ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 КВ С СИСТЕМОЙ ЗАЗЕМЛЕНИЯ НЕЙТРАЛИ ТИПА ТТ

ВВЕДЕНИЕ

Несмотря на реализацию комплекса организационных и технических мер по обеспечению электробезопасности, электротравматизм по-прежнему представляет серьёзную опасность. В некоторых отраслях он не снижается, а в строительстве, сельском хозяйстве, и быту наоборот, возрастает.

Существенными причинами электротравм являются: нечёткое знание механизма физиологического действия электрического тока на организм человека, недостаточная техническая грамотность, снижающая эффективность применения защитных мероприятий, нарушение действующих правил и инструкций, недостаточный контроль за соответствием технического состояния электроустановок требованиям, изложенным в ПУЭ. Обеспечению безопасных условий труда на производстве необходимо уделять большое внимание.

Целью данного исследования является выяснение используемых принципов и методов обеспечения электробезопасности при эксплуатации электроустановок до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью с системой заземления нейтрали типа ТТ .

Система заземления TT применяется в первую очередь там, где условия по электробезопасности в системах TN-C, TN-C-S и TN-S не полностью обеспечены, т.е. систему TT рекомендуется применять при неудовлетворительном состоянии питающей воздушной линии электропередач (ВЛ). С уверенностью можно сказать, что большинство воздушных линий (ВЛ) находятся в неудовлетворительном состоянии, т.к. выполнены они неизолированными проводами и большинство из них не имеют повторного заземления на опорах.

Также систему заземления TT применяют для защиты людей от поражения электрическим током через токопроводящие (металлические) поверхности временных строений или зданий (см.рис.1).

К ним относятся:

• строительные и монтажные бытовки (вагончики)
• металлические контейнеры, торговые павильоны и киоски
• помещения с диэлектрической поверхностью стен, при наличии в них постоянной влажности и сырости

Рисунок1. Металлические бытовки и контейнеры

Принцип системы заземления TT основан на том, что защитный проводник PE заземляется независимо от нулевого рабочего проводника N и запрещена какая-либо связь между ними.

Даже если рядом расположен контур заземления рабочего проводника N, то все равно защитный проводник PE должен заземляться через свой контур заземления, и эти два контура НЕ ДОЛЖНЫ сообщаться между собой.

Таким образом, полностью изолируется токопроводящие (металлические) поверхности временных строений и зданий от электрических сетей (см.рис.2,а).

Внутри здания или строения монтируется защитный РЕ-проводник из прута или полоски металла, который служит в качестве шины для подключения всех опасных элементов, обладающих токопроводящими свойствами. С противоположной стороны этот защитный ноль соединяется с отдельным контуром заземления. Собранный таким методом РЕ-проводник объединяет все участки, имеющие риск появления опасного напряжения, в единую систему уравнивания потенциалов.

Подключение опасных металлических конструкций к защитному нулю может выполняться многожильным гибким проводом повышенного сечения, маркируемого полосками желто-зеленого цвета (рис.2,б).

а)  б)

Рисунок 2. Система заземления ТТ: а)-Схема заземления по типу ТТ; б)PE-проводники в системе ТТ

Из-за случайного нарушения изоляции электропроводки потенциал напряжения способен внезапно появиться в любом месте не подключенной, но токопроводящей части здания. Человек, прикоснувшийся к ней и земле, сразу оказывается под действием электрического тока.

Автоматические выключатели, защищающие от сверхтоков и перегрузок, могут только косвенно использоваться для снятия напряжения в этом случае, поскольку часть тока пойдет минуя цепочку рабочего нуля, а сопротивление контура основного заземления должно иметь очень низкое значение.

Чтобы обезопасить человека работой автоматических выключателей необходимо создать условие образования потенциала утечки на открытой токоведущей части не более 50 вольт относительно потенциала земли. На практике это выполнить сложно по ряду причин:

• высокой кратности токов коротких замыканий времятоковой характеристики, используемых конструкциями различных выключателей;
• большим сопротивлением контура заземления;
• сложностью технических алгоритмов для работы подобных устройств.

Поэтому предпочтение в создании защитного отключения дается устройствам, реагирующим непосредственно на появление тока утечки, ответвляющегося от основного расчетного пути протекания нагрузки, через РЕ-проводник и локализацию его снятием напряжения с контролируемой схемы, что выполняют только УЗО или дифавтоматы( рис.4.)

Рисунок 4. Схема протекание токов в системе ТТ

Исключить риски получения электрических травм при этом способе заземления можно только при условии комплексного внедрения четырех основных задач:

1. правильная установка и эксплуатация защитных устройств типа УЗО или дифференциальных автоматов;

2. поддержание рабочего нуля N в технически исправном состоянии;

3. использование защитных устройств от перенапряжений в сети;

4. правильная эксплуатация местного контура заземления.

Согласно правилам устройства электроустановок (ПУЭ), 7-е издание, пункт 1.7.59. Питание электроустановок напряжением до 1 кВ от источника с глухозаземленной нейтралью и с заземлением открытых проводящих частей при помощи заземлителя, не присоединенного к нейтрали (система ТТ), допускается только в тех случаях, когда условия электробезопасности в системе TN не могут быть обеспечены. Для защиты при косвенном прикосновении в таких электроустановках должно быть выполнено автоматическое отключение питания с обязательным применением УЗО. При этом должно быть соблюдено условие:

R_а∙I_а <= 50 В,                                                    (1)

где I_а - ток срабатывания защитного устройства; R_a - суммарное сопротивление заземлителя и заземляющего проводника, при применении УЗО для защиты нескольких электроприемников - заземляющего проводника наиболее удаленного электроприемника.

