Существующие в настоящее время устройства защиты человека от поражения электрическим током осуществляют следующие функции:
а) не допускают прикосновений человека к элементам, находящимся под напряжением;
б) осуществляют защиту человека при прикосновениях к элементам, нормально находящимся под напряжением;
в) препятствуют попаданию напряжения на нетоковедущие элементы электроустановок;
г) защищают человека при прикосновениях к элементам оборудования, оказавшимся под напряжением в результате нарушения нормального режима работы электроустановок (замыканий на корпус, на землю и т. п.).
Применяемые в электроустановках защитные устройства осуществляют одну или несколько из перечисленных защит. Рассмотрим кратко известные у нас в стране и за рубежом средства защиты от поражения электрическим током с точки зрения их функций и области применения.
- Защитные устройства, обеспечивающие недоступность элементов, находящихся под напряжением, для человека. К ним относятся различного рода ограждения, блокировки, сигнализация, размещение токоведущих элементов на недоступной высоте и индивидуальные защитные средства. Такого рода устройства осуществляют в основном первый вид защиты и широко применяются во всех видах электроустановок за исключением случаев, когда их использование мешает нормальному ходу технологического процесса.
- Электрическая изоляция осуществляет все виды защиты и является наиболее универсальным защитным средством, применяющимся во всех без исключения электроустановках. Уровень электрической изоляции устанавливают, как правило, исходя из технологических и энергетических параметров электроустановки, однако в ряде случаев требования безопасности становятся определяющими (например, при проектировании электроустановок для помещений особо опасных с точки зрения поражения людей электрическим током).
- Изолирующие трансформаторы применяются для питания отдельных потребителей или групп потребителей в условиях повышенной опасности электрического тока.
Главное их назначение — изолировать потребителей повышенной опасности от первичной распределительной сети и сети заземления, что позволяет резко снизить вероятность повреждений изоляции и уменьшить проводимость изоляции защищаемого участка по отношению к земле, т. е. осуществляется защита второго и третьего вида. К разделительным трансформаторам предъявляются повышенные требования с точки зрения уровня изоляции и конструктивной надежности, определяемые из условий электробезопасности.
Как правило, разделительные трансформаторы не изменяют величину напряжения, т. е. изготовляются с коэффициентом трансформации, равным единице. Однако Правила устройства электроустановок (ПУЭ) устанавливают верхний предел вторичного напряжения 380 В, поэтому иногда разделительные трансформаторы одновременно являются и понижающими. Мощность разделительных трансформаторов ограничена (защитная уставка на первичной стороне не должна превышать 15 А). Корпус трансформатора заземляют, заземление вторичной обмотки и корпусов потребителей, питающихся от разделительных трансформаторов, запрещено. Можно рекомендовать включение во вторичную обмотку индикаторов, сигнализирующих об ухудшении изоляции (например, нелинейных сопротивлений, с которых снимается сигнал для световой индикации).
4. Применение пониженного напряжения, безопасного для человека, может обеспечить полную электробезопасность. А. П. Киселевым рассчитаны безопасные напряжения для различного времени воздействия:
Очевидно, что длительно допустимое напряжение 6 В не позволяет обеспечить электропитание потребителей даже небольшой мощности и поэтому нашло узкую сферу использования (сигнализация, игрушки и т.п.). В условиях повышенной и особой опасности поражения электрическим током для питания переносного электроинструмента, местного и ремонтного освещения и других переносных потребителей применяется напряжение 36 и 12 В. Такое напряжение нельзя рассматривать как безопасное, поэтому при его применении используются и другие защитные средства (например, усиленная электрическая изоляция на напряжение 220 В). Следует иметь в виду, что при получении пониженного напряжения от сетей высшего напряжения необходимо применять надежные методы защиты от перехода высшего напряжения на сторону низшего в питающих трансформаторах. В заключение отметим, что с развитием вычислительной техники, электроники и радиотехники сфера использования безопасного напряжения резко возросла.
5. Заземление элементов электрооборудования, нормально изолированных от напряжения, является одним из основных устройств, осуществляющих защиту четвертого вида. Несмотря на ограниченную защитную роль (осуществляет защиту только при однофазных замыканиях на заземленные элементы электрооборудования), заземление получило широкое распространение, особенно в электроустановках напряжением выше 1 000 В. «Правила устройства электроустановок» предписывают обязательное устройство заземления в электроустановках напряжением 500 В и выше, а в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных электроустановках при напряжениях выше 36 В переменного тока и 110 В постоянного тока.
