ИССЛЕДОВАНИЕ  СПОСОБОВ  ЗАЩИТЫ  ОТ  ПОРАЖЕНИЯ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ  ТОКОМ  В  ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ

Сеник  Ангелина  Юрьевна

Сайдуллаев  Махтибек  Саидбекович

Московских  Алексей  Сергеевич

студенты  3курса  кафедры  ЕНОТД  филиала  ТюмГНГУ  в  г.  Новый  Уренгой,  РФ,  Ямало-Ненецкий  автономный  округ,  г.  Новый  Уренгой

Латышев  Виктор  Александрович

научный  руководитель,  канд.  тех.  наук,  доцент  кафедры  ЕНОТД  филиала  ТюмГНГУв  г.  Новый  Уренгой,  РФ,  Ямало-Ненецкий  автономный  округ,  г.  Новый  Уренгой

E-mail:  viklat@yandex.ru

Электроустановка  представляет  собой  совокупность  машин,  аппаратов,  линий  их  связи  и  вспомогательного  оборудования  (вместе  с  сооружениями  и  помещениями,  в  которых  они  установлены),  предназначенных  для  производства,  преобразования,  трансформации,  передачи  и  распределения  электроэнергии.  Существуют  различные  варианты  классификации  схем  электроснабжения:  по  условиям  безопасности,  по  категориям  надежности,  по  условиям  эксплуатации  и  т.  д.  Рассмотрим  более  подробно  варианты  способов  защиты  от  поражения  электрическим  током  в  электроустановках.

Анализ  существующих  схем  электроснабжения  [4,  с.  32]  позволил  выделить  следующие  способы  защиты  способы  защиты  от  поражения  электрическим  током  в  электроустановках,  применяемые  отдельно  или  в  сочетании  друг  с  другом:  защитное  заземление,  зануление,  защитное  отключение,  электрическое  разделение  сетей  разного  напряжения,  применение  малого  напряжения,  изоляция  токоведущих  частей  и  выравнивание  потенциалов.  В  электроустановках  напряжением  до  1000  В  с  изолированной  нейтралью  и  в  электроустановках  постоянного  тока  с  изолированной  средней  точкой  в  соответствие  с  требованиями  ПУЭ  применяют  защитное  заземление  в  сочетании  с  контролем  изоляции  или  защитное  отключение.  Заземлением  называется  соединение  с  землей  нетоковедущих  металлических  частей  электрооборудования  через  металлические  детали,  закладываемые  в  землю  и  называемые  заземлителями,  и  детали,  прокладываемые  между  заземлителями  и  корпусами  электрооборудования,  называемые  заземляющими  проводниками.  Проводники  и  заземлители  обычно  делаются  из  низкоуглеродистой  стали,  называемой  в  просторечии  железом.  При  пробое  изоляции  между  фазой  и  корпусом  электрической  машины  или  прибора  прикосновение  к  корпусу  не  представляет  опасности  для  человека.  Дело  в  том,  что  основная  часть  тока  потечет  по  защитному  заземлению,  которое  обладает  очень  низким  сопротивлением.  Есть  два  вида  заземлителей:  естественные  и  искусственные.  К  первым  относятся  металлические  конструкции  зданий,  надежно  соединенные  с  землей,  ко  вторым  —  стальные  трубы  или  уголок,  вбитые  в  землю,  верхние  концы  которых  свариваются  стальной  полосой  или  прутком.  Защитному  заземлению  подлежат  металлические  корпуса  электрических  машин,  трансформаторов,  щиты  и  шкафы.  Система  заземления  играет  важную  роль  как  для  правильного  и  надежного  функционирования  электроустановок,  так  и  для  обеспечения  безопасности  людей.       

