Електрична безпека - Навчальний портал E-Gab
Ризики
Можна виділити 2 типи прямих ризиків:
Кожен із цих ризиків може бути пов’язаний з конкретними несправностями.
Ризиками для обладнання є короткі замикання та перевантаження. Несправність, що представляє небезпеку для людей, - це несправність ізоляції. Однак несправності можуть побічно спричинити небезпеку для обладнання та людей. Наприклад, коротке замикання почнеться, руйнуючи матеріал, але якщо його не обробити, це може спричинити пожежу.
За замовчуванням
Тому ми можемо зіткнутися з 3 типами несправностей:
Як ми вже говорили, кожна з цих несправностей спричинить прямий ризик як для матеріалу, так і для людей. Теоретично будь-яка електрична установка повинна бути захищена від цих несправностей, але ми побачимо, що за певних умов засоби захисту стають неефективними.
Коротке замикання
Коротке замикання виникає, коли навантаження або система обходить. Конкретно в однофазній мережі це означає, що в один момент фаза і нейтраль безпосередньо контактують. У цій конфігурації єдиним навантаженням на мережу є сам кабель. Враховуючи, що на виході трансформатора напруга дорівнює строго 230 В, незалежно від того, чи є лінія 10 м або 20 м в обидва кінці з перетином кабелю 2,5 мм², результат виглядає таким:
s = 2,5 мм² = 25 * 10 -7 м²
Ми можемо визначити опір дроту і, отже, навантаження за формулою нижче:
Тоді просто розрахуйте середньоквадратичний струм за середньоквадратичною напругою, вважаючи, що навантаження є чистим опором:
Але чим небезпечний сильний струм? Обчислимо потужність, що розсіюється дротом:
P = RI² = 388971 Вт
Ну, я не буду продовжувати обчислення, але ми бачимо, що це майже в 100 разів більше потужності електричного нагрівача. Результатом є нагрівання кабелів, плавлення ізоляторів або навіть самих кабелів, а отже, ризик пожежі тощо ...
Коротке замикання може відбуватися між фазою та нейтраллю, але також між двома різними фазами в трифазній мережі. У цьому випадку напруга вже не 230В, а 380В.
Захист
Для захисту цього типу несправності використовуються 2 засоби захисту:
Запобіжник складається з 2-х полюсів, з'єднаних дротом, що має властивість плавитись у випадку занадто великого струму. Цей дріт розміщений в ізоляторі, а пружинна система дозволяє відійти 2-ма шматками дроту, що один раз розплавилися. Вони відкалібровані на певний робочий струм і мають розривну здатність. Розривна здатність - це напруга, за якою безпека вже не гарантується. Якщо ця напруга перевищена, між полюсами запобіжника може створюватися дуга. Після використання запобіжник потрібно замінити.
Магнітний вимикач - це вимикач, обладнаний котушкою, в якій протікає струм. Ця котушка створить магнітне поле і перемістить металеву деталь, розміщену в її центрі, яка відкриє контакт. Після розмикання контакту пружина перемикає стан вимикача. Вимикачі також характеризуються робочим струмом і розривною здатністю. Якщо розривна здатність перевищена, може також утворитися дуга, але полюси також можуть зварюватися між собою. Після використання вимикач можна скинути, як тільки несправність буде усунена.
Перевантаження
Між нормальною роботою та коротким замиканням виникає перевантаження. Перевантаження означає, що навантаження споживає більший струм, ніж той, для якого була розроблена установка. Це може статися, коли на розетку потрібно занадто багато потужності, коли на двигун прикладається занадто велике механічне навантаження, коли старий двигун і лак навколо обмоток починають відводитись або коли з’являється перенапруга (у разі грози, наприклад). Подібно до короткого замикання, але в меншій мірі явище може спричинити нагрівання кабелів та обладнання. Але це перш за все ознака несправності пристрою.
