Электробезопасность при эксплуатации электроустановок

1. Влияние сопротивления изоляции на условия электробезопасности

В процессе эксплуатации электротехнических установок изоляция оборудования стареет, в результате чего изменяются наиболее важные ее свойства. Основными причинами, вызывающими старение изоляции, являются: нагревание рабочими и пусковыми токами, токами короткого замыкания (КЗ), теплотой от посторонних источников, от солнечного излучения и т. д.;

динамические усилия, которым подвергается изоляция в результате электромагнитного взаимодействия между проводниками с током;

коммутационные и атмосферные перенапряжения.

Под коммутационным перенапряжением понимается фазное или междуфазное перенапряжение, вызванное определенной коммутацией или повреждением. Такие напряжения имеют малую длительность и обычно быстро затухают.

Атмосферным перенапряжением считается фазное или междуфазное перенапряжение в данной точке сети, вызванное грозовым разрядом.

Перенапряжения обычно возникают при включении линии, возникновении и отключении КЗ, коммутации емкостных токов, малых или умеренных индуктивных токов, сбросах нагрузки, грозовых разрядах.

Большое влияние на срок службы изоляции оказывают также различные механические повреждения, возникающие, например, из-за изгибов проводов и кабелей радиусом меньше допустимых, чрезмерных растягивающих усилий при прокладке проводов и кабелей, вибрации и т. д.

На предприятиях, расположенных в приморских зонах, значительное влияние имеет влажный, морской воздух, насыщенный морскими солями и их соединениями, что приводит к резкому ускорению процессов коррозии и понижению сопротивления изоляции. Существенное влияние на состояние изоляции оказывает загрязненность среды пылью.

В жарких помещениях чрезмерная сухость неблагоприятно сказывается на поведении изоляционных конструкций и вызывает деформацию деталей, изготовленных из органических материалов.

В сырых помещениях даже при относительной влажности 40% начинается конденсация влаги на поверхности изоляционного материала и постепенное увлажнение изоляции в результате проникновения влаги через неплотности лаковых покровов и т. п. Интенсивность этих процессов резко возрастает при повышении влажности до 80%.

Особенно губительно сказывается на состоянии изоляции воздействие химических уносов в наружных установках и агрессивной (химически активной) среды внутренних установок производственных помещений в химической, нефтехимической и ряде других отраслей промышленности.

Состояние изоляции в значительной мере определяет степень безопасности эксплуатации электроустановок. Поражение человека электрическим током обусловливается попаданием его под разность потенциалов, а также значением протекающего через тело человека тока. Одним из основных средств, препятствующих возникновению этих опасных ситуаций, является надежная электрическая изоляция элементов, находящихся под напряжением. Сопротивление изоляции в сетях с изолированной нейтралью определяет ток замыкания на землю, а значит, и ток через человека. В сетях с заземленной нейтралью при плохом состоянии изоляции часто происходят ее повреждения, приводящие к замыканиям на землю (корпус) и КЗ. При замыкании на корпус возникает опасность поражения людей электрическим током вследствие их контакта с нетоковедущими частями, оказавшимися под напряжением.

В соответствии с ГОСТ 12.1.009−76 электрическая изоляция подразделяется на следующие виды:

рабочая изоляция — электрическая изоляция токоведущих частей электроустановки, обеспечивающая ее нормальную работу и защиту от поражения электрическим током;

дополнительная изоляция — электрическая изоляция, предусмотренная дополнительно к рабочей изоляции для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения рабочей изоляции;

двойная изоляция — электрическая изоляция, состоящая из рабочей и дополнительной изоляции;

усиленная изоляция — улучшенная рабочая изоляция, обеспечивающая такую же степень защиты от поражения электрическим током, как и двойная изоляция.

Регулярное наблюдение за состоянием изоляции электрических сетей и своевременное обнаружение ее дефектов являются одними из основных мер, позволяющих предотвратить поражение электрическим током и поддерживать бесперебойное электропитание оборудования.

Для предотвращения замыканий на землю и возникновения аварийных режимов работы электроустановок необходимо осуществлять контроль сопротивления изоляции, который может быть периодическим и непрерывным.

Под периодическим контролем изоляции понимают измерение ее сопротивления в установленные правилами сроки, а также в случае обнаружения дефектов. Сопротивление изоляции электрических цепей, не находящихся под напряжением, обычно измеряют специальными приборами — мегаомметрами. Наибольшее распространение в промышленности получили мегаомметры Ml 101, которые выпускались на 100, 500 и 1000 В с пределами измерения соответственно 100, 500 и 1000 МОм.

Мегаомметр состоит из генератора постоянного тока С, вращаемого от руки, измерительного магнитоэлектрического прибора логометрической системы и добавочных резисторов. Нормальная частота вращения ручки прибора 120 об/мин.

В сетях до 1 кВ с заземленной нейтралью сопротивление изоляции не влияет на значение тока, протекающего через тело человека, прикоснувшегося к токоведущим частям. Однако поддержание сопротивления изоляции на высоком уровне снижает вероятность замыканий на землю и на корпус и увеличивает тем самым уровень электробезопасности. Периодическое измерение сопротивления изоляции мегаомметром хотя и повышает безопасность эксплуатации таких сетей, но не позволяет судить о значении сопротивления изоляции в любой момент времени. Кроме того, измерения мегаомметром, связанные с отключением электрооборудования, отсоединением нулевых проводов, вывинчиванием. ламп в осветительных сетях, крайне затруднительны.

Влияние изоляции на электробезопасность рассмотрено в главе 1.9.ПУЭ.

• 1. Настоящая глава распространяется на выбор изоляции электроустановок переменного тока на номинальное напряжение 6−750 кВ.
• 2. Длина пути утечки изоляции (изолятора) или составной изоляционной конструкции (L) — наименьшее расстояние по поверхности изоляционной детали между металлическими частями разного потенциала.
• 3. Эффективная длина пути утечки — часть длины пути утечки, определяющая электрическую прочность изолятора или изоляционной конструкции в условиях загрязнения и увлажнения.

Удельная эффективная длина пути утечки (lэ) — отношение эффективной длины пути утечки к наибольшему рабочему межфазному напряжению сети, в которой работает электроустановка.

• 4. Коэффициент использования длины пути утечки (k) — поправочный коэффициент, учитывающий эффективность использования длины пути утечки изолятора или изоляционной конструкции.
• 5. Степень загрязнения (СЗ) — показатель, учитывающий влияние загрязненности атмосферы на снижение электрической прочности изоляции электроустановок.
• 6. Карта степеней загрязнения (КСЗ) — географическая карта, районирующая территорию по СЗ.

Общие требования.

7. Выбор изоляторов или изоляционных конструкций из стекла и фарфора должен производиться по удельной эффективной длине пути утечки в зависимости от СЗ в месте расположения электроустановки и ее номинального напряжения. Выбор изоляторов или изоляционных конструкций из стекла и фарфора может производиться также по разрядным характеристикам в загрязненном и увлажненном состоянии.

Выбор полимерных изоляторов или конструкций в зависимости от СЗ и номинального напряжения электроустановки должен производиться по разрядным характеристикам в загрязненном и увлажненном состоянии.

8. Определение СЗ должно производиться в зависимости от характеристик источников загрязнения и расстояния от них до электроустановки (табл. 1.9.3−1.9.18). В случаях, когда использование табл. 1.9.3−1.9.18 по тем или иным причинам невозможно, определение СЗ следует производить по КСЗ.

Вблизи промышленных комплексов, а также в районах с наложением загрязнений от крупных промышленных предприятий, ТЭС и источников увлажнения с высокой электрической проводимостью определение СЗ, как правило, должно производиться по КСЗ.

9. Длина пути утечки L (см) изоляторов и изоляционных конструкций из стекла и фарфора должна определяться по формуле.

L = lэ Ч U Ч k,.

сопротивление изоляция электробезопасность где lэ — удельная эффективная длина пути утечки по табл. 1.9.1, см/кВ;

U — наибольшее рабочее междуфазное напряжение, кВ (по ГОСТ 721);

k — коэффициент использования длины пути утечки (1.9.44−1.9.53).

Изоляция ВЛ.

10. Удельная эффективная длина пути утечки поддерживающих гирлянд изоляторов и штыревых изоляторов ВЛ на металлических и железобетонных опорах в зависимости от СЗ и номинального напряжения (на высоте до 1000 м над уровнем моря) должна приниматься по табл. 1.9.1.

Таблица 1.

Удельная эффективная длина пути утечки поддерживающих гирлянд изоляторов и штыревых изоляторов ВЛ на металлических и железобетонных опорах, внешней изоляции электрооборудования и изоляторов ОРУ.

Удельная эффективная длина пути утечки поддерживающих гирлянд и штыревых изоляторов ВЛ на высоте более 1000 м над уровнем моря должна быть увеличена по сравнению с нормированной в табл. 1.9.1:

от 1000 до 2000 м — на 5%;

от 2000 до 3000 м — на 10%;

от 3000 до 4000 м — на 15%.

• 11. Изоляционные расстояния по воздуху от токоведущих до заземленных частей опор должны соответствовать требованиям гл. 2.5.
• 12. Количество подвесных тарельчатых изоляторов в поддерживающих гирляндах и в последовательной цепи гирлянд специальной конструкции (V-образных, Л-образных, — образных, — образных и др., составленных из изоляторов одного типа) для ВЛ на металлических и железобетонных опорах должно определяться по формуле

где Lи — длина пути утечки одного изолятора по стандарту или техническим условиям на изолятор конкретного типа, см. Если расчет m не дает целого числа, то выбирают следующее целое число.

13. На ВЛ напряжением 6−20 кВ с металлическими и железобетонными опорами количество подвесных тарельчатых изоляторов в поддерживающих и натяжных гирляндах должно определяться по 1.9.12 и независимо от материала опор должно составлять не менее двух.

На ВЛ напряжением 35−110 кВ с металлическими, железобетонными и деревянными опорами с заземленными креплениями гирлянд количество тарельчатых изоляторов в натяжных гирляндах всех типов в районах с 1−2-й СЗ следует увеличивать на один изолятор в каждой гирлянде по сравнению с количеством, полученным по 1.9.12.

На ВЛ напряжением 150−750 кВ на металлических и железобетонных опорах количество тарельчатых изоляторов в натяжных гирляндах должно определяться по 1.9.12.

14. На ВЛ напряжением 35−220 кВ с деревянными опорами в районах с 1−2-й СЗ количество подвесных тарельчатых изоляторов из стекла или фарфора допускается принимать на 1 меньше, чем для ВЛ на металлических или железобетонных опорах.

На ВЛ напряжением 6−20 кВ с деревянными опорами или деревянными траверсами на металлических и железобетонных опорах в районах с 1−2-й СЗ удельная эффективная длина пути утечки изоляторов должна быть не менее 1,5 см/кВ.

• 15. В гирляндах опор больших переходов должно предусматриваться по одному дополнительному тарельчатому изолятору из стекла или фарфора на каждые 10 м превышения высоты опоры сверх 50 м по отношению к количеству изоляторов нормального исполнения, определенному для одноцепных гирлянд при lэ = 1,9 см/кВ для ВЛ напряжением 6−35 кВ и lэ = 1,4 см/кВ для ВЛ напряжением 110−750 кВ. При этом количество изоляторов в гирляндах этих опор должно быть не менее требуемого по условиям загрязнения в районе перехода.
• 16. В гирляндах тарельчатых изоляторов из стекла или фарфора, подвешенных на высоте более 100 м, должны предусматриваться сверх определенного в соответствии с 1.9.12 и 1.9.15 два дополнительных изолятора.
• 17. Выбор изоляции ВЛ с изолированными проводами должен производиться в соответствии с 1.9.10−1.9.16.

Внешняя стеклянная и фарфоровая изоляция электрооборудования и ОРУ.

18. Удельная эффективная длина пути утечки внешней фарфоровой изоляции электрооборудования и изоляторов ОРУ напряжением 6−750 кВ, а также наружной части вводов ЗРУ в зависимости от СЗ и номинального напряжения (на высоте до 1000 м над уровнем моря) должна приниматься по табл. 1.

Удельная эффективная длина пути утечки внешней изоляции электрооборудования и изоляторов ОРУ напряжением 6−220 кВ, расположенных на высоте более 1000 м, должна приниматься: на высоте до 2000 м — по табл. 1.9.1, а на высоте от 2000 до 3000 м — на одну степень загрязнения выше по сравнению с нормированной.

• 19. При выборе изоляции ОРУ изоляционные расстояния по воздуху от токоведущих частей ОРУ до заземленных конструкций должны соответствовать требованиям гл. 4.2.
• 20. В натяжных и поддерживающих гирляндах ОРУ число тарельчатых изоляторов следует определять по 1.9.12−1.9.13 с добавлением в каждую цепь гирлянды напряжением 110−150 кВ — одного, 220−330 кВ — двух, 500 кВ — трех, 750 кВ — четырех изоляторов.
• 22. В районах с условиями загрязнения, превышающими 4-ю СЗ, как правило, следует предусматривать сооружение ЗРУ.
• 23. ОРУ напряжением 500−750 кВ и, как правило, ОРУ напряжением 110−330 кВ с большим количеством присоединений не должны располагаться в зонах с 3−4-й СЗ.
• 24. Удельная эффективная длина пути утечки внешней изоляции электрооборудования и изоляторов в ЗРУ напряжением 110 кВ и выше должна быть не менее 1,2 см/кВ в районах с 1-й СЗ и не менее 1,5 см/кВ в районах с 2−4-й СЗ.
• 25. В районах с 1−3-й СЗ должны применяться КРУН и КТП с изоляцией по табл. 1.9.1. В районах с 4-й СЗ допускается применение только КРУН и КТП с изоляторами специального исполнения.
• 26. Изоляторы гибких и жестких наружных открытых токопроводов должны выбираться с удельной эффективной длиной пути утечки по табл. 1.9.1: lэ = 1,9 см/кВ на номинальное напряжение 20 кВ для токопроводов 10 кВ в районах с 1−3-й СЗ; lэ = 3,0 см/кВ на номинальное напряжение 20 кВ для токопроводов 10 кВ в районах с 4-й СЗ; lэ = 2,0 см/кВ на номинальное напряжение 35 кВ для токопроводов 13,8−24 кВ в районах с 1−4-й СЗ.

Выбор изоляции по разрядным характеристикам.

27. Гирлянды ВЛ напряжением 6−750 кВ, внешняя изоляция электрооборудования и изоляторы ОРУ напряжением 6−750 кВ должны иметь 50%-ные разрядные напряжения промышленной частоты в загрязненном и увлажненном состоянии не ниже значений, приведенных в табл. 2.

Удельная поверхностная проводимость слоя загрязнения должна приниматься (не менее): для 1-й СЗ — 5 мкСм, 2-й СЗ — 10 мкСм, 3-й СЗ — 20 мкСм, 4-й СЗ — 30 мкСм.

Таблица 2.

50%-ные разрядные напряжения гирлянд ВЛ 6−750 кВ, внешней изоляции электрооборудования и изоляторов ОРУ 6−750 кВ в загрязненном и увлажненном состоянии.

Задание 1.

Произвести оценку опасности электропоражения человека, оказавшегося в ситуации, указанной на рисунке 1.

Исходные данные.	Условия.
R1=R2=R=150 кОм. rзм=90 Ом. Uс=220 В.	Человек стоит на влажном песчаном грунте в резиновых сапогах.

Максимально возможный ток, проходящий через тело человека:

 — сопротивления проводов относительно земли.

— сопротивление замыкания провода на землю.

— напряжение сети сопротивление в цепи тела человека Rch :

Rch=Rh + Ro6+Rос, Ом где Rh =1 кОм — сопротивление тела человека;

Rоб = 1.5 кОм — сопротивление обуви (табл. 3);

Rос = 1.6 кОмсопротивление основания (табл. 1).

Rch = 1+1,5+1,6=4,1 кОм.

максимально возможный ток, проходящий через тело.

— данное значение превышает предельно допустимое значение в 6 мА (таблица 1.4.) следовательно опасность электропаражения существует.

Задание 2

Установить, опасно ли прикосновение человека к корпусу установки (рисунок 4).

Максимально возможный ток, проходящий через тело человека:

где — сопротивление в цепи тела человека.

Rch=Rh + Ro6+Rос, Ом где Rh =1 кОм — сопротивление тела человека;

Rоб = 150 кОм — сопротивление обуви (табл. 3);

Rос = 8 кОмсопротивление основания (табл. 1).

Rch = 1+150+8=159 кОм.

максимально возможный ток, проходящий через тело:

Напряжение прикосновения равно:

Uпp= Ih•Rчел=0,09•1000=90м В Согласно таблице 1.4. опасность поражения током человека при данных условиях отсутствует.

• 1. Сибикин Ю. Д., Сибикин М. Ю. «Электробезопасность при эксплуатации электроустановок промышленных предприятий»: учебник для нач. проф. образования — 3-е изд., стер. М.: Издательский центр «Академия», 2007. — 240с.
• 2. Воронина А. А., Шибенко Н. Ф. «Техника безопасности при работе в электроустановках»: учебное пособие для средн. проф.-техн. училищ — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. школа, 1979. — 192с.
• 3. Михнюк Т. Ф. «Охрана труда и экологическая безопасность. Задачи и расчеты»: Учебное пособие. — Мн.: Дизайн ПРО, 2004. — 96с.