Проводники  защитного  заземления  во  всех  электроустановках,  а  также  нулевые  защитные  проводники  в  электроустановках  с  напряжением  до  1000В  с  глухозаземленной  нейтралью,  в  том  числе  шины,  должны  иметь  буквенное  обозначение  РЕ  и  цветовое  обозначение  чередующимися  продольными  и  поперечными  полосами  одинаковой  ширины  желтого  и  зеленого  цвета.  Нулевые  рабочие  (нейтральные)  проводники  обозначаются  буквой  N  и  голубым  цветом.  Буквенное  обозначение  PEN  имеют  совмещенные  нулевые  защитные  и  рабочие  проводники,  голубого  цвета  по  всей  длине  и  с  желто-зелеными  полосами  на  концах.

Тип  системы  заземления  —  одна  из  основных  характеристик  питающей  электрической  сети  по  ГОСТ  Р  50571.  2  [1,  с.  37].  Существуют  три  основных  типа  систем  заземления,  которые  обозначаются  двумя  буквами:  TN,  TT  и  IT.  Первая  буква  указывает  на  характер  заземления  источника  питания:

Т  —  нейтраль  источника  питания  непосредственно  соединена  с  землей;

I  —  все  токоведущие  части  изолированы  от  земли  .

Вторая  буква  определяет  характер  заземления  открытых  проводящих  частей  электроустановки  здания  или  помещения,  в  котором  установлено  электрооборудование:

Т  —  открытые  проводящие  части  электроустановки  здания  непосредственно  связаны  с  землей,  независимо  от  характера  связи  источника  питания  с  землей;

N  —  открытые  проводящие  части  электроустановки  здания  непосредственно  связаны  с  точкой  заземления  источника  питания,  а  потребители  заземлены  только  через  PEN-проводник.

Существуют  подсистемы  заземления:  TN-C,  TN-S,  TN-C-S.  В  них  следующие  за  символом  N  буквы  обозначают  способ  устройства  нулевого  защитного  и  нулевого  рабочего  проводника:

С  —  функции  нулевого  защитного  и  нулевого  рабочего  проводников  обеспечивает  один  общий  провод  PEN;

S  —  функции  нулевого  защитного  PE  и  нулевого  рабочего  проводника  N  обеспечивают  раздельные  проводники.

Особенностью  системы  TN-C  является  наличие  четырех  рабочих  проводников  L1,  L2,  L3  и  одного  проводника  PEN,  объединяющего  функции  нулевого  защитного  PE  и  нулевого  рабочего  проводника  N.  В  этой  системе  открытые  проводящие  части  электроустановок  (корпуса,  шкафы,  стойки  и  каркасы  электрооборудования)  соединяют  с  проводником  PEN  (зануляют).  Система  относительно  проста  и  дешевая.  Однако  не  обеспечивает  необходимый  уровень  безопасности.  Самым  большим  ее  недостатком  является  образование  линейного  напряжения  (в  1,732  раза  выше  фазного)  на  корпусах  электроустановок  при  аварийном  обрыве  нуля.

В  системе  TN-S  рабочий  и  защитный  нуль  конструктивно  разделяются  прямо  на  подстанции,  а  заземлитель  представляет  собой  сложную  металлическую  конструкцию  из  арматуры.  Таким  образом,  при  обрыве  рабочего  нуля  в  середине  линии,  корпуса  электроустановок  не  получают  линейного  напряжения.  Кроме  этого,  в  системе  исключены  обратные  токи  в  проводнике  РЕ,  что  снижает  риск  возникновения  электромагнитных  помех.  При  эксплуатации  систем  данного  типа  необходимо  следить  за  правильным  использованием  проводников  PE  и  N.