Захист
2 засоби захисту дають можливість захистити цей вид несправності:
Запобіжник вибирається за тими ж умовами, що і коротке замикання. Тому запобіжник захищає від 2 типів несправностей: коротких замикань та перевантажень.
Тепловий вимикач оснащений металевими смугами, через які проходить струм. Коли струм занадто високий під дією тепла, що виділяється ефектом Джоуля, вони деформуються, розімкнуть контакт і спрацюють вимикач. Ці автоматичні вимикачі вибираються так само, як і попередні, але також мають регулювання інтенсивності для вдосконалення захисту. На практиці переважна більшість автоматичних вимикачів, що є на ринку, є термомагнітними автоматичними вимикачами і захищають від двох раніше згаданих ризиків.
Несправність ізоляції
Ця несправність виникає, коли струмопровідна частина (зачищений кабель, клемник тощо) контактує з металевою частиною, людиною або будь-якою іншою частиною, що знаходиться під загрозою.
Візьмемо для прикладу пральну машину (вона також працює з лазерним різаком). Нещодавно ви змінили двигун. Коли кабелі пропускали через машину, деякі з них були затиснуті між 2 металевими листами. На початку все працює нормально, але з вібраціями кабель поступово з’їдається до міді. Без захисту від такого типу несправності нічого не відбувається. Металевий каркас ізольований від решти електрообладнання машини. Металева частина ізольована від землі, тому струм витоку незначний.
Тепер ви будете прати білизну і торкаєтесь металевої частини цілою рукою. Будемо вважати, що контакт між фазою та машиною є ідеальним, а також контакт між машиною та рукою, і тому ці опори дорівнюють нулю. Ми візьмемо нижню межу опору людського тіла, тобто приблизно 1k Ω:
Ми можемо просто розрахувати ефективний струм, що протікає в тілі:
Але чому сильна течія в організмі небезпечна? На малюнку нижче представлені ризики відповідно до струму в організмі та часу впливу.
Примітка: Ця цифра не відображає частину, що виходить за рамки. Той, з якого тіло починає варити зсередини.
Тож можна сказати, що досить не торкатися більше 50 мс, щоб уникнути паралічу дихання. Але крім того, що для цього потрібні надзвичайні рефлекси, ви маєте рацію в зоні тетанізації. У цій галузі 2 можливості. Якщо вам пощастить, скорочення м’язів відштовхне вашу руку назад, але ви можете так само добре тримати руку на верстаті. Якщо ви схопите кілька, тетанізація може змусити вашу руку стиснутись із силою, можливо, більшою, ніж ви можете застосувати за власною волею.
Однак наведений тут приклад навмисно представляє найгірший сценарій. Опіри різних контактів дорівнюють нулю, а опір людського тіла приймається в низьких межах. Крім того, опір людського тіла сильно змінюється залежно від напруги. Насправді цей опір зазвичай ближчий до 5kΩ на сухій шкірі при 230 В.
Захист
Перш ніж говорити про засоби виявлення, поговоримо про засоби захисту. Перша форма захисту від несправностей ізоляції - засоби індивідуального захисту. Це обладнання по суті дає можливість збільшити опір кузова до обмеження струму. Обладнання повинно бути сертифіковане. Ми знаходимо:
Рукавички сертифіковані на певну напругу за умови, що вони перевіряють свою герметичність перед кожним використанням. Черевики та килим все ще більш ізольовані від землі. Захисна маска захищає від ультрафіолетових випромінювань та частинок, що виділяються під час електричної дуги.
Нейтральні режими
Існує декілька рішень для виявлення несправностей ізоляції, але кожне з них передбачає специфічну проводку трансформатора вище за течією. Трансформатор - це пристрій, що використовується для перетворення високої напруги в низьку напругу, тобто трифазної напруги 230-400 В. Цей трансформатор зробить можливим постачання будинків на одній або декількох вулицях, а також підприємств. Великі компанії зазвичай мають власний трансформатор.
Перед трансформатором нейтраль не потрібна. За потоком трансформатори з'єднані зіркою і створюється нейтраль. Це нейтральне, серед іншого, дозволить будинкам забезпечувати 230 В замість 400 В. Ця нейтраль буде або не буде підключена до землі залежно від нейтральної системи. Існує 3 нейтральні системи:
Перша буква говорить про те, підключена нейтраль до землі (T) чи ізольована (I). Друга буква говорить, якщо маси установки підключені до землі (T) або до нейтралі (N).
Режим ТТ
Найбільш широко застосовується режим ТТ. Це стосується всіх будинків та підприємств сфери послуг, де це є обов’язковим. Це також найбезпечніше.
Тому в цьому режимі ми маємо нейтраль установки, яка підключена безпосередньо до землі. Це посилання здійснюється на рівні трансформатора ЕРП. Крім того, всі металеві маси будинку з'єднані із землею заземлюючим проводом. Ця ланка виконується за допомогою палі, забитої глибоко в землю, або іноді безпосередньо металевою арматурою фундаменту.
Нарешті встановлений диференціал. Диференціал - це модуль, який робить різницю між струмом, що протікає у фазі, і струмом, що протікає через нейтраль. Якщо витоку немає, весь фазний струм знаходиться в нейтралі. Якщо фаза стикається з металевою частиною, підключеною до землі, то струм витоку виходить, що протікає через заземлюючий провід. Струм у фазі вже не такий, як у нейтралі, і несправність виявляється і призводить до розмикання ланцюга.
Існують різні диференціальні засоби захисту. Ми знаходимо:
Переважна більшість УЗО відкалібровані на 30 мА. Це рівень захисту, встановлений житловими нормами. Однак нерідко їх можна зустріти з налаштуваннями кількох підсилювачів у галузі.
Режим TN
Дієта TN - найдешевше рішення. Це підходить для компаній.
У випадку з системою TN нейтраль також підключена до землі на рівні трансформатора, з іншого боку, маси підключені до нейтралі. Отже, у разі несправності ізоляції безпосередньо виникає коротке замикання між фазою та нейтраллю, і магнітний захист спрацьовує.
Тому в цій конфігурації немає необхідності встановлювати додатковий захист. Однак система працює, лише якщо з’являється сильний струм. Якщо контактний опір занадто низький, захист неефективний. Ось чому часто доводиться встановлювати нульовий провід більш високого перерізу, щоб зменшити опір і збільшити струм несправності. Іноді потрібен додатковий провід, якщо в цьому випадку говориться про режим TN-S для нейтральної землі, відокремлений на противагу TN-C для нейтральної землі, комбінований.
ІТ-режим
Режим ІТ дуже цікавий для забезпечення безперервності обслуговування навіть у випадку несправності. Це дорожче не тільки тому, що вимагає більше матеріалу, але перш за все тому, що потрібно мати власний трансформатор. Тому він, скоріше, використовується у великих галузях промисловості.
Тут нейтраль ізольований від землі. Але не зовсім. Між нейтраллю трансформатора і землею розміщений великий імпеданс. Маси всі пов’язані із землею заземлювальним дротом.
У разі несправності по заземлювальному проводу протікає струм, але обмежений повним опором. Більше нічого не відбувається, ланцюг не розімкнута. Якщо ви торкаєтесь несправної металевої частини, струм воліє протікати через землю, і ви не електризуєтесь. Потім пристрій виявить аномальний струм в імпедансі і, отже, наявність несправності.
Однак цього було недостатньо для виявлення несправності. Це вимагає встановлення детекторів на різних лініях, а іноді і тестування всіх ліній одна за одною. Якщо несправність буде виправлено швидко, установку не буде зупинено. Але якщо друга дефект з'являється в іншому місці на установці та на іншій фазі, то ці 2 фази будуть з'єднані одна з одною заземлюючим проводом, що створить коротке замикання та спрацює магнітний захист.