Изоляция электроустановок и ее контроль. Применение малых напряжений.

Электрическая изоляция – это слой покрытия диэлектрика или диэлектрик, которым покрывается поверхность токоведущих частей, тоководов, или которыми токоведущие части отделяются друг от друга. Изоляция должна обладать высокими диэлектрическими свойствами, прочностью и сопротивляемостью к изменениям температурно-влажностной среды.
В электроустановках применяются следующие виды изоляции: рабочая, дополнительная, двойная и усиленная.
Рабочая изоляция обеспечивает нормальную работу электроустановок и защиту от поражения электрическим током.
Дополнительная - предусматривается как дополнение к рабочей для защиты от поражения электрическим током, в случаях ее повреждения.
Двойная изоляция состоит из двух независимых одной от другой рабочей и дополнительной изоляции. Рабочую (функциональную) называют основной изоляцией т.к. она должна обеспечить электробезопасность работающих (изоляция обмоток машин, жил тоководов и т.д.). Дополнительной изоляцией может быть пластмассовый корпус машины, изолирующие втулки, блоки и т.д.
При двойной изоляции заземление или зануление металлических частей запрещается, так как этим шунтируется дополнительная изоляция, и ее преимущества сводится на нет. Соединение корпуса машины, имеющей двойную изоляцию с заземляющим устройством недопустимо, так как это снижает безопасность работающего.
Усиленная – это улучшенная рабочая изоляция, которая обеспечивает такой же уровень защиты, как и двойная.
Как правило, двойная изоляция применяется для выключателей, розеток, вилок, патронов ламп, переносных светильников, электрифицированного ручного инструмента, электроизмерительных приборов и некоторых бытовых приборов. Область применения двойной электроизоляции – электроустановки небольшой мощности. Она является действенным защитным средством.
Согласно ПУЭ, сопротивление изоляции электроустановок должно быть не менее 1000Ом на 1В рабочего напряжения. Так для сетей переменного напряжения 380/220В сопротивление изоляции должно быть не менее 380 кОм. Для электросетей напряжением до 1000В сопротивление изоляции токопроводных частей должно быть не ниже 0,5 МОм.
Следует учитывать, что в процессе эксплуатации изоляция претерпевает различные изменения: старение, механические повреждения, растрескивание от перепада температурно-влажностной среды. Поэтому электроизоляция подлежит систематическому осмотру и испытаниям согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) и Правилам техники безопасности (ПТБ).
Сопротивление изоляции электрооборудования назначается в зависимости от электрической мощности электроустановки, Ом
(3.4.20)
где, U – напряжение, В; N – мощность, Вт.

В зависимости от вида электроизоляции электротехнические изделия подразделяются на следующие классы: 0, 01, І, ІІ, ІІІ при этом:
- к классу 0 относятся изделия, в которых имеется рабочая изоляция, но отсутствует элементы для заземления (если они не относятся к классу ІІ или ІІІ);
- к классу 01 относятся изделия, имеющий рабочую изоляцию и элемент для заземления, а также провод без заземляющей жилы для подсоединения к источнику питания;
- к классу І относятся изделия, имеющие рабочую изоляцию и элемент для заземления, а также провод для подсоединения к источнику питания с заземляющей жилой и вилку с замыкающим контактом;
- к классу ІІ относятся изделия, имеющие двойную или усиленную изоляцию и не имеющие элементов для заземления;
- к классу ІІІ относятся изделия, в которых отсутствуют внутренняя и внешняя электрические цепи с напряжением более 42В.
Изделия, получающие питание от внешнего источника относятся к ІІІ классу в том случае, если они предназначены для присоединения непосредственно к источнику питания с напряжением не выше 42 В.
Электрическое разделение сети. Разветвленные электрические сети большой протяженности имеют значительную электрическую емкость. При этом даже прикосновение к одной фазе является очень опасным. Однако если сеть разделить на ряд небольших сетей такого же напряжения, которые обладают небольшой емкостью и высоким сопротивлением изоляции, то опасность поражения резко снижается.
Электрическое разделение сетей осуществляется путем подключения отдельных электроустановок через разделительные трансформаторы. Область применения защитного разделения сетей – электроустановки напряжением до 1000В, эксплуатация которых связана с повышенной опасностью (в передвижных установках, ручном электрифицированном инструменте и т.д.)
Защитные ограждения.
Важную роль в обеспечении электробезопасности работающих играет вынесение, по возможности, электрооборудования с рабочей зоны: размещение в местах, исключающих контакт, и на недостижимой высоте (в первую очередь, токоведущих частей и приводов).
При этом отдается предпочтение дистанционному управлению технологическими процессами со специально оборудованных пунктов управления. Высоту расположения проводов воздушных линий электропередачи назначают с учетом напряжения (табл.3.4.1)
Для исключения возможного контакта или опасного приближения к неизолированным токоведущим частям предусматриваются стационарные ограждения: сплошные и сетчатые. Сплошные ограждения применяются в электроустановках до 1000В в виде крышек, кожухов и т.д. Сетчатые ограждения имеют двери, которые закрывают на замок.
Часто применяют при ведении профилактических работ переносные ограждения: щиты, изолирующие колпаки, изолирующие накладки. Они также оборудуются дверьми или крышками, которые закрываются на замок или обеспечены защитной блокировкой.
Под блокировкой понимают автоматическое устройство, при помощи которого предотвращается попадание людей под напряжение в результате ошибочных действий. По принципу действия различают: механическую, электромагнитную и электрическую блокировки.

