 |
Проблемы реализации
новых требований ПУЭ
Автоматическое отключение питания
и альтернативные решения
по электробезопасности в системе TN
Владимир Фишман,
технический директор
ООО «Нижегородский Электропроект»
Безопасность электроустановки обеспечивается применением целого ряда мер защиты от прямого и косвенного прикосновения, отраженных в
главе 1.7 Правил устройства электроустановок (7-е изд.).
В данной статье речь пойдет о мерах защиты от косвенного прикосновения применительно к электроустановкам промышленных зданий согласно новой редакции ПУЭ.
Новые требования к обеспечению
электробезопасности
Необходимо прежде всего обратить внимание на п. 1.7.57 ПУЭ, в котором говорится: «Электроустановки напряжением до 1 кВ жилых, общественных и промышленных зданий и наружных установок должны, как правило, получать питание от источника с глухозаземленной нейтралью с применением системы TN. Для защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении в таких электроустановках должно быть выполнено автоматическое отключение питания в соответствии с пп. 1.7.78, 1.7.79». Здесь, по существу, речь идет об определенном смещении приоритетов. Если в предыдущей, 6–й редакции ПУЭ защитное автоматическое отключение питания декларировалось как мера «рекомендуемая» да ещё «в обоснованных случаях», то в новой, 7–й редакции это решение считается уже мерой «необходимой» (точное значение терминов «необходимо», «рекомендуется» и др. специально оговорено в п.1.1.17 ПУЭ). Это, как будет показано ниже, сделано не случайно.
Проведенными медицинскими исследованиями установлено, что степень воздействия электротока на человека и животных зависит от величины приложенного напряжения и времени его действия. На этом основании составлен ГОСТ 12.1.038–82, в котором указаны предельно допустимые для человека напряжения прикосновения и токи в зависимости от времени их действия [1].
С учетом этого, а также рекомендаций МЭК 364–4–41, для системы электропитания типа ТN установлено предельно допустимое время отключения защитной аппаратуры в зависимости от фазного напряжения сети. Эти данные приведены в таблице 1.7.1 7–й редакции главы 7.1 ПУЭ.
Так, предельно допустимое время автоматического отключения питания потребителей при напряжении 220 В не должно превышать 0,4 с. (Напомним, что система TN – это такая система, когда нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников). Необходимо обратить внимание (и это подчеркивается в п. 1.7.38 ПУЭ), что термин «автоматическое отключения питания» следует понимать как «защитное автоматическое отключение питания», т.е. отключение, производимое в целях электробезопасности.
Таким образом, это новые требования к аппаратуре защиты, которых в прежней, 6-й редакции не было.
Проблемы реализации новых требований
на практике
Применение аппаратуры защиты от сверхтоков
В п.1.7.78 сказано, что «для автоматического отключения питания могут быть применены защитно-коммутационные аппараты, реагирующие на сверхток или дифференциальный ток».
Известно, что наша отечественная защитно-коммутационная аппаратура массового производства разрабатывалась как аппаратура защиты от сверхтоков, т.е. для защиты проводников и электроприемников от токов перегрузки и короткого замыкания (ГОСТ Р 50571.5-94, ч. 4 [2] и ГОСТ Р 50571.9-94, ч. 4 [3]).
Время-токовые характеристики срабатывания этой аппаратуры выбирались таким образом, чтобы обеспечить неповреждаемость защищаемого электрооборудования. Однако человеческий организм (он, как известно, «не железный»!) требует значительно более быстрого времени отключения для обеспечения электробезопасности.
И действительно, практика реализации нового требования с использованием существующей аппаратуры показывает, что в целом ряде случаев требования по электробезопасности выполнить не удается. Особенно остро проблема быстродействия встает при использовании защитной аппаратуры с тепловыми и электромагнитными расцепителями в схемах питания удаленных электродвигателей. Этот вопрос достаточно подробно был рассмотрен автором в недавно опубликованной статье [4].
Вывод вполне очевиден: для выполнения требований к автоматическому защитному отключению, обеспечивающему электробезопасность человека, необходимо менять характеристики существующей защитной аппаратуры, рассчитанной на защиту электрооборудования и проводников от перегрузки и токов КЗ.
Применение аппаратуры,
реагирующей на дифференциальный ток
Рассмотрим другое решение – применение для защитного отключения аппаратуры, реагирующей на дифференциальный ток. В настоящее время такая аппаратура – устройства защитного отключения (УЗО) – применяется для определения токов утечки через изоляцию на землю величиной до 300 мА.