Практически все части электропроводки здания должны быть охвачены зоной защиты этих устройств от возникновения токов утечек. Причем, их уставка на срабатывание не должна превышать 30 миллиампер. Это обеспечит отключение напряжения с аварийного участка при пробое изоляции электропроводки, исключит случайный контакт человека со стихийно возникшим опасным потенциалом, защитит от получения электротравмы.

Установка на вводном щите в дом противопожарного УЗО с уставкой в 100÷300 мА повышает уровень безопасности и обеспечивает введение второй степени селективности.

По большому счету отличие УЗО от дифференциального автомата состоит в отсутствии в схеме автоматического выключателя, реагирующего на превышение токов нагрузки. Поэтому схема подключения однофазного или трехфазного УЗО от схемы подключения дифференциального автомата отличается только отсутствием данной функции. Для защиты от коротких замыканий и недопустимых нагрузок в ней требуется устанавливать дополнительную токовую защиту.

Общим же элементом этих защит является схема, основанная на сравнении векторов токов, входящих в устройство и выходящих из него, которая при отклонениях от установленных предельных величин отключает электрооборудование.

Элементная база, на которой работает эта схема, может быть разной, к примеру, на основе электромагнитных реле или полупроводниковых элементов. Чтобы понять, как правильно подключить УЗО и дифференциальный автомат к электрической сети рассмотрим первый вариант конструкции для упрощенной однофазной сети (рис.5.). Внутренние элементы статических приборов работают по такому же алгоритму. Поэтому их подключение совершенно аналогичное.

Рисунок.5. Принцип действия УЗО

В случае нарушения изоляции часть потенциала фазы станет стекать на землю, образуя ток утечки I ут. На эту же величину снизится значение тока в нулевом проводнике I2. Он сформирует меньший магнитный поток Ф_N. При сложении магнитных потоков внутри магнитопровода возникнет превышение потока Ф1 над Ф2. Суммарный поток Фс сразу же увеличится и наведет в намотанной вокруг него катушки ЭДС.

Под ее действием в замкнутом контуре катушки возникнет ток ΔI, пропорциональный току утечки. В случае превышения им значения, выставленной пользователем уставки, произойдет срабатывание электромагнита, выводящего из зацепления защелку встроенного в устройство расцепителя, который сработает и снимет напряжение со всей защищаемой зоны.

Чтобы схема УЗО правильно определяла токи утечек, необходимо создать ей для этого технические условия и исключить ошибки. А они возникают сразу при объединении цепей рабочего и защитного нулей. Поэтому рабочий ноль должен быть обязательно надежно отделен от защитного, а соединять их нельзя.

Поддержание местного контура заземления в исправном состоянии возлагается в первую очередь на владельца здания. Никто другой самостоятельно заниматься подобным вопросом не будет.

Контур заземления зарыт своей большей частью в земле и таким способом спрятан от случайных механических повреждений. Однако, в почве постоянно находятся растворы различных кислот, щелочей, солей, которые вызывают окислительно-восстановительные химические реакции с металлическими деталями контура, образующими слой коррозии.

За счет этого ухудшается проводимость металла в местах контакта с грунтом и увеличивается общее электрическое сопротивление контура. По его величине судят о технических возможностях заземления и его способностях проводить токи неисправностей на потенциал земли. Делается это проведением электрических замеров.

Исправный контур заземления должен надежно пропустить к потенциалу земли ток уставки устройства защитного отключения, например, в 10 миллиампер и не исказить его. Только в этом случае УЗО правильно сработает, а система ТТ выполнит свое предназначение. Если сопротивление контура заземления будет выше нормы, то оно станет препятствовать прохождению тока, уменьшать его, чем может полностью исключить защитную функцию.

Поскольку ток работы УЗО зависит от комплексного сопротивления цепи и состояния контура заземления, то существуют рекомендованные значения сопротивлений, которые позволяют обеспечивать гарантированное срабатывание защит.

Опасные неисправности схемы в системе ТТ.

При рассмотрении технических требований обеспечения безопасности выделены четыре главные условия, решение которых должно выполняться комплексно. Нарушение любого пункта может привести к печальным последствиям во время пробоя сопротивления изоляции у фазного проводника.

Например, попадание фазы на корпус электроприбора при неисправном УЗО или нарушенном контуре заземления приведет к электротравме. Установленные в схеме автоматические выключатели могут просто не сработать, поскольку ток через них будет меньше уставки.

Частично исправить ситуацию в этом случае можно за счет:

• введения системы выравнивания потенциалов;
• подключения второй селективной ступени защиты УЗО на все здание, о которой уже упоминалось в рекомендациях (рис.6).

Рисунок 6. Селективность ступеней УЗО.

Список литературы:

1. ГОСТ Р-50571-10-96 «Электроустановки зданий». Часть 5 «Выбор и монтаж оборудования». Глава 54 «Заземляющие устройства». 325 с.
2. ГОСТ 12.1.030-81 (1996) «Электробезопасность. Защитное заземление, зануление». 168 с.
3. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий: учебник для вузов / Б.И. Кудрин. М.: Энергоатомиздат, 1995. 416 с.
4. Правила устройства электроустановок. Седьмое издание. Москва. Энергосервис. 2007 г. 457 с.
5. Электронный реусур: http://electrik.info/