Современная система электробезопасности должна обеспе­чивать защиту человека в жилых и общественных зданиях в сле­дующих случаях [12]:

— при прямом прикосновении к токоведущим частям элек­трооборудования;

— при косвенном прикосновении (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Прямое (а) и косвенное (б) прикосновения.

Предельно допустимые значения переменного тока часто­той 50 Гц через тело человека в аварийном режиме бытовых электроустановок не должны превышать следующих значений:

Основное правило защиты от поражения электрическим током: основные токоведущие части не должны быть доступны­ми, а доступные проводящие части не должны быть опасными:

— в нормальных условиях;

— при наличии неисправности.

Требования к защитным мерам в отношении обеспечения безопасности в значительной мере зависят от режима нейтрали сети и связанных с этим условий, возникающих при однофаз­ных замыканиях.

Наиболее распространенными являются сети и оборудова­ние на 6—10 кВ и 0,4 кВ. В первом случае нейтраль изолируется от земли, во втором — имеет место глухое заземление нейтрали. Глухое заземление нейтрали устраняет опасные последствия пе­рехода ВН на сторону НН из-за повреждения изоляции между обмотками силового трансформатора или вследствие падения провода ВН на провод НН. Кроме того, глухое заземление ней­трали предотвращает также повышение напряжения проводов по отношению к земле сверх 250 В, что необходимо для возмож­ности питания от этих сетей осветительных электроприемников.

1) В сетях с изолированной нейтралью напряжением 6—10 кВ обеспечение безопасности при однофазных замыканиях возла­гается в основном на заземление. Устройство защитного зазем­ления является основной защитной мерой и представляет собой преднамеренное соединение с землей металлических частей электроустановки, которые могут оказаться под напряжением при повреждении изоляции сетей или электроприемников. За­земление осуществляется посредством металлических электро­дов (труб, стержней, уголков, полос), располагаемых в земле и имеющих назначение создать электрическое соединение с землей. Эти электроды называют заземлителями; соединение последних с заземляемыми частями электроустановки осущест­вляется с помощью заземляющих защитных проводников. Со­вокупность заземлителей и заземляющих проводников пред­ставляет собой заземляющее устройство.

Исключительно важной защитной мерой служит выравни­вание потенциалов в пределах установки или ее отдельных час­тей. В ряде случаев без выравнивания потенциалов обеспечить безопасность персонала вообще невозможно. Выравнивание по­тенциалов применяется совместно с системами заземления, зануления и другими защитными мерами.

Заземлитель, предназначенный для выравнивания потен­циалов, состоит из стальных вертикальных стержней, соединен­ных горизонтальными стальными полосами. Чем ближе рассто­яния между отдельными элементами заземлителя, тем лучше выравниваются потенциалы земли на занимаемой им площади при однофазных замыканиях и тем ниже напряжения шага UШ и прикосновения Uпр.

Опыт эксплуатации показывает, что для обеспечения безо­пасной и безаварийной работы электроустановок наряду с со­вершенным их исполнением и оснащением средствами защиты необходимо так организовать их эксплуатацию, чтобы исклю­чить возможность ошибок со стороны обслуживающего персо­нала. Электрооборудование, токоведущие части, изоляторы, крепления, ограждения, несущие конструкции, изоляционные и другие устройства должны быть выбраны и установлены та­ким образом, чтобы вызываемые нормальными режимами рабо­ты электроустановки усилия, нагрев, электрическая дуга или другие сопутствующие ее работе явления не могли привести к повреждению оборудования и возникновению КЗ или замы­каний на землю, а также причинить вред обслуживающему пер­соналу.

Часто встречающимися на практике вариантами включения человека в цепь переменного тока являются следующие:

а) между двумя фазами сети — двухфазное прикосновение, которое относится к наиболее опасным для человека, так как к нему прикладывается линейное напряжение Uп, а ток Ih, ока­зывается независимым от схемы сети, режима ее нейтрали и других факторов, т.е.