В электроустановках напряжением выше 1 000 В заземление осуществляет также защиту особого рода, свойственную только электроустановкам высокого напряжения, — защиту от шаговых напряжений.
6. Зануление выполняет те же функции, что и заземление, только в электроустановках напряжением до 1 000 В с глухозаземленной нейтралью. Широкое распространение в промышленности электроустановок с глухозаземленной нейтралью обеспечило наиболее широкое применение зануления по сравнению с другими средствами защиты человека при переходе напряжения на элементы, нормально изолированные от него.
7. Защитным отключением принято называть систему защиты, обеспечивающую автоматическое отключение всех фаз аварийного участка сети с полным временем отключения, обеспечивающим безопасность. Защитное отключение может осуществлять защиту при однофазных замыканиях и защиту при прикосновениях к элементам под напряжением, что повышает ценность такой защиты.
Защитное отключение состоит из прибора, реагирующего на опасные для человека параметры электроустановки, и аппарата, вызывающего отключение опасного участка под действием сигнала, поступающего с прибора. В качестве аппаратов в схемах защитного отключения используются автоматические выключатели, магнитные пускатели и контакторы, применяемые для включения потребителей электроэнергии и при других видах защиты. Поэтому основным элементом, характеризующим защитное отключение, следует считать прибор защитного отключения. Качеством приборов защитного отключения и определяется область применения данного вида защиты. Выпускаемые в настоящее время промышленностью приборы защитного отключения применяются для защиты в электрифицированном инструменте, передвижных электроустановках и подземных электроустановках.
8. Компенсацией емкостных токов утечки осуществляется защита (в сочетании с изоляцией) при прикосновениях к фазным проводам и при замыканиях на землю и корпуса электрооборудования. Это один из новых методов защиты в электроустановках до 1 000 В. Отсутствие теоретических разработок защиты компенсацией и удовлетворяющих запросы практики надежных компенсирующих устройств ограничивает в настоящее время сферу использования такой защиты областью подземных электроустановок и некоторых специальных передвижных электроустановок.
В заключение приведем некоторые сведения о защитных устройствах, используемых в промышленно развитых зарубежных странах. В США, Великобритании, ГДР, ФРГ и ПНР в электроустановках до 1 000 В основное распространение получила система с глухозаземленной нейтралью источника. Для защиты от прикосновения к фазным проводам применяются различного рода приборы защитного отключения, для защиты при однофазных замыканиях—зеземление и зануление. В Великобритании заземление применяется только в том случае, если отсутствует двойная изоляция.
В ФГР проводимости фазного и нулевого проводов сечением до 50 мм2 принимаются одинаковыми, сопротивление повторного заземления нулевого провода нормируется не более 5 Ом, сопротивление заземления в сетях с изолированной нейтралью не более 2 Ом. Предусмотрено многократное заземление нулевого провода на водопроводную сеть. Иногда рекомендуются разделительные трансформаторы (мощность трансформаторов не превышает 10 кВ-A при трехфазной нагрузке и 4 кВ-A при однофазной). Пониженное напряжение величиной 42 В применяется при работах в котлах и трубопроводах, а напряжение 24 В — для электропитания игрушек и медицинской аппаратуры. Прb этом изоляция сетей 24 В и 42 В выполняется на напряжение 220 В. Трансформаторы для получения пониженных напряжений ограничиваются по мощности (Р≤5 кВ-А) и первичному напряжению (≤500 В). Защитное отключение применяется для переносных токоприемников и на строительных площадках [Л. 7].
В США любая электроустановка напряжением выше 150 В выполняется с глухозаземленной нейтралью и обязательным занулением корпусов электрооборудования. В качестве магистралей зануления используются металлоконструкции зданий и трубопроводы. При проводках в трубах для зануления прокладывается специальный проводник, соединенный с концами трубы. Система с изолированной нейтралью применяется только в условиях особой опасности. Используются однофазные разделительные трансформаторы с первичным напряжением не выше 300 В. В последние годы ведутся широкие работы по разработке и внедрению схем защитного отключения, реагирующих на токи нулевой последовательности [Л. 8].
Во Франции в основном используются приборы защитного отключения (срабатывают при токе утечки 25 мА за 1 с и при токе 300 мА за 0,03 с). Защитное отключение все шире используется как для защиты от прикосновения к фазным проводам, так и для защиты от замыканий на землю. Зануление используется только в кабельных сетях.