Наибольшее  распространение  в  настоящее  время  получила  подсистема  TN-C-S,  которая  рекомендована  к  применению  ПУЭ  [3,  с.  45].  В  этой  подсистеме  трансформаторная  подстанция  имеет  непосредственную  связь  токоведущих  частей  с  землей.  Все  открытые  токопроводящие  части  электроустановок  здания  непосредственно  связаны  с  точкой  заземления  трансформаторной  подстанции.  Для  обеспечения  этой  связи  на  участке  «трансформаторная  подстанция  —  электроустановки  здания»  применяется  совмещенный  нулевой  защитный  и  рабочий  проводник  PEN,  а  в  основной  части  электрической  цепи  —  отдельный  нулевой  защитный  проводник  РЕ.  Применение  системы  типа  TN-C-S  упрощает  подключение  потребителей  электрической  энергии  к  сети  и  позволяет  обеспечивать  высокий  уровень  электробезопасности  в  электроустановках  без  их  коренной  реконструкции.  Основным  недостатком  данной  подсистемы  является  возможность  наличия  напряжения  на  корпусе  частей  электроустановок  в  случае  обрыва  или  перегорания  PEN  проводника,  что  при  эксплуатации  электроустановок  случается  очень  редко.

В  ТТ-системе  заземление  электрооборудования  осуществляется  независимо  от  заземления  источника  электроэнергии,  т.  е.  их  точки  пространственно  разнесены.  В  данных  системах  трансформаторная  подстанция  имеет  непосредственную  связь  токоведущих  частей  с  землей.  Все  открытые  токопроводящие  части  электроустановок  непосредственно  связаны  с  землей  через  заземлитель,  электрически  независимый  от  заземлителя  нейтрали  трансформаторной  подстанции.  В  ТТ-системе  возможно  применение  устройств  защитного  отключения.  В  этом  случае  сумма  электрических  сопротивлений  заземления  и  корпуса  должна  быть  такой  по  величине,  чтобы  ток  короткого  замыкания  1А  вызвал  автоматическое  срабатывание  устройства  защиты,  прежде  чем  напряжение  на  корпусе  превысит  допустимое  значение  50  B.  В  распределительных  сетях  380/220  B  допускается  выбирать  максимальное  время  отключения  1  с  [4,  с.  78].

При  повышенных  требованиях  к  надежности  и  безопасности  линий  электроснабжения  (для  электроустановок  нефтяной  и  газовой  промышленности)  рекомендуется  применять  IT-систему  с  напряжением  380/220  В.  В  этой  системе  нулевая  точка  изолирована  от  земли  или  имеет  относительно  нее  достаточно  высокое  сопротивление  R.  При  такой  конструкции  системы  ток  утечки  на  корпус  или  на  землю  получается  достаточно  низкий  по  величине  и  не  влияет  на  условия  работы  присоединенного  оборудования.

В  лаборатории  микроэлектроники  и  электротехники  на  кафедре  естественнонаучных  и  общетехнических  дисциплин  филиала  Тюменского  государственного  нефтегазового  университета  в  городе  Новый  Уренгой  при  обучении  студентов  по  направлению  «Нефтегазовое  дело»  разработана  и  в  течении  нескольких  лет  применяется  методика  моделирования  элементов  и  устройств  систем  заземления  электроустановок  инструментальными  средствами  автоматизированной  системы  проектирования  элементов  электротехнических  устройств  на  базе  компонентов  электрических  цепей  и  электроизмерительных  приборов  Multislim  [2,  с.  39]. 

Отличительной  особенностью  разработанной  методики  является  представление  устройства  в  виде  электронной  таблицы  и  одновременное  изменение  любого  количества  характеристик  элементов  конкретных  электротехнических  устройств,  в  нашем  случае  —  систем  заземления  электроустановок,  по  желанию  заказчика,  проверка  правил  электротехники  в  процессе  проектирования  с  указанием  подробной  информации  об  ошибках,  оформление  технической  документации  в  соответствии  с  действующими  стандартами  [1,  с.  25].