§ Применение малых напряжений

Малое напряжение — номинальное напряжение не более 42 В, применяемое в целях уменьшения опасности поражения электри­ческим током.

Наибольшая степень безопасности достигается при напряже­ниях до 10 В, так как при таком напряжении ток, проходящий через человека, не превысит 1—1,5 мА. В помещениях с повы­шенной опасностью и особо опасных, где сопротивление электрической цепи человека может быть значительно снижено. Однако даже если принять сопротивление тела че­ловека R_ch=1кОм, то при напряжении 10 В ток не превышает 10 мА.

На практике применение очень малых безопасных напряже­ний ограничено шахтерскими лампами (2,5 В) и некоторыми бы­товыми приборами. В производственных переносных электроустановках для повышения безопасности применяются малые напряжения 12 и 36 В. В помещениях с повышенной опасностью для переносных электроприемников рекомендуется номинальное напряжение 36В, R тела человека при этом U принимаем 2 кОм и ток, проходящий через че­ловека (2 фазы), мо­жет быть I_h=36/2=18 мА. Такой ток для большинства людей является неотпускающим. ТЕ, 2-фазное прикос­новение при напряжении 36 В опасно. Безопасность обеспечива­ется только при однофазном прикосновении. В особо опасных по­мещениях, где ручной электроинструмент питается от источника напряжением 36 В, а ручные лампы—12 В, ток, проходящий че­рез человека, может быть еще выше.

УЗО

В европейских и других странах в сетях напряжением до 1 кВ уже много лет широко применяются устройства защитного отключения (УЗО) различных систем.

Функционально УЗО можно определить как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в проводниках, подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке.

В нормальном режиме, при отсутствии дифференциального тока – тока утечки, в силовой цепи по проводникам, проходящим сквозь окно магнитопровода трансформатора тока 1, протекает рабочий ток нагрузки. Эти проводники образуют встречно включенные первичные обмотки дифференциального трансформатора тока. Если обозначить ток, протекающий по направлению к нагрузке, как I₁, а от нагрузки как I₂, то можно записать равенство: I₁ = I₂

Равные токи во встречно включенных обмотках наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но векторно встречно направленные магнитные потоки Ф₁ и Ф₂. Результирующий магнитный поток равен нулю, ток во вторичной обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю. Пусковой орган 2 находится в этом случае в состоянии покоя.

При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприемника, на который произошел пробой изоляции, по фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки I₁ протекает дополнительный ток – ток утечки I_D, являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным).

6. Электрическое разделение сетей и компенсация емкостных токов замыкания на землю. 3.4. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ СЕТЕЙ Разветвленная электрическая сеть большой протяженности имеет значительную ем- кость и небольшое емкостное сопротивление изоляции относительно земли. Как показано в § 2.2.1, ток замыкания на землю в такой сети может быть значительным и однофазное прикос- Рис. 3.4. Схема трех вольтметров 43 новение в сети даже с изолированной нейтралью является опасным. Если единую протяжен- ную сеть с большой емкостью и малым сопротивлением изоляции разделить на ряд коротких сетей с небольшой емкостью и высоким сопротивлением изоляции, опасность поражения че- ловека резко снижается. Электрическое разделение протяженных сетей на несколько гальванически не связан- ных коротких участков осуществляет- ся постановкой разделительных трансформаторов, как это показано на рис. 3.5. В разделительных трансформа- торах, предназначенных для электри- ческого разделения сетей, не происхо- дит преобразование энергии, т.к. чис- ло витков и величины напряжений в первичных и вторичных обмотках рав- ны между собой, т.е. коэффициент трансформации Кт равен единице. В представленной на рис. 3.5 схеме установка двух разделительных трансформаторов РТ1 и РТ2 сократила протяженность отдельных участков по сравнению с общей длиной сети в три раза. Соответственно произошло уменьшение емкости и повышение общего сопротивления сети, а следова- тельно, повышение безопасности ее эксплуатации. На практике распространение получила схема питания отдельных электроприемников от разветвленной сети через разделительные трансформаторы (рис.3.6). Защита с помощью разделительных трансформаторов используется для отделения электроприемников от общей сети напряжением 380, 220 и 127 В, в которой могут произойти повреждения изоляции и замыкания на корпус, вызывающие повышенную опасность для че- ловека. НП ФП Uф Rh Рис. 3.5. Электрическое разделение сети: ЛТ – линейные трансформаторы; РТ1, РТ2 – раздели- тельные трансформаторы; l – протяженность сети, км; l/3 – протяженность отдельных участков, км Рис. 3.6. Схема электрической сети с разделительным трансформатором: 1 – разделительный трасформатор; 2 – электроприемник (электродрель); 3 – заземление корпуса трансформатора 44 На рис. 3.6 изображена двухпроводная электрическая сеть с разделительным транс- форматором 1, от которого, согласно «Правил», должен питаться только один электроприем- ник 2. При этом сеть, связывающая трансформатор с электроприемником, (например с элек- тродрелью), как правило, является непротяженной. В этих условиях при прикосновении че- ловека (Rh) к корпусу электроприемника, замкнутого на фазу, через его тело потечет ток, значение которого определяется известной из § 2.1 формулой (2.2): 2/ A., ф из I U R r n = h + Если принять сопротивление тела человека Rh=1000 Ом, а сопротивление изоляции участка сети за разделительным трансформатором rиз=500 кОм, то при фазном напряжении Uф=220 В значение тока Ih будет менее 0,5 мА. Такое значение тока является безопасным, т. к.находится ниже порового ощутимого тока. В случае подсоединения второго электроприемника к разделительному трансформатору опасность поражения человека возрастает в связи с тем, что на обеих установках может произойти замыкание на корпус или пробой изоляции одновременно. При этом одна из установок будет связана с землей напрямую через сверло электродрели, и заземлённым изделием. И в том случае, если вторая установка связана с землей, то ток Ih будет определяться полным напряжением сети и сопротивлением человека Rh. Опасность поражения в данном случае высокая, поэтому в применяемых схемах с раз- делительным трансформаторами при напряжениях 380, 220 и 127 В заземление корпусов электроприемников не допускается. Корпус самого разделительного трансформатора необ- ходимо заземлять. Это объясняется тем, что при пробое изоляции первичной обмотки на корпус трансформатора и при отсутствии заземления ток через человека, прикоснувшемуся к корпусу, замыкается через небольшое емкостное сопротивление протяженной первичной се- ти. Значение этого тока будет опасным. Установка предохранителей в рассматриваемой схе- ме объясняется необходимостью отключения электроприемника в случаях замыкания фазы на корпус установки, соединенной с землей, и повреждения изоляции на другой фазе, а так- же при межфазном коротком замыкании.

