К вопросу обеспечения электробезопасности в электрических сетях с различными режимами нейтрали

Г.М. Петров

К ВОПРОСУ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ С РАЗЛИЧНЫМИ РЕЖИМАМИ НЕЙТРАЛИ

Рассмотрены меры защиты от поражения электрическим током при нормальном режиме работы электроустановки и при повреждении изоляции. Даны рекомендации по определению параметров электрических сетей напряжением до 1 кВ с различными режимами нейтрали.

Ключевые слова: Электробезопасность. Электрические сети с изолированной и глухозаземленной нейтралью источника питания. Меры защиты от поражения электрическим током. Параметры электрических сетей.

Энергетическое хозяйство нашей страны, постоянно развиваясь, все больше расширяется и усложняется. В связи с этим все большее внимание уделяется вопросам техники безопасности во всех областях энергетики, в том числе при эксплуатации электроэнергетических установок - электростанций, подстанций, распределительных устройств, электрических и кабельных сетей и т. п.

В последние годы коренной переработке подверглись основополагающие документы по безопасности труда в электроэнергетике - правила техники безопасности, правила устройства электроустановок, правила и нормы по средствам защиты и приспособлениям и т. п. Вновь созданы многие нормативные документы по организации безопасной работы в электроустановках - стандарты по мерам и средствам защиты от поражения людей электрическим током, индивидуальным электрозащитным средствам, терминологии в области электробезопасности и др., а также руководящие указания, инструкции, нормы по охране труда при работах в различных электроустановках, в том числе в различных электрических сетях.

В настоящее время на территории РФ действуют следующие основные нормативные документы в области электробезопасности:

• Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации (ПТЭ ЭС и С РФ).

• Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. 5-й выпуск (ПТЭЭП).

• Правила устройства электроустановок. 7-е издание (ПУЭ).

• ПОТ Р М-016-2001 (МПОТ). Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок и др.

ПТЭ ЭС и С РФ устанавливают основные организационные и технические требования к эксплуатации электростанций, электрических и тепловых сетей в Российской Федерации. Они распространяются на тепловые электростанции, работающие на органическом топливе, гидроэлектростанции, электрические и тепловые сети, а также на организации, выполняющие работы применительно к этим объектам, независимо от организационно-правовых форм и форм собственности. Данные правила утверждены и введены в действие в 2003 г.

ПТЭЭП включают в себя требования к Потребителям, эксплуатирующим действующие электроустановки напряжением до 220 кВ включительно. Правила распространяются на организации, независимо от форм собственности и организационно-правовых форм, индивидуальных предпринимателей и граждан - владельцев электроустановок.

ПУЭ распространяются на вновь сооружаемые и реконструируемые электроустановки постоянного и переменного тока напряжением до 750 кВ, в том числе на специальные электроустановки, рассмотренные в разделе 7. Устройство специальных электроустановок, не рассмотренных в разделе 7, должно регламентироваться другими нормативными документами.

МПОТ устанавливают требования к персоналу, производящему работы в электроустановках, определяют порядок и условия производства работ и рассматривают организационные и технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работ, испытаний и измерений в электроустановках всех уровней напряжения. Правила распространяются на работников организаций независимо от форм собственности и организационно-правовых форм и других физических лиц, занятых техническим обслуживанием электроустановок, проводящих в них оперативные переключения, организующих и выполняющих строительные, монтажные, наладочные, ремонтные работы, испытания и измерения.

Для защиты от поражения электрическим током согласно главе 1.7 ПУЭ (7-е издание) [1] должен быть применен по отдельности

или в сочетании ряд мер защиты, которые в общем виде подразделяется на меры защиты при нормальном режиме работы электроустановки и на меры защиты при повреждении изоляции.

Для защиты от поражения электрическим током в нормальном режиме применяются меры защиты от прямого прикосновения:

• основная изоляция токоведущих частей

• ограждения и оболочки

• установка барьеров

• размещение вне зоны досягаемости

• применение сверхнизкого (малого) напряжения.

