электронные, мгновенного действия или действия с небольшой выдержкой): Ia = Im. Всегда необходимо учитывать максимальный допуск, разрешенный соответствующим стандартом. Поэтому, для того чтобы быть уверенным в том, что отключение произойдет в
допустимое время, достаточно, чтобы ток короткого замыкания — или 0 8— , определенный
Zs ' Zc
расчетом (или посредством замеров на месте эксплуатации), превышал уставку по току расцепителя мгновенного действия или порог срабатывания расцепителя с короткой задержкой срабатывания.
Защита посредством плавких предохранителей (рис. F15)
Величину тока Ia можно определить по время-токовой характеристике плавкого предохранителя. В любом случае, защита не может быть обеспечена, если полное сопротивление цепи Zs или Zc превышает определенное значение.
Величина тока, гарантирующая правильное срабатывание плавкого предохранителя, может быть определена по времятоковой кривой соответствующего предохранителя. Ток короткого замыкания
, определенный выше, должен значительно превосходить величину, необходимую для гарантированного срабатывания этого предохранителя. Как видно из рис. F15, это условие наблюдается, когда


Рис. F14: Отключение системы TN автоматическим выключателем

Рис. F15: Отключение системы TN плавкими предохранителями

Пример: номинальное фазное напряжение сети составляет 230 В, а максимальное время отключения, взятое из графика на рис. F15 - 0,4 с. По этому же графику можно определить соответствующую величину тока Ia. Используя величины напряжения (230 В) и тока Ia, полные сопротивления контура или сопротивление петли фаза-ноль могут быть определены из выражений .
. Эта величина сопротивления не должна превышаться и для
обеспечения успешного срабатывания плавких предохранителей должна быть существенно меньше.
Защита цепей TN-S посредством УЗО
Устройства защитного отключения должны применяться в тех случаях, когда:
Нельзя определить сопротивление контура с достаточной точностью (трудно оценить длины проводников и наличие металлических предметов рядом с проводкой).
Ток короткого замыкания настолько мал, что использование устройств максимальной токовой защиты не обеспечивает нормативного времени отключения.
Но этот ток всегда значительно превышает уставку УЗО (30 мА - 1 А). На практике УЗО часто устанавливаются на распределительных подстанциях низкого напряжения, и во многих странах автоматическое отключение цепей конечных потребителей осуществляется устройствами защитного отключения.

В системе IT первое замыкание на землю не должно приводить к отключению.



 
« Приемка зданий и сооружений под монтаж электрооборудования   Разъединители, отделители, короткозамыкатели »
Карта сайта + все метки | Контакты
© Электроэнергетика При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна.