4.4 Технические способы и средства электробезопасности

В соответствии с ГОСТ 12.1.079-ХХ «Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты» для безопасности при прямых прикосновениях необходимо применять следующие технические способы и средства: защитные оболочки, защитные ограждения (временные или стационарные), безопасное расположение токоведущих частей, изоляция токоведущих частей, изоляция рабочего места, малое напряжение, защитное автоматическое отключение питания, предупредительная сигнализация, блокировка, знаки безопасности. Для защиты от поражения электрическим током при косвенных прикосновениях применяют следующие способы и средства: защитное заземление, зануление, выравнивание потенциала, система защитных проводов, защитное отключение, изоляция нетоковедущих частей, контроль изоляции, компенсация токов замыкания на землю, средства индивидуальной защиты. Для обеспечения безопасности человека от поражения электрическим током технические способы и средства защиты могут применяться как раздельно, так и в сочетании друг с другом.

Защитные оболочки, ограждения. Безопасное расположение токоведущих частей. Для защиты от случайного прикосновения к неизолированным токоведущим частям или приближения к ним на опасное расстояние они располагаются на недоступной высоте или в недоступном месте. Если токоведущие части доступны для людей, то они могут закрываться ограждениями (временные или стационарные, сплошные или сетчатые) или заключаться в оболочки. Сплошные конструкции ограждений (кожухи, крышки, шкафы, закрытые панели и т.п.), а также сетчатые конструкции применяют в электроустановках и сетях напряжением как до 1000 В, так и свыше 1000 В. Оболочки, в которые помещается электрооборудование, имеют различную степень защиты от: доступа к опасным частям, проникновения внешних предметов (твердых тел) и воды внутрь оболочки. Степень защиты оболочек и маркировка установлены ГОСТ 14254-96 (МЭК 529-89) «Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (код IP)». Буквы кода IP являются сокращением слов «International Protection» (международная защита). Степень защиты оболочки указывается кодом IP (например, IP 23 CH), который включает в себя следующие элементы:

- первую характеристическую цифру (от 0 до 6 либо заменяющую их букву Х);

- вторую характеристическую цифру (от 0 до 8 либо заменяющую их букву Х);

- дополнительную букву (буквы А, В, С, Д);

- вспомогательную букву (буквы Н, М, S).

При отсутствии необходимости нормирования степени защиты в коде IP одна или две характеристические цифры могут быть заменены буквой Х (IPХ1, IPХХ). Первая характеристическая цифра указывает на степень защиты, обеспечиваемой оболочкой: людей от доступа к опасным частям, предотвращая или ограничивая проникновение внутрь оболочки какой-либо части тела (тыльной стороны руки, пальцев) или предмета, находящегося в руках человека (инструмента, проволоки); оборудования, находящегося внутри оболочки, от проникновения внешних твердых предметов.

Вторая характеристическая цифра указывает степень защиты оборудования от вредного воздействия воды, которую обеспечивает оболочка. Например, 0 – нет защиты, 3 – защищено от воды, падающей в виде дождя. Дополнительная буква обозначает степень защиты людей от доступа к опасным частям и указывается, если: действительная степень защиты от доступа к опасным частям выше степени защиты, указанной первой характеристической цифрой; обозначена только защита от вредного воздействия воды, а первая характеристическая цифра заменена символом Х. Дополнительная буква применяется только в том случае, если защита оболочки удовлетворяет всем более низким по уровню степеням защиты. Например, буква С обозначает, что электрооборудование защищено оболочкой от доступа к нему инструментом. Вспомогательные буквы Н, М, S касаются высоковольтного оборудования.

ПУЭ (глава 1.7) различают следующие виды изоляции: основную, дополнительную, двойную и усиленную. Основная изоляция – это изоляция токоведущих частей, обеспечивающая в том числе защиту от прямого прикосновения. Дополнительная изоляция – независимая изоляция в электроустановках напряжением до 1 кВ, выполненная дополнительно к основной изоляции для защиты при косвенном прикосновении. Двойная изоляция – изоляция в электроустановках напряжением до 1 кВ, состоящая из основной и дополнительной изоляции. Усиленная изоляция – изоляция в электроустановках напряжением до 1 кВ, обеспечивающая степень защиты от поражения электрическим током, равноценную двойной изоляции.

Изоляция рабочего места. Согласно ПУЭ этот способ защиты применяется в электроустановках напряжением до 1 кВ, когда требования к автоматическому отключению питания не могут быть выполнены, а применение других защитных мер (заземление, зануление) невозможно или нецелесообразно. Защита человека при косвенном прикосновении в этом случае обеспечивается высоким сопротивлением пола и стен таких помещений, зон и площадок. Сопротивление в любой точке изолирующего пола и стен, зон и площадок относительно земли должно быть не менее: 50 кОм при номинальном напряжении электроустановок до 500 В включительно и 100 кОм – более 500 В.

Сверхнизкое (малое) напряжение. В соответствии с ГОСТ Р МЭК 536-94 «Классификация электротехнического и электронного оборудования по способу защиты от поражения электрическим током» и ПУЭ (п.1.7.43) безопасным сверхнизким (малым) напряжением (БСНН) считается напряжение, не превышающее 50 В переменного тока, между проводниками или между любым проводником и землей и 120 В постоянного тока.

Защитное заземление и зануление. В ГОСТ Р 50571.2-94 «Электроустановки зданий. Часть 3. Основные характеристики» и ПУЭ (седьмое издание) приводится классификация систем заземления электрических сетей: IT, TT, TN-C, TN-C-S, TN-S (рис. 8).

Система IT – система, в которой нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, а открытые проводящие части электроустановки заземлены.

Система ТТ – система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощи заземляющего устройства, электрически независимого от глухозаземленной нейтрали источника.

Система TN – система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников. Проводники, используемые в различных типах сетей, должны иметь определенные обозначения и расцветку (ГОСТ Р 50462-92 (МЭК 446-89) «Идентификация проводников по цветам или цифровым обозначениям»). Нулевые рабочие (нейтральные) проводники обозначаются буквой N и голубым цветом, нулевой защитный (защитный) соответственно РЕ и желто-зеленого цвета, совмещенные нулевые защитные и нулевые рабочие проводники должны иметь буквенное обозначение PEN и цветовое обозначение: голубой цвет по всей длине и желто-зеленые полосы на концах. Применительно к сетям переменного тока напряжением до 1 кВ обозначения имеют следующий смысл. Первая буква – характер заземления источника питания (режим нейтрали): I – изолированная нейтраль; Т – заземленная нейтраль. Вторая буква – состояние открытых проводящих частей (металлических корпусов) относительно земли: Т – открытые проводящие части заземлены, независимо от отношения к земле нейтрали источника питания или какой-либо точки питающей сети; N – открытые проводящие части присоединены к глухозаземленной нейтрали источника питания. Последующие (после N) буквы – устройство нулевого рабочего и нулевого защитного проводников: S – нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (РЕ) проводники разделены; С – функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике (PEN-проводник); C – S – проводники N и РЕ совмещены в одном проводнике в части системы (сети).

Согласно ПУЭ заземление – это преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или электрооборудования с заземляющим устройством. Защитное заземление – заземление, выполняемое в целях электробезопасности. Защитное зануление в электроустановках до 1 кВ – преднамеренное соединение открытых проводящих частей с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности. Область применения этих способов защиты определяется режимом нейтрали и напряжением электроустановок. ПУЭ выделяет следующие группы электроустановок трехфазного переменного тока напряжением: выше 1кВ в сетях с глухозаземленной или эффективно заземленной нейтралью; выше 1 кВ в сетях с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор или резистор нейтралью; до 1 кВ в сетях с глухозаземленной нейтралью; до 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью.

Принцип действия защитного заземления заключается в том, что человек, прикоснувшийся к корпусу оборудования, находящемуся под напряжением, оказывается включенным параллельно заземлителю, имеющему значительно меньшее сопротивление, чем тело человека. В результате большая часть тока замыкания на землю пройдет через заземлитель и лишь незначительная – через тело человека. При отсутствии заземлителя весь ток замыкания на землю пройдет через тело человека, что может привести к поражению. Чем меньше сопротивление заземлителя, тем надежнее защита. В соответствии с ПУЭ сопротивление заземляющего устройства в сети до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. В электроустановках напряжением выше 1 кВ сети с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства (R) в любое время года с учетом сопротивления естественных заземлителей должно быть R  250 / I, но не более 10 Ом, где I – расчетный ток замыкания на землю, А.

Заземляющее устройство – совокупность заземлителя, заземляющих проводников и главной заземляющей шины. Заземлитель – проводящая часть или совокупность электрически соединенных между собой проводящих частей, находящихся в контакте с локальной землей прямо или через промежуточную проводящую среду. Заземляющий проводник – защитный проводник, соединяющий заземлитель с главной заземляющей шиной электроустановки здания. Главная заземляющая шина – шина, входящая в состав заземляющего устройства электроустановки здания и предназначенная для присоединения защитных проводников к заземляющему устройству. В ПУЭ говорится только о двух первых элементах заземляющего устройства. В стандартах МЭК главная заземляющая шина рассматривается как неотъемлемая часть заземляющего устройства электроустановки здания.

Зануление применяется в электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью (сети типа TN). Зануление превращает замыкание на корпус электроустановки в однофазное короткое замыкание (к.з.). Под действием тока к.з. срабатывает защита (предохранитель, автоматический выключатель), и поврежденная часть установки отключается от питающей сети. Чем быстрее произойдет отключение, тем эффективнее защитное действие зануления.

Защитное автоматическое отключение питания. Определение этого способа защиты дается в ПУЭ: это автоматическое размыкание цепи одного или нескольких фазных проводников (и, если требуется, нулевого рабочего проводника), выполняемое в целях электробезопасности. При выполнении автоматического отключения питания в электроустановках напряжением до 1 кВ все открытые проводящие части должны быть присоединены к глухозаземленной нейтрали источника питания, если применена система TN, и заземлены, если применены системы IT или ТТ.

Основная цель автоматического отключения питания – исключить прикосновение человека к открытой проводящей части, оказавшейся под напряжением, или уменьшить время косвенного прикосновения до безопасного значения. Защитное устройство должно автоматически отключать питание электрической цепи или электрооборудования класса I в случае появления на открытых проводящих частях напряжения, превышающего 50 В переменного и 120 В постоянного тока. В зависимости от типа заземления системы применяются различные защитные устройства. При типах заземления системы TN-C, TN-S, TN-C-S для автоматического отключения питания используются устройства защиты от сверхтока (плавкие предохранители и автоматические выключатели) и устройства защиты, реагирующие на дифференциальный ток (устройства защитного отключения). Сверхток – любой ток, превышающий номинальный.

В системе ТТ используются устройства защитного отключения. В системе IT, как правило, используются устройства контроля изоляции, а также применяются устройства защиты от сверхтока и устройства защиты, реагирующие на дифференциальный ток. Время автоматического отключения питания в системе TN не должно превышать значений, указанных в табл. 18.

Таблица 18 Наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения для системы TN

В системе IT время автоматического отключения питания при двойном замыкании на открытые проводящие части должно соответствовать значениям, приведенным в табл. 19.

Таблица 19 Наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения для системы IT

Защитное электрическое разделение цепей – разделение одной электрической цепи от других при помощи двойной изоляции, усиленной изоляции или основной изоляции и проводящего экрана. Оно предназначено для защиты от косвенного прикосновения. Источником питания для электрически разделенных цепей являются разделительные трансформаторы или другие источники питания, обеспечивающие аналогичную степень безопасности.

Выравнивание потенциалов. При пробое изоляции на корпус, присоединенной к заземлителю, обрыве и падении провода на землю потенциалы точек земной поверхности (токопроводящего пола) вблизи от заземлителя приобретают повышенное значение (рис. 9).

Рисунок 9 Напряжения шага и прикосновения

Наибольший потенциал, равный потенциалу заземлителя I_З, имеет точка земли, расположенная точно над заземлителем. При удалении от заземлителя в любую сторону потенциалы точек земли снижаются по гиперболическому закону. При этом падение напряжения на расстоянии 1 м от заземлителя составляет 68 %, 10 м – 92 %, а на расстоянии 20 м от заземлителя потенциалы точек земли имеют нулевое значение. Человек, находящийся в зоне растекания, может попасть под шаговое напряжение. Напряжение шага (U_Ш) – напряжение между двумя точками на поверхности земли, на расстоянии 1 м одна от другой, которое принимается равным длине шага человека. Величина U_Ш зависит от:

• ширины шага: чем она больше, тем больше U_Ш;

• расстояния человека до заземлителя: при удалении от заземлителя U_Ш уменьшается, обращаясь в нуль на расстоянии 20 м;

• величины потенциала заземлителя: чем больше I_З, тем больше U_Ш.

Опасность воздействия U_Ш состоит в том, что ток, протекая по малой петле (нога – нога), вызывает судороги мышц, что может привести к падению человека на землю, и возникновению более опасной для человека петли тока. Индивидуальными средствами защиты от напряжения шага в установках выше 1 кВ являются диэлектрические боты, а до 1 кВ – диэлектрические галоши. Коллективным средством является выравнивание потенциалов. Выравнивание потенциалов – снижение разности потенциалов (шагового напряжения) на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, расположенных в земле, в полу или на их поверхности и присоединенных к заземляющему устройству, или путем применения специальных покрытий земли. Данный метод применяют для защиты человека от напряжения прикосновения (см. 3.8.3). Практически – это разность потенциалов руки I_Р и ноги I_Н человека. Если человек стоит точно над заземлителем, его рука и нога находятся под одним и тем же потенциалом I_P = I_H = I_З. Следовательно U_ПР = I_P - I_H = 0, и человек не подвергается опасности. При удалении от заземлителя потенциал земли уменьшается, а разность U_ПР = I_P - I_H возрастает. Напряжение прикосновения имеет наибольшее значение в зоне нулевого потенциала, где I_Н = 0, а U_ПР = I_P. В этом случае человек подвергается наибольшей опасности. Для устранения этого явления все заземляемое (зануляемое) оборудование должно быть установлено внутри контура, выполненного не в виде одного заземлителя, а состоящего из совокупности вертикальных и горизонтальных металлических электродов, соединенных между собой и рассредоточенных по всей площади пола рабочей зоны при определенных расстояниях между ними.

Применяемое электрооборудование напряжением до 1 кВ по способу защиты человека от поражения электрическим током согласно ГОСТ 12.2.007.0 «Изделия электротехнические. Общие требования безопасности» подразделяется на четыре класса: 0, I, II, III.

Электрооборудование класса 0 – электрооборудование, в котором защита от поражения электрическим током обеспечивается основной изоляцией.

Электрооборудование класса I – электрооборудование, в котором защита от поражения электрическим током обеспечивается основной изоляцией и соединением открытых проводящих частей с защитными проводниками.

Электрооборудование класса II – электрооборудование, в котором защита от поражения электрическим током обеспечивается применением двойной или эквивалентной ей изоляцией.

Электрооборудование класса III – электрооборудование, в котором защита от поражения электрическим током основана на его питании от источника сверхнизкого напряжения и в котором не возникают напряжения выше сверхнизкого напряжения.