В соответствии с действующими нормами [5] такая аппаратура должна применяться на жилищных, административно–бытовых и т.п. объектах, где присутствует большое количество людей, не имеющих специальной подготовки по электробезопасности. Массовое применение её на промышленных объектах действующими нормами не требуется, да и вряд ли целесообразно, поскольку:
а) номинальные токи такой аппаратуры не превышают 63 А;
б) она недостаточно устойчива к токам КЗ на промышленных объектах;
в) эта аппаратура довольно дорогая.
Для промышленных объектов
нужно другое решениеb
Для промышленных объектов необходима другая схема применения дифференциальной защиты, при которой замер должен включать лишь токи фазных проводников. По существу, такая схема равноценна замеру тока нулевой последовательности.
Поскольку трехфазные электродвигатели являются симметричной нагрузкой, то появление тока нулевой последовательности свидетельствует о нарушении фазной изоляции и замыкании на корпус электродвигателя. При этом величину тока срабатывания такой защиты не требуется отстраивать от пусковых токов электродвигателя, что является её большим преимуществом. С другой стороны, её можно сделать менее чувствительной по сравнению с существующими устройствами УЗО и более устойчивой к токам короткого замыкания.
Расцепители автоматических выключателей с подобным принципом действия уже существуют, но в ограниченной номенклатуре и лишь на номинальные токи 250 А и более. Отсутствие таких расцепителей на меньшие токи разработчик аппаратуры – Ульяновский завод «Контактор» объясняет отсутствием массового спроса на них и соответствующего финансирования для конструкторских разработок. «Отсутствие спроса» можно объяснить недостаточной осведомленностью и квалификацией проектировщиков. Они, в свою очередь, ссылаясь на отсутствие соответствующей аппаратуры, идут по пути наименьшего сопротивления, принимая заведомо худшие решения в отношении обеспечения электробезопасности, которые согласно ПУЭ «допускаются» лишь при невозможности реализовать автоматическое отключение питания в заданное время.
Альтернативные решения,
их смысл и эффективность
В таких случаях ПУЭ допускает несколько альтернативных технических решений. Первое такое решение, допускаемое только для стационарных электроприемников, заключается в том, чтобы обеспечить соотношение:
где Zоа – сопротивление защитного проводника от главной
заземляющей шины до распределительного щита;
Zп – сопротивление петли «фаза–нуль» ближайшего от щита электроприемника, время защитного отключения которого превышает 0,4 с.
Рассмотрим, в чем заключается смысл этой формулы. Известно, что допустимое время воздействия и допустимая величина напряжения находятся в обратной зависимости.
Так, если при напряжении 220 В время автоматического отключения питания не должно превышать 0,4 с, то при напряжении 50 В считается, что оно уже может быть увеличено до
5 с. Отсюда следует, что при невозможности обеспечить необходимое время отключения повреждений следует принимать такие решения, которые позволят ограничить величину напряжения, воздействующего на человека. В этом и заключается смысл данного решения.
Теперь обратимся к схеме, показанной на рис.1. При замыкании фазы на землю (на корпус) в электроприемнике «В» по образовавшейся петле «фаза–нуль» протекает ток однофазного замыкания, создающий на корпусе поврежденного электроприемника напряжение относительно главной заземляющей шины:
U(В) = Iокз х Zов ,
где Iокз – ток замыкания на землю;
Zов – сопротивление защитного проводника от главной заземляющей шины до поврежденного электроприемника.
Рис.1
Распределение потенциала на электрооборудовании
относительно главной заземляющей шины
при однофазном замыкании в электроприемнике В.
Однако под напряжением оказывается не только корпус поврежденного электроприемника, но и корпуса других, неповрежденных электроприемников данной электрической сети, что также может представлять опасность для окружающих.
Это происходит от того, что они связаны защитными проводниками с шиной РЕ распределительного щита, которая в свою очередь получает потенциал относительно главной заземляющей шины в результате протекания тока однофазного короткого замыкания по защитному проводнику на участке ОА:
U(А) = Iокз х Zоа.
Теперь зададимся вопросом, какое же из этих напряжений – U(В) на поврежденном или U(А) на неповрежденных электроприемниках представляет бoльшую опасность?
Казалось бы, ответ ясен – напряжение на поврежденном электроприемнике более опасно, поскольку оно выше.
Однако необходимо принять во внимание, что поражение человека электротоком возникает лишь при стечении ряда обстоятельств, а именно:
1). когда на проводящей части оборудования появляется потенциал относительно земли;
2). когда в непосредственной близости имеются другие проводящие части, не имеющие такого потенциала, но имеющие электрическую связь с землей (водопровод, воздуховод, канализация, каркас здания и пр.);
3). необходимо в период протекания тока КЗ присутствие человека, одновременно касающегося обеих вышеуказанных проводящих частей.