3.5. КОМПЕНСАЦИЯ ЕМКОСТНЫХ ТОКОВ ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

Ток замыкания на землю, а следовательно, и ток через человека в случае прикоснове- ния к фазному проводнику в протяженной сети с изолированной нейтралью зависит не столько от сопротивления изоляции, сколько от величины ёмкости сети относительно земли 45.При значительной емкости, например С≥0,1 мкФ, ток через человека достигает опасных значений (см. § 2.2.1). Емкость фазных проводников воздушных линий электропередач и от- носительно земли не зависит от каких-либо дефектов в изолированных участках сети. Она определяется главным образом протяженностью сети и геометрическими параметрами: диа- метром самих проводников, расстоянием между ними и высотой подвеса от земли. Поэтому емкость сети в процессе эксплуатации может изменяться лишь за счет отключения или включения отдельных участков, что определяется требованиями электроснабжения потреби- телей. Рис. 3.7. Компенсация емкостных токов утечки: L – индуктивность дросселя; Ih – индуктивный ток; Ic – емкостной ток; Ih – ток через человека, мА; С1=С2=С3=Сф – емкость фазных проводников, мкФ Поскольку невозможно уменьшить емкость всей сети, снижение тока замыкания на землю достигается компенсацией емкостной составляющей индуктивным полем. Для этого в трехфазной сети между нейтралью и землей устанавливается компенсационная катушка: ре- актор или дроссель (рис. 3.7). Величина индуктивности L в компенсирующем дросселе вы- бирается из условий резонанса: ωL=1/ωCФ, отсюда, L=1/ Ф 2 3ω С, Гн. Емкостная и индуктивная составляющие токов IL и Ic находятся в противофазе и при настройке в резонанс взаимно уничтожаются. При этом ток замыкания на землю (ток через человека Ih) уменьшается и повышается безопасность обслуживания электрических сетей. В случае недокомпенсации или перекомпенсации емкости сети полный ток замыкания на зем- лю или ток через человека также снижается. Компенсация емкостной составляющей приме- няется в сетях напряжением выше 1000 В для уменьшения емкостных токов утечки и сниже- ния возникающих при этом перенапряжений. Правила устройства электроустановок предпи- Rh Rh C1 C2 C3 46 сывают компенсацию, если ток замыкания на землю превышает в сетях напряжение 35 кВ – 10 А, 20 кВ – 15 А, 10 кВ – 20 А и 6,3 кВ – 30А. В схемах энергоблоков с генераторами-трансформаторами напряжением 6,3÷20 кВ компенсация обязательна при токе замыкания на землю более 5 А. При токе замыкания на землю 50 А и более устанавливаются две компенсирующие катушки параллельно. В сетях напряжением до 1000 В компенсация емкостной составляющей тока замыкания на землю применяется лишь в особо опасных помещениях, наружных установках, в подзем- ных сетях шахт и рудников. В этом случае компенсирующая катушка присоединяется к ис- кусственной нулевой точке специального трансформатора.

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: