Електрически инсталации и съоръжения, дефектно токова защита
Защита на електрически инсталации и съоръжения от свръхток и къси съединения, дефектнотокова защита, зануляване, заземяване, изолация
Защитата на електрически инсталации и съоръжения от свръхток и къси съединения е една от най-важните теми по електробезопасност.
Както вече отбелязахме в предишните си публикации, електрическият ток при протичането си през проводниците ги нагрява.
- Колкото по-силен е токът който протича през проводника толкова повече той се нагрява;
- Колкото е по-малко сечението на даден проводник, през който протича определен ток, толкова повече се нагрява този проводник.
Ако не съществува защита която да възпрепятства протичането на токовете, нагряващи проводниците до високи температури, са възможни разрушаване на изолацията на проводниците и пожари. Ролята на такава защита изпълняват стопяемите предпазители и автоматичните прекъсвачи.
Задача на специалиста, проектирал електрическата инсталация е да определи вида и номиналния (обявения) ток на апаратите за защита, които да съответстват на техническите параметри на защитавания участък от инсталацията или съоръжението. Този ток трябва да е известен на бъдещите ползватели. За да стане това той се означава както върху апаратите за защита, така и на схемите на електрическите табла.
Подмяната на дефектирал апарат за защита става само при условие, че новият има същия номинален ток.
Електрически инсталации и съоръжения – Възможна ли е подмяната на един апарат за защита с друг?
По принцип това е възможно, стига двата апарата за защита да имат еднакъв номинален ток.
Само горното условие не е достатъчно. Необходимо е новият апарат за защита да има характеристика на изключване, която да осигурява и защита срещу индиректен допир до части, намиращи се под опасно напрежение.
Електрически инсталации и съоръжения – Как да разберем какъв е номиналният ток на апаратите за защита?
Този ток е означен върху корпуса на апарата. Заедно с тока е означено и номиналното напрежение, за което е предназначен апарата.
Как да определим какъв е номиналният ток на стопяеми предпазители, на които надписът върху капачката на корпуса е нечетлив?
Освен надпис върху металната капачка или корпуса стопяемите предпазители имат и контролна пъпка (“око”) оцветена в различен цвят. При задействане на предпазителя тази пъпка пада и ние лесно разбираме кой точно предпазител е задействал.
Цветът на тази пъпка зависи от номиналният ток на предпазителя и е следния:
Номинален ток на патрона Іn, А Цвят на окото на патрона
І. Патрони за гнездо 25 А/ 500V
2 розов
4 кафяв
6 зелен
10 червен
16 сив
20 син
25 жълт
ІІ. Патрони за гнездо 63 А/ 500V
35 черен
50 бял
63 медночервен
ІІІ. Патрони за гнездо 100 А/ 500V
80 сребърен
100 червен
Електрически инсталации и съоръжения – Какво да правим в случай, че апаратите за защита изключват прекалено често?
Честото изключване на апарати за защита, скоро след включване на консуматорите от определена електрическа инсталация е сигурен признак, че има претоварване на тази инсталация. Това може да е причинено както от включването на много консуматори към отделен клон на инсталацията, така и от подмяната на консуматор с определена мощност с друг по-мощен. И в двата случая този режим на работа може да доведе до опасно нагряване на проводниците на електрическата инсталация ако за да предотвратим честото изключване, поставим апарат за защита с по-голям номинален ток.
Електрически инсталации и съоръжения – Никога не поставяйте апарати за защита с по-висок номинален ток. Никога не подсилвайте стопяемите предпазители.
Подсилената или с по-висок ток максималнотокова защита крие сериозен риск за възникване на пожар.
Ако Вашите апарати за защита изключват прекалено често, необходимо е да бъде извършен преглед на електрическата инсталация от правоспособен електротехник.
Електрически инсталации и съоръжения – Какво да правим в случай, че някой апарат за защита изключва веднага след включването или подмяната му?
Това е сигурен признак, че съществува късо съединение в защитавания участък от електрическата инсталация. При такава ситуация трябва да изключим всички електрически консуматори от този участък и да се включи отново апарата за защита или да се постави нова стандартна вложка на стопяемия предпазител.
Ако не последва ново изключване, късото съединение е в някой от изключените консуматори.
Повторното включване на такива консуматори да става само чрез ключа на корпуса им. Присъединяването на електрически консуматори към електрически контакти да става само при положение “изключено” на ключа на консуматорите.
Присъединяването на консуматори в положение “включено” крие риск от възникване на електрическа дъга и изгаряне на ръката, която държи щепсела.Прегледът на консуматор, който предизвиква моментално изключване на апарат за защита трябва да се извърши от правоспособен електротехник.
Електрически инсталации и съоръжения – Защита срещу директен и индиректен допир
Защитата срещу поражения от електрически ток при напрежения до 1000 V трябва да се осъществява чрез такова изпълнение на електрическите уредби, съоръжения, инсталации и съставящите ги елементи, че да не е възможно включване на човешкото тяло или на част от него в електрическа верига с параметри, които застрашават здравето или живота на персонала, обслужващ електрическите уредби, или на околните лица.
Мерките за защита могат да се разделят на две основни групи:
- защита срещу директен допир;
- защита срещу индиректен допир.
Електрически инсталации и съоръжения – Защита срещу директен допир
Защита срещу директен допир е защитата с която се предотвратяват поражения от електрически ток поради допир или опасно приближаване до части които се намират под напрежение. Най-често използваните мероприятия за защита срещу директен допир са:
- разполагане на частите под напрежение на безопасни разстояния – например проводниците на въздушните електропроводи;
- защитни прегради и огради – например вратите на електрическите табла. Тези прегради трябва да се отстраняват само с помощта на специален ключ или инструмент;
- защитни блокировки – изключват електрозахранването, например при отваряне на капаци, врати и др.;
- безопасни свръхниски напрежения – до 24 V (променливи и постоянни).
Не е достатъчно източникът да осигурява свръхниско напрежение до 24 V. Необходимо е той да отговаря и на специални изисквания за безопасност.
Ако е необходимо използване на източник за безопасно свръхниско напрежение, трябва да се потърси консултация със електроспециалист.
Един от сигурните признаци за ефективност на защитата е измереното високо съпротивление на изолацията.
Това налага периодично измерване на съпротивлението на изолацията.
Периодът на измерване и допустимите стойности за съпротивление на изолацията се определят съгласно изискванията на НТЕЕ.
Електрически инсталации и съоръжения – защита срещу индиректен допир
Защита срещу индиректен допир е защитата с която се предотвратяват поражения от електрически ток поради възникване на опасни напрежения на частите, които нормално не се намират под напрежение.
Най-често използваните мероприятия за защита срещу индиректен допир са:
- Заземяване – създаване на електрическа връзка на част от електрическата уредба със заземител.
- Зануляване – свързване на части от електрическата уредба които подлежат на защита срещу индиректен допир с многократно заземения нулев проводник.
- Защитното изключване – осигурява автоматично изключване на захранващото напрежение чрез специално устройство при поява на опасно напрежение или ток на утечка поради повреда на изолацията.
- Защитно изолиране – осигурява отделяне на части под напрежение от частите които подлежат на защита срещу индиректен допир с двойна или усилена изолация.
Електрически инсталации и съоръжения – Ефективност на заземяването като защитна мярка срещу индиректен допир
Както вече споменахме, за да протече електрически ток е необходимо да има източник на електрическо напрежение и затворена електрическа верига. При мрежа със заземен звезден център земята и човешкото тяло могат да станат част от такава верига. Целта на заземяването като предпазна мярка е чрез сигурна връзка на защитаваното съоръжение със земята да се отклони токът, който би преминал през човешкото тяло към земята да премине през заземителния проводник и заземителя.
Схема на заземяване
От схемата се вижда, че човешкото тяло и заземителя са присъединени към точки с еднакви потенциали (електроуредът, който е попаднал под напрежение). Вече знаем, че в този случай токът, който протича през двата отделни клона на тази верига е обратно пропорционален на съпротивлението на всеки отделен клон.
Колкото по-ниско е преходното съпротивление на заземителя, толкова по-малък ще бъде токът, който протича през човешкото тяло. Пълното отклоняване на тока през заземителя и заземителния проводник практически е невъзможно тъй като не могат да се изградят заземители с толкова ниски преходни съпротивления, че токът, протичащ през човешкото тяло, да бъде безопасен.
Електрически инсталации и съоръжения – Повторен заземител
При повторен заземител с преходно съпротивление, отговарящо на изискването на НАРЕДБА № 3 за устройство на електрическите уредби и електропроводните линии – 10 Ω през човешкото тяло* е възможно да протече ток около 150 mA. Този ток е по-малък от този, който бипротекъл ако липсваше заземяване, но все още е в много опасни граници.
Заземяването не е основна мярка за защита срещу индиректен допир в мрежи с директно заземен звезден център, тъй като не може да се ограничи тока, протичащ през човешкото тяло, до безопасни стойности.
Повторното заземяването е допълнително мероприятие, използвано съвместно със зануляването в мрежи с директно заземен звезден център. От преходното съпротивление на повторното заземяване зависи ефективността на защитата срещу индиректен допир. Поради това съпротивлението на заземителите се измерва периодично. Периодът на измерване и допустимите стойности се определят съгласно изискванията на НТЕЕ и НАРЕДБА № 3 за устройство на електрическите уредби и електропроводните линии.
За повечето уредби съпротивлението на заземителите трябва да се измерва един път годишно.
Електрически инсталации и съоръжения – Важно ли е за безопасността разстоянието между заземителя и заземеното съоръжение?
Тъй като заземеното съоръжение е свързано със заземителя чрез заземителен проводник с много малко съпротивление, електрическият потенциал на съоръжението е потенциал и на заземителя и почвата в мястото на контакта й със заземителя. Този потенциал посредством проводимостта на почвата се изравнява с потенциала на земята, който се приема за нулев.
При един вертикален заземител разстоянието на което потенциалът практически е нула е приблизително 20 m от заземителя.
Ако човек е стъпил в точка 3 и докосне съоръжението, то той е с потенциала на земята в тази точка, съответно U3 и е подложен на допирно напрежение UД3, което е равно на разликата в потенциалите на заземителя U и на точка 3 (U3). По същия начин се определя допирното напрежение за точки 1 и 2, съответно UД1 и UД2.
От графиката се вижда, че колкото по-близо до заземителя е стъпил човек, толкова по-ниско е допирното напрежение на което той е изложен при докосване на съоръжение, чийто корпус е попаднал под напрежение поради повреда на изолацията. Ако заземителя е далеч от защитаваното съоръжение, човек стъпил на земята в близост до съоръжението практически се намира в точка 1 от графиката и ще бъде изложен на най-високото допирно напрежение.
При проектиране и изпълнение на заземителни инсталации за подобряване ефективността на защитата срещу индиректен допир заземителите трябва да се поставят колкото е възможно по-близко до защитаваното съоръжение или до стените на помещението в което се намира то.
Електрически инсталации и съоръжения – Опасно ли е доближаването до паднал проводник?
Паднал на земята проводник може да се разглежда като заземител с много голямо преходно съпротивление спрямо земя. В този случай разпределението на потенциалите по земната повърхност е същото както е показано на горната графика. На нея са показани точки (4 и 5) и (6 и 7). Това разстояние (между т.4 и т.5, респективно т.6 и т.7) може да е разтоянието между двата крака на човек при нормален ход. Вижда се, че точките са с различни потенциали и между тях съществува така нареченото крачно напрежение, съответно UКР1 и UКР2, което създава опасност за поражение от електрически ток.
Колкото по-близо е човек до паднал проводник, толкова крачното напрежение е по високо и съществува по-голяма опасност за поражение от електрически ток.
Никога не се доближавайте до паднал проводник на разстояние по-малко от 10 m.
Ако се намирате в автомобил, строителна машина или кран и докоснете с тях проводник под напрежение ОСТАНЕТЕ В КАБИНАТА! Ако се налага да я напуснете – СКОЧЕТЕ ОТ НЕЯ! Отдалечете се от кабината чрез подскоци със събрани крака.
Ако при слизане се държите за кабината, между стъпилият на земята крак и ръката, която се държи за кабината ще има опасно напрежение.
Електрически инсталации и съоръжения – Зануляване
Най-многобройните електрически съоръжения при които се прилага зануляване са: стационарните електрически машини, електрическите бойлери, готварските и отоплителни печки, хладилници, апарати за електродъгово заваряване и др.
Как зануляването защитава срещу индиректен допир?
На рисунките по-долу е показана разликата между опасностите, създавани от занулена и незанулена машина в случай на повреда на изолацията на машината и непреднамерено свързване на фазовия проводник с корпуса на машината.
Зануляване
Ако работещият има добра връзка със земята, при незанулено електросъоръжение, част от токът ще протече обратно към източника не през нулевия проводник, а през човешкото тяло и земята. Степента на поражение ще зависи от силата на този ток, който почти винаги е в опасни за човека граници.
Тъй като човешкото тяло има много по-високо съпротивление от съпротивлението на машината, допълнителният ток който ще протече през човека няма да предизвика задействане на максималнотоковата защита.
При зануленото електросъоръжение опасният ток който протича между корпуса на машината и източника се отклонява от човешкото тяло към защитния проводник (най-долният на дясната рисунка), който е свързан с корпуса на машината. Поради добрата електрическа връзка на корпуса на машината с нулевия проводник на мрежата този ток е много голям и предизвиква задействане на максималнотоковата защита, която изключва опасния участък.
Електрически инсталации и съоръжения – От какво зависи времето, за което ще сработи максималнотоковата защита, която ще изключи опасния участък?
Времето на изключване на максималнотоковата защита зависи от нейният тип и от силата на тока, който протича през нея. Колкото токът е по-голям, толкова защитата ще изключи по-бързо. Токът при късо съединение зависи от съпротивлението (импеданса) на свързващите проводници и източника на захранване. При зануляване това е импедансът на контура “фаза – защитен проводник”. Този импеданс може да се измери.
В зависимост от типа на защитата е определен максимално допустим импеданс на контура “фаза – защитен проводник”, който гарантира изключване на опасния участък за безопасно време.
Стойностите на максимално допустимите импеданси на контура “фаза – защитен проводник” за различни видове максималнотокови защити зависят от време – токовите характеристики на защитите. При номинално фазно напрежение на мрежата 220 (230) V,¦ времето за изключване при дефект на изолацията не бива да превишава 0,4 s
За гарантиране ефективността на зануляването импедансът“фаза – защитен проводник” се измерва периодично
В електрическите уредби с директно заземен звезден център за напрежение до 1000 V, в които се прилага зануляване, периодично трябва да се измерва импедансът на защитния контур „фаза – защитен проводник“ и да се определя ефективността на зануляването. Измерването и оценката му за стационарните електрически уредби се извършват с периодичност, определена в проекта за съответната електрическа уредба или съобразно местните инструкции, специфичните изисквания на браншови правила за безопасност и др., както и след основен ремонт.
Електрически инсталации и съоръжения – Периодът мжду две измервания не трябва да превишава 5 години.
Измерването и оценката за електрическите уредби с временен характер на монтаж и експлоатация (например в строителството и селското стопанство) се извършват с периодичност, определена в местните инструкции, както и:
- при всяко първоначално въвеждане в експлоатация;
- след всяко преместване и въвеждане в експлоатация на ново работно място;
- след ремонти и преустройства, оказващи влияние върху ефективността на зануляването.
За да бъде зануляването ефективно, измереният импеданс трябва да е по-малък от максимално допустимият за съответния тип защита.
Какво да се прави ако при измерване на импеданса на контура “фаза – защитен проводник” се получат стойности, превишаващи максимално допустимите, т.е. зануляването вече не е ефективно?
Възможно е вследствие най-вече на влошени контактни съединения да се повиши стойността на импеданса на контура “фаза – защитен проводник”. В този случай е необходим преглед на електроинсталацията от правоспособен електротехник, който да почисти и притегне всички контактни съединения в разпределителните табла и кутии. Ако и след това импедансът остава висок, трябвада се премине към друг тип защита срещу индиректен допир, например дефектнотокова защита.
Поставянето на допълнителни повторни заземители практически не влияе на стойността на импеданса на контура “фаза – защитен проводник”.
Какво “ДА СЕ” и какво “ДА НЕ СЕ” прави за да бъде зануляването правилно изпълнено и ефективно.
- Защитният проводник ДА СЕ присъединява към специално означената със знака клема;
Присъединяване на защитен проводник
- За защитен проводник винаги ДА СЕ използва проводникът, който има жълто-зелен цвят на изолацията;
- ДА НЕ СЕ използват свързващи и крепежни болтове и елементи за присъединяване на защитния проводник;
- ДА НЕ СЕ подменя или снажда трижилен с двужилен кабел;
- ДА НЕ СЕ прекъсва защитната верига чрез присъединяването на трижилен кабел към щепсел или щекер, както и контакти и разклонители без защитна клема;
- ДА НЕ СЕ допуска присъединяване на фазовия проводник към защитната клема на контакта или на защитния проводник към тоководящата клема на щепсела.
Електрически инсталации и съоръжения – Двойна изолация
Електрически инсталации и съоръжения – Двойна изолация
Показаният на фигурата човек е попаднал под опасното напрежение на корпуса на машината в резултат на повреда на работната изолация и съединяване на фазовия проводник с токопроводимия корпус. Това нямаше да се случи, ако между корпуса и работната изолация на машината имаше още една допълнителна изолация или ако целият корпус на машината беше изработен от електроизолационен материал.
Електрическите съоръжения при които освен основната изолация, необходима за нормалната им работа, има още една допълнителна изолация, осигуряваща защита срещу индиректен допир се наричат електрически съоръжения с двоина (или усилена) изолация.
Най-често срещаните такива електрически уреди и съоръжения са:
- телевизори;
- радиокасетофони;
- токоизправители;
- електрически маши;
- сешоари;
- ръчни бормашини;
- ъглошлайфи;
- кафемелачки;
- миксери;
- други.
Кои части на изделието освен корпуса осигуряват двойната или усилена изолация?
Цялото изделие, включително захранващия кабел и щепсела са с двойна (усилена) изолация.
Преди да се появят на пазара тези изделия са изпитани с повишено напрежение с което е гарантирана тяхната сигурност.
Подмяната на отделни части от изделие с двойна изолация трябва да става само с оригинални такива.
Електрически инсталации и съоръжения – Как да определим дали дадено изделие е с двойна изолация?
На табелката с данни за изделията с двойна изолация се поставя знак
По какво друго, освен по знакът може да различим изделията, които са с двойна изолация от останалите (например от тези, които изискват зануляване)?
- по щепселите – при изделия с двойна изолация щепселите винаги са неразглобяеми и при тях липсва защитна клема;
- по захранващите кабели – при изделията с двойна изолация захранващите кабели са с две жила. При тези, които изискват свързване на защитен проводник към корпуса кабелите са трижилни и едното жило е жълто-зелено.
Защита от токове с нулева последователност (дефектнотокова защита)
В практиката все още по-широко е разпространен терминът “дефектнотокова защита”, който по-популярно отразява и принципа на действие на самата защита.
Принцип на действие на защитата.
Както вече отбелязахме, при нормална работа на електрическите съоръжения, през изолацията на същите практически не протича ток. При повреда обаче тази изолация или части от нея стават проводими и през тях може да протече ток.
Дефектнотоковата защита “следи” големината на тока, протичащ през изолацията. Когато този ток надвиши определена стойност, защитата изключва повредения участък или изделие.
Дефектнотокова защита
Схемата показва и начина по който работи самата защита. Специално устройство “следи” големината на “отиващия” (I1) към електрическото съоръжение и “връщащия” (I2) се от него ток. При нормална изолация двата тока са практически равни. При повреда на изолацията част от тока (IΔ) не се връща през защитата. А протича през защитния проводник и земята, т.е. “отиващият” ток става по-голям от “връщащият” се. При зададена за защитата разлика или по-големи стойности от тази разлика защитата изключва.
Осигурява ли дефектнотоковата защита по-голяма сигурност от зануляването, след като и двете защити като краен резултат изключват повредения участък
За да отговорим на този въпрос трябва да сравним основните изисквания към мрежите и елементите, осигуряващи ефективност на съответното защитно мероприятие.
Параметър Зануляване Дефектнотокова защита
Импеданс на контура “фаза-защитен проводник” < 10 Ω Практически без значение.