Таким образом, появление потенциала на электроприемнике можно рассматривать лишь как одно из условий для возможного поражения электротоком.
В каком же случае совпадение всех указанных условий более вероятно – для одного (поврежденного) электроприемника или для «n» (неповрежденных)?
Если принять во внимание, что неповрежденных электроприемников во много раз больше, то становится очевидным, что для них электроприемников вероятность совпадения перечисленных условий также во много раз больше.
Отсюда можно сделать вывод, что в момент протекания тока КЗ необходимо добиться снижения напряжения на корпусах неповрежденных электроприемников до такой величины, которая при действительном времени отключения повреждения (бoльшем, чем 0,4 с) обеспечивала бы необходимую электробезопасность. В качестве допустимого напряжения для неповрежденных электроприемников в такой ситуации в ПУЭ принято 50 В. При этом напряжении считается, что максимально допустимое время отключения составляет 5 с.
Формулу (1) нетрудно вывести из соотношения:
отсюда: 
Если подставить Uф = 220 В, U(А) Ј 50 В , получим формулу (1) для сопротивления защитного проводника, приведенную в ПУЭ.
Таким образом, данный способ обеспечения электробезопасности состоит в том, чтобы в момент аварии снизить напряжение на большей части неповрежденных электроприемников до безопасной величины.
Естественно, что при этом некоторый риск травматизма остается, поскольку остается под более высоким напряжением поврежденный электроприемник. Поэтому- то данное решение классифицируется как «допустимое».
Однако существуют обстоятельства, при которых это условие становится технически или экономически неприемлемым.
Такие обстоятельства могут возникнуть при удаленном расположении распределительного щита или щитка от главной заземляющей шины.
В таких случаях ПУЭ допускает другое техническое решение, а именно: применение дополнительной системы уравнивания потенциалов, при которой к шине «РЕ» распределительного щитка должны присоединяться все одновременно доступные прикосновению открытые проводящие части стационарного электрооборудования и сторонние проводящие части, включая доступные прикосновению металлические части строительных конструкций здания, подключенные к основной системе уравнивания потенциалов.
Это, казалось бы, наиболее простое решение, на практике, по мнению автора настоящей статьи, может оказаться неэффективным. Необходимо принять во внимание, что заземление таких комуникаций, как отопление, горячее и холодное водоснабжение, водопровод, канализация, воздухоснабжение и пр., на вводе в здание не гарантирует полного заземления этих систем на всем их протяжении из–за наличия непроводящих вставок во фланцевых и т.п. соединениях.
Даже в том случае, если все доступные прикосновению проводящие части при сдаче электроустановки в эксплуатацию удастся связать в единую электрическую цепь с помощью системы уравнивания потенциалов, то в будущем, при обычных в наших условиях доделках, переделках, при дальнейшей реконструкции непрерывность электрической цепи уравнивания потенциалов наверняка будет нарушена.
Таким образом, имеется опасение, что система уравнивания потенциалов на практике может оказаться малоэффективной, поэтому автоматическое отключение питания остается первым и основным техническим решением по обеспечению электробезопасности в системе TN.
Выводы:
1. При выполнении проектных работ, при сооружении новых и реконструкции существующих электроустановок следует обращать внимание на новые нормативные требования в отношении обеспечения электробезопасности.
2. При выборе технических решений, обеспечивающих электробезопасность, необходимо учитывать их приоритет, обозначенный в ПУЭ терминами «должно» и «допускается», в частности, это касается автоматического отключения питания (п.1.7.79).
3. Заводам-изготовителям защитно-коммутационной аппаратуры необходимо приступить к выпуску автоматических выключателей 0,4 кВ по всей шкале их номинальных токов, обеспечивающих требуемое ПУЭ быстродействие отключения при замыкании на корпус электрооборудования.
ЛИТЕРАТУРА:
1. ГОСТ 12.1.038-82. Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжения прикосновения и токов.
2. ГОСТ Р 50571.5-94. Электроустановки зданий. Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Защита от сверхтоков.
3. ГОСТ Р 50571.9-94. Электроустановки зданий. Часть 4. Требования по обеспечению безопасности. Применение мер защиты от сверхтоков.
4. Фишман В.С. Новые ПУЭ требуют модернизации существующей защитной аппаратуры//Новости Электротехники. – 2003. –
№ 2.
5. ПУЭ, 7-е изд. Раздел 7. Электрооборудование спецустановок. Глава 7.1. Электроустановки жилых, общественных, административных и бытовых зданий.
6. ПУЭ, 7-е изд. Раздел 1. Глава 1.7. Заземление и защитные меры электробезопасности.
| 
|