Для дополнительной защиты от прямого прикосновения в электроустановках напряжением до 1 кВ следует применять устройства защитного отключения (УЗО) с номинальным отключающим дифференциальным током не более 30 мА.

Для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции применяются меры защиты при косвенном прикосновении:

• защитное заземление

• автоматическое отключение питания

• уравнивание потенциалов

• двойная или усиленная изоляция

• сверхнизкое (малое) напряжение

• защитное электрическое разделение цепей

• изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки.

Перед проектными организациями стоят задачи уже на стадии проектирования применить по отдельности или в сочетании вышеперечисленные меры защиты как при нормальном режиме работы электроустановки, так и в случае повреждения изоляции.

Надзорными органами РФ в последнее время ужесточились требования по применению мер защиты от поражения электрическим током, основными из которых являются защитное уравнивание потенциалов и применение УЗО. Широкое распространение УЗО нашло в электрических сетях с глухозаземленной нейтралью источника тока напряжением до 1 кВ жилых, административнобытовых и т. п. объектах. Массовое применение УЗО на промышленных объектах задерживается в связи с рядом причин:

• номинальные токи УЗО не превышают 125 А

• недостаточно устойчивы к токам КЗ на промышленных объектах

• УЗО с номинальным током 80 А и более выпускаются промышленностью с дифференциальным током 100 мА и более, что больше допустимой величины

• довольно дорого по стоимости.

УЗО с дифференциальным током 100 мА и более устанавливается в групповых линиях с противопожарными целями - для повышения уровня защиты от возгорания при замыканиях на заземленные части, когда величина тока недостаточна для срабатывания максимальной токовой защиты. Вместе с тем на практике часто встречаются ситуации, когда происходят ложные срабатывания УЗО из-за его неправильного выбора. В ПУЭ нет четкого указания по выбору УЗО по номинальному дифференциальному току, есть только рекомендации по применению УЗО в групповых сетях, питающих штепсельные розетки (не более 30 мА).

На промышленных объектах применение УЗО действующими нормами и правилами не требуется, хотя ряд отраслевых правил в особо опасных условиях предписывают применение УЗО. Так в Правилах безопасности при строительстве подземных сооружений [2] в городах при строительстве коммунальных тоннелей допускается электроснабжение подземных электроустановок от электрических сетей с глухозаземленной нейтралью питающего трансформатора при обеспечении контроля за состоянием изоляции сетей и токоприемников с помощью быстродействующих УЗО (время срабатывания не более 0,05 с) с уставкой по дифференциальному току не более 10 мА.

В электрических сетях напряжением до 1140 В с изолированной нейтралью источника тока в составе УЗО (отключающий аппарат и реле, реагирующее на снижение сопротивления изоляции) в настоящее время используется реле утечки типа АЗУР, которое может устанавливаться в корпусе передвижной трансформаторной подстанции (АЗУР-1 и АЗУР-2) или стационарно в отдельном взрывозащищенном корпусе (АЗУР-3). Работа этих устройств показало высокую надежность при эксплуатации электрических сетей предприятий горного профиля.

Вместе с тем, на предприятиях с большой протяженностью кабельных линий и большой разветвленностью, чем характеризуются

подземные электрические сети рудников черной металлургии, наблюдаются частые срабатывания реле утечек.

Научной школой МГИ-МГГУ в свое время было проведено ряд исследований по определению параметров изоляции электрических сетей напряжением до 1140 В предприятий горного профиля в различных районах бывшего Советского Союза [3]. Были получены зависимости параметров изоляции и токов утечки от протяженности кабельных линий и количества подключенного электрооборудования для тех условий, где были проведены исследования. Были даны рекомендации по проектированию подземных электрических сетей напряжением до 1140 В в зависимости от параметров электрических сетей, были получены условия минимальной и максимальной электробезопасности.

На рис. 1 представлены зависимости по определению параметров подземных электрических сетей напряжением до 1140 В рудников черной металлургии с учетом электробезопасности. В соответствии с рис. 1 можно определить параметры электрических сетей ^ - протяженность кабельных линий и N - количество подключенного электрооборудования) при условии минимальной и максимальной электробезопасности.

Таким образом можно определить параметры электрических сетей при любых условиях эксплуатации. Данная методика применима для электрических сетей с изолированной нейтралью. Определим аналогичным образом параметры электрических сетей с глу-хозаземленной нейтралью источника тока с учетом электробезопасности.

Согласно пункту 7.1.83 ПУЭ (7-е издание) [1] суммарный ток утечки с учетом присоединяемых стационарных и переносных электроприемников в нормальном режиме работы не должен превосходить 1/3 номинального тока УЗО. При отсутствии данных ток утечки электроприемников следует принимать из расчета 0,4 мА на 1 А тока нагрузки, а ток утечки сети - из расчета 10 мкА на 1 м длины фазного проводника, т. е.

Е1Л = 0,4*Е + 0,01*Е б < 1/3*/ЛУЗО,

Лрасч ’ нагр ’ каб Лп УЗО ?

где Е1Лрасч - суммарный расчетный ток утечки сети, мА; Е1нагр -суммарный ток нагрузки сети, мА; Е1каб - суммарная длина

Рис. 1. Определение параметров электрических сетей с изолированной нейтралью источника тока

фазного проводника, м; 1Ап УЗО - номинальный дифференциальный ток УЗО, мА.

Аналогично, как и в электрической сети с изолированной нейтралью источника тока можно построить зависимости параметров электрической сети (£/нагр - суммарный ток нагрузки, А и Е1каб -

длина фазного проводника, м) с глухозаземленной нейтралью источника тока при условии минимальной и максимальной электробезопасности, где 1ап = 30 мА - максимальная электробезопасность, а 1ап = 100 мА - минимальная. В таблице приведены результаты расчетов.

На рис. 2 построены графики по определению параметров электрической сети с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1 кВ с учетом условий максимальной электробезопасности, когда суммарный ток утечки равен 1/3 уставки УЗО с дифференциальным током 30 мА, и минимальной электроПараметры электрической сети с глухозаземленной нейтралью

Условия электробезопасности Граничные значения параметров электрической сети

< £ (Я X и Х^каб, м

Максимальная: 0 1000

30 мА/3 25 0

Минимальная: 0 3333

100 мА/3 83,25 0

т а Ь, км

3,8

3.4

3.0

2.4

2.0 1,6 1,2 0,8 0,4

Рис. 2. Определение параметров электрических сетей с глухозаземленной нейтралью источника тока

безопасности, когда суммарный ток утечки равен 1/3 уставки УЗО с дифференциальным током 100 мА.

Также можно получить зависимости протяженности кабельных линий в электрической сети с глухозаземленной нейтралью при разных уровнях напряжения и разных значениях мощности.

------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Правила устройства электроустановок. Седьмое издание. - М.: ЗАО "Энергосервис", 2002.

2. ПБ 03-428-02. Правила безопасности при строительстве подземных сооружений, 2001.

3. Глухарев Ю.Д., Петров Г.М. Средства, способы и мероприятия, направленные на повышение условий электробезопасности на рудниках цветной металлургии. Обзорная информация. - М.: ЦНИИЭиИЦМ, 1990. - 40 с. ВТШ

G.M.Petrov, the Moscow state mining university.

TO A QUESTION OF MAINTENANCE OF AN ELECTROSECURITY IN ELECTRIC NETWORKS WITH VARIOUS MODES OF A NEUTRAL THE SUMMARY

Measures of protection from defeat by an electric current are considered at a normal operating mode of electroinstallation and at damage of isolation. Recommendations by definition of parameters of electric networks by a pressure up to 1000 V with various modes of a neutral are given.

Key words: An electrosecurity. Electric networks with various modes of a neutral of the power supply. Measures ofprotection from defeat by an electric current. Parameters of electric networks.

Коротко об авторе ________________________________________________

Петров Г.М. - профессор кафедры "Электрификация и энергоэффективность горных предприятий", кандидат технических наук, тел. 2З6-95-З5,

Московский государственный горный университет,

Moscow state mining university, Russia, ud@msmu.ru