б) между фазой и землей — однофазное прикосновение, ко­торое, хотя и менее опасно, но возникает наиболее часто; при этом в трехфазной четырехпроводной сети с глухим заземлени­ем нейтрали и ее модификацией (для зданий — это системы ТN-С, TN-S, ТN-С-S, ТТ [10])

Здесь мы принимаем сопротивление изоляции проводов от­носительно земли равным нулю.

В сетях с изолированной нейтралью приходится считаться с возникновением неотключаемых замыканий на землю. Сами по себе однофазные замыкания в этих сетях опасности пораже­ния не вызывают (если соблюдать требования Правил в отноше­нии заземления). Однако за время до их устранения увеличива­ется опасность поражения при прикосновении к токоведущим частям, а также не исключена возможность возникновения вто­рого замыкания на землю в другой фазе той же сети, чему спо­собствует увеличение напряжения здоровых фаз по отношению к земле в 73 раз. При двойных замыканиях на заземленных час­тях могут возникнуть опасные напряжения, являющиеся причи­ной тяжелых повреждений. Для своевременного обнаружения однофазных замыканий и предотвращения перехода в двухфаз­ное необходим эффективный контроль изоляции. В сетях с изо­лированной нейтралью применение зануления не допускается из-за возможности появления недопустимых потенциалов на корпусах электроприемников при эксплуатации.

2) В сетях напряжением до 1 кВ с глухозаземленной ней­тралью в качестве основной защитной меры применяется зануление корпусов электрооборудования. Наличие заземленной нейтрали дает возможность обеспечить безопасность путем от­ключения аварийного участка. Это достигается путем соедине­ния корпусов электроприемников с заземленной нейтралью трансформатора. Такое соединение (зануление) создает при вся­ком замыкании на заземленные части замкнутую металлическую цепь КЗ, отключаемую защитой. В этих сетях нельзя применять заземление электроприемников без соединения их корпусов с нейтралью.

Система зануления может выполнять свои функции только при соблюдении следующих условий:

— необходимо иметь достаточно большую величину тока КЗ для надежного отключения аварийного участка;

— необходимо обеспечить безопасность в течение времени от момента замыкания до срабатывания защиты, а также при обрыве нулевого провода;

— нельзя допускать установку или замену сгоревших плав­ких вставок и термореле автоматов на токи, большие, чем тре­буется по условиям защиты и пусковым токам;

— защита автоматическими выключателями и предохрани­телями должна устанавливаться во всех трех фазах.

Статистика показывает, что подавляющее число случаев электротравматизма вызывается нарушениями требований Пра­вил техники безопасности, а не недостатками защитных мер. Во всех случаях основными должны быть меры, предупреждаю­щие опасность поражения электрическим током: применение надежного электрооборудования, контроль, поддержание на тре­буемом уровне изоляции, дисциплина персонала и знание ПТЭ, ПТБ, ПУЭ.

Для защиты от прямого прикосновения применяют (основ­ная защита)

— изоляцию токоведущих частей;

— ограждения, оболочки, барьеры;

— расположение вне зоны досягаемости.

Дополнительная защита: УЗО.

Для защиты от косвенного прикосновения применяют:

— УЗО;

— нулевые защитные проводники в электроустановках зда­ний с системой заземления ТN в комплексе с устройствами за­щиты от сверхтока (предохранителями, автоматическими вы­ключателями).

В ПУЭ 7-го издания [13] требования к выполнению груп­повых сетей сформулированы следующим образом. Питание электроприёмников должно выполнятся от сети 380/220 В с сис­темой заземления ТN-S или ТN-С-S (рис. 4.2 и 4.3). Во всех зда­ниях линии групповой сети, прокладываемые от групповых, этажных и квартирных щитков до светильников общего освеще­ния, штепсельных розеток и стационарных электроприёмников, должны выполняться трёхпроводными (фазный — L, нулевой рабочий — N, нулевой защитный — РЕ — проводники).

Рис 4.2. Система Т1Ч-С-5 переменного тока:

1 — заземлитель нейтрали источника переменного тока;

2 — открытые проводящие части.

Нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном про­воднике в части системы.

Рис. 4.3. Система Т1Ч-8 переменного тока:

1 — заземлитель нейтрали источника переменного тока;

2 — открытые проводящие части.

Нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены.

Не допускается объединение нулевых рабочих и нулевых защитных проводников различных групповых линий.

Нулевой рабочий N и нулевой защитный РЕ проводники не допускается подключать под общий контактный зажим.

Ранее во всём мире применялась система «зануления», ос­нованная на соединении нетоковедущих частей (корпусов) оборудования с землёй и заземлённой нейтралью источника. В настоящее время «зануление» действует в ограниченном количестве электроустановок, однако, его рассматривают как составную часть комплекса мероприятий под названием «за­щита с помощью автоматического отключения источника пи­тания».

В системе ТN-С-S в ВРУ (вводно-распределительном уст­ройстве) электроустановки совмещённый нулевой защитный и нулевой рабочий проводник РЕN разделен на нулевой защит­ный РЕ и нулевой рабочий N проводники.

Нулевой защитный проводник РЕ соединён со всеми от­крытыми проводящими частями и может быть многократно за­землён, а нулевой рабочий проводник N не должен иметь соеди­нения с землей.

Наиболее перспективной для России является система ТN-С-S, позволяющая в комплексе с широким внедрением УЗО обеспечить высокий уровень электробезопасности в электроус­тановках без их коренной реконструкции.

В электроустановках с системами заземления ТN-S и ТN-С-S электробезопасность потребителя обеспечивается не собственно системами, а УЗО, действующими более эффектив­но с этими системами заземления и системой уравнивания по­тенциалов.

Для обеспечения условий электробезопасности в конкрет­ной электроустановке важное значение имеет система уравнива­ния потенциалов.

Правила МЭК предусматривают подсоединение всех под­лежащих заземлению проводников к общей шине. Это позволя­ет избежать протекания различных токов (непредсказуемых циркулирующих) в системе заземления, вызвающих возникно­вение разности потенциалов на отдельных элементах электроус­тановки (рис. 4.4 и 4.5).

Рис. 4.4. Пример выполнения системы выравнивания потенциалов.

Рис. 4.5. Пример выполнения уравнивания потенциалов

в электроустановке здания с системой ТИ-О8:

1 — водонагреватель; 2 — естественный заземлитель (арматура фундамента здания); 3 — главная заземляющая шина; 4— металлические трубы водопро­вода, канализации, газа; 5 — заземлитель модниезащиты.

ПУЭ 7-го издания [13] предписывают устройство основ­ной системы и системы дополнительного уравнивания потен­циалов.

На вводе в здание должна быть выполнена система уравни­вания потенциалов путём объединения следующих проводящих частей:

— основной (магистральный) защитный проводник;

— основной (магистральный) заземляющий проводник;

— стальные трубы коммуникаций зданий и между зданиями;

— металлические части строительных конструкций, молниезащиты, системы центрального отопления, вентиляции и кон­диционирования.

По ходу передачи электроэнергии рекомендуется выпол­нять дополнительные системы уравнивания потенциалов.

К дополнительной системе уравнивания потенциалов должны быть подключены все доступные прикосновению от­крытые проводящие части стационарных электроустановок, сторонние проводящие части и нулевые защитные проводники всего электрооборудования (в том числе штепсельных розеток).

Более подробные сведения об основной и дополнительной системах уравнивания потенциалов приведены в [13] и других нормативных документах [16—25].

Следует отметить, что в связи с повышением оснащённости современных жилых, общественных и производственных зда­ний различными электроприборами, развитием электроустано­вок имеет место ускоренная коррозия трубопроводов систем во­доснабжения и отопления. Основная причина этого явления — протекание по ним блуждающих токов.

Применение УЗО в комплексе с правильно выполненной системой уравнивания потенциалов позволяет ограничить и да­же исключить протекание токов утечки, блуждающих токов по проводящим элементам конструкции здания, в том числе и по трубопроводам [26, 27, 28].