Процесс  исследования  моделей  элементов  и  устройств  систем  заземления  электроустановок  заключается  в  подробном  описании  элементов  электрических  схем,  способах  их  соединения  и  размещения  на  печатной  плате  или  другом  корпусе.  При  разработке  схем  использовались  различные  компоненты,  которые  отображаются  в  виде  панелей  с  указанием  конкретных  физических  величин  и  пространственных  размеров.  Разработаны  программы  для  тестирования  и  имитации  работы  каждой  из  вышерассмотренных  систем  заземления  типа  TN-C,  TN-S,  TN-C-S,  ТТ  и  IT  с  учетом  физических  величин  и  пространственных  размеров.  Компонентами  схем  служат  реальные  и  виртуальные  элементы,  которые  относятся  к  двум  категориям:  реальные  и  виртуальные.  Реальные  компоненты,  в  отличие  от  виртуальных  компонентов,  заданы  определенным,  неизменным  значением,  условным  графическим  обозначением  в  соответствии  с  действующими  стандартами  и  расположением  на  печатной  плате.  Виртуальные  компоненты  необходимы  для  тестирования  и  эмуляции,  пользователь  может  назначать  им  произвольные  значения.  Например,  сопротивление  виртуального  резистора  может  быть  равным  даже  19,55205  Ом.  Возможно  применение  и  других  классификаций  компонентов:  аналоговые,  цифровые,  анимированные,  интерактивные,  цифровые  с  мультивыбором,  электромеханические  и  радиочастотные.

Основными  характеристиками  компонентов  служат:

·     название  базы  данных  (пользовательская,  лабораторная  и  др.),

·     название  группы,  к  которой  принадлежит  данный  элемент  (резистор,  выключатель,  магнитный  пускатель,  реле,  контактор  и  др.),

·     название  данного  компонента  (74S00D,  К155,  К511,  АК63,  АП50,  ФУ  3М  и  др.),

·     символ,  который  отображает  компонент  на  схеме  (R123,  SA,  SB,  QF,  KM  и  т.  д.),

·     описание  компонента  (резистор,  проводник,  предохранитель,  выключатель  автоматический  или  кнопочный,  реле  токовое  или  напряжения  и  т.  д.).

Средством  выбора  компонентов  является  проводник  компонентов,  вызов  которого  осуществляется  при  помощи  мыши  или  клавиш  клавиатуры.  Дополнительной  возможностью  системы  является  проектирование  корпусов  и  печатных  плат  и  отображение  информации  в  формате  3D.

Разработаны  программы  для  тестирования  и  имитации  работы  каждой  из  вышерассмотренных  систем  заземления  типа  TN-C,  TN-S,  TN-C-S,  ТТ  и  IT.  Результаты  анализа  работы  системы  заземления  подтвердили  работоспособность  каждой  из  рассмотренных  систем.  Отклонения  от  числовых  значений  функциональных  и  эксплуатационных  характеристик,  приведенных  в  паспортах  и  формулярах  устройств  электроустановок,  исследованных  нами,  незначительны.

В  соответствии  с  действующими  ПУЭ  [3,  с.  89]  и  постановлениями  Главгосэнергонадзора  России  в  жилых  и  промышленных  зданиях  металлические  корпуса  электрооборудования  должны  присоединяться  к  защитным  проводникам,  а  сети  штепсельных  розеток  и  разъемы  должны  выполняться  трехпроводными.  Как  правило,  электроснабжение  жилых  и  промышленных  зданий  осуществляется  через  главный  распределительный  щит  или  вводно-распределительное  устройство.  Это  означает  регламентированное  применение  систем  TN-S,  TN-C-S.

Список  литературы:

1. ГОСТ  Р  50571.2-94  (МЭК  364-3-93)  Электроустановки  зданий.  Часть  3.  М.:  ГУП  “НИАЦ  “,  2011.  —  57  с.
2. Дорф  Р.,  Бишоп  Р.  Современные  системы  управления.  М.:  Лаборатории  базовых  знаний.  2004.  —  831  с.
3. Правила  устройств  электроустановок.  М.:  Энергоиздат,  2013.  —  541  с.
4. Опалева  Г.Н.  Схемы  и  подстанции  электроснабжения:  Справочник:  Учеб.  Пособие.  М.:  ИНФРА-М,  2009.  —  480  с.