Съпротивление на повторния заземител. < 10 Ω За най-често срещаните защити в интервала от 160 Ω до 1600 Ω.
Зависимост от преходното съпротивление на Зависима. Практически независима. контактните съединения.
Възможност за компроментиране при промяна на Възможно. Действието й не зависи от типа и максимално-токовата защита. номиналния ток на максималнотоковата защита.
Допирно напрежение на корпуса на Около 110 V при По-малко от 50 V при защитаваното съоръжение. импеданс ZS в норма изправна защитна верига.
Сила на тока, протичащ през защитния Големи, практически Малки, от порядъка на проводник при задействане на защитата. токове на късо милиампери (mA). съединение.
Осигуряване на максималнотокова защита Осигурява. Не осигурява. на заземявания обект.
От горната таблица се вижда, че дефектнотоковата защита действа сигурно и при по-високи стойности както на импеданса на контура “фаза – защитен проводник”, така и на преходното съпротивление на защитния заземител. Това,наред с по-ниското допирно напрежение е голямо предимство в сравнение със зануляването.
Къде да използваме дефектнотоковата защита?
Независимо, че цената на дефектнотоковата защита е по-висока от тази на една максималнотокова, при която като защитна мярка се използва зануляването дефектнотоковата защита, поради по-голяма сигурност, винаги е за предпочитане при:
- Съоръжения, работещи в мокри и влажни помещения – бани, перални и др.;
- Съоръжения, работещи на открито;
- Временни ел. инсталации и често премествани съоръжения;
- Съоръжения, при които поради отдалеченост от източника на захранване импедансът на контура “фаза – защитен проводник” е прекалено висок и не осигурява ефективно зануляване – вили, бензиностанции и др.
Защитава ли дефектнотоковата защита инсталацията от свръхтокове и токове на къси съединения?
Поради принципа си на действие – сравняване на “отиващия” и “връщащия” се от консуматора ток, дефектнотоковата защита не реагира на къси съединения между захранващите проводници (тогава двата тока са равни). Поради тази причина тя трябва винаги да се комбинира с максималнотокова защита. Понякога това става чрез конструктивно обединяване на две защити в общ корпус.
Какви проверки следва да се извършват на максималнотоковата защита?
Тъй като за ефективната работа на защитата е от голямо значение токът на дефекта, който предизвиква изключването й необходимо е веднъж месечно да се проверява способността на защитата да изключва при този ток. Това става чрез натискане на “тест” бутона, намиращ се на лицевия панел на защитата.
Тест бутон и тестване на дефектно токова защита
Проверка чрез “тест” бутона става само при положение “включено” на лостчето на прекъсвача на дефектнотоковата защита и подадено напрежение към нея. Защитата е изправна ако изключи при натискане на “тест” бутона.
Другото необходимо условие за ефективност на защитата е връзката й с предпазен заземител, чието преходно съпротивление не превишава определена от характеристиката на средата и номиналния ток на задействане на защитния прекъсвач стойност.
Проверката на съпротивлението спрямо земя на предпазното заземление и проверката за електрическа връзка между корпуса на защитавания потребител и предпазното заземление се извършват в срокове, определени от енергетика, но не по-дълги съответно от една и пет години.
Възможно ли е дефектнотоковата защита да се използва и като защита срещу директен допир?
Дефектнотоковият прекъсвач може да изключи и ако токът на дефекта протече през човешкото тяло. В зависимост от типа на дефектнотоковата защита, този ток обаче може да е в опасни за човека граници. Поради това, макар че дефектнотоковите апарати осигуряват по-високо ниво на защита в сравнение със зануляването, те не могат да служат като основна защита срещу директен допир до части намиращи се под опасно напрежение.
Няма устройство, което да осигурява абсолютна защита срещу поражение от електрически ток. Поради тази причина, за да бъдете в безопасност, винаги спазвайте всички правила за безопасна работа с електрическите уредби и съоръжения.
При необходимост от качествени обучения на Вашите служители за електробезопасност, може да се обърнете към www.zbut.bg. Те ще направят нормативно изискваните инструктаж и обучение по ЗБУТ качествено, коректно и на добра цена!