Уравнивание потенциалов в электроустановке – что это такое и зачем оно нужно?

Содержание:

  1. Введение
  2. Что такое уравнивание потенциалов?
  3. В каких случаях требуется выполнять уравнивание потенциалов в электроустановках?
  4. Для чего необходимо выполнять уравнивание потенциалов в электроустановке?
  5. Заключение
  1. Введение

В данной статье мы продолжим развивать тему защитных мер электробезопасности в электроустановках, в частности мы поговорим об уравнивании электрических потенциалов и разберем три основных вопроса – что такое уравнивание потенциалов, а также в каких случаях и зачем необходимо его выполнять?

В рассмотрении вышеуказанных вопросов будем опираться на Правила устройства электроустановок (7-е издание) (далее – ПУЭ).

  1. Что такое уравнивание потенциалов?

Согласно определению, приведенному в пункте 1.7.32. ПУЭ, уравнивание потенциалов — это электрическое соединение проводящих частей для достижения равенства их потенциалов.

При этом уравнивание потенциалов, выполняемое в целях электробезопасности называется защитным уравниванием потенциалов.

Примечание: термин «уравнивание потенциалов», используемый в данной статье, следует понимать как «защитное уравнивание потенциалов»

  1. В каких случаях требуется выполнять уравнивание потенциалов в электроустановках?

Рассмотрим, какие требования, касающиеся необходимости выполнения уравнивания потенциалов, содержатся в технических нормативных документах, в частности в ПУЭ.

Прежде всего следует отметить, что уравнивание потенциалов является мерой защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении (п.1.7.51, ПУЭ).

Примечание: подробнее про существующие меры защиты и их классификацию читайте статью: «Меры защиты от поражения электрическим током».

Согласно пункту 1.7.53 ПУЭ защиту при косвенном прикосновении следует выполнять во всех случаях, если напряжение в электроустановке превышает 50 В переменного и 120 В постоянного тока.

При этом, в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках выполнение защиты при косвенном прикосновении может потребоваться при более низких напряжениях, например, 25 В переменного и 60 В постоянного тока или 12 В переменного и 30 В постоянного тока при наличии требований соответствующих глав ПУЭ.

Далее, в пункте 1.7.57 ПУЭ указано, что электроустановки напряжением до 1 кВ жилых, общественных и промышленных зданий и наружных установок должны, как правило, получать питание от источника с глухозаземленной нейтралью с применением системы TN.

Для защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении в таких электроустановках должно быть выполнено автоматическое отключение питания.

Кроме того, автоматическое отключение питания, как мера защиты при косвенном прикосновении, согласно ПУЭ, должна применяться не только в системах TN, но также в системах TT (п. 1.7.59, ПУЭ) и системах IT (п. 1.7.58, ПУЭ)

То есть, согласно ПУЭ, автоматическое отключение питания является основной мерой защиты при косвенном прикосновении, которая должна выполняться практически во всех электроустановках (жилых, общественных и промышленных) напряжением до 1 кВ при применении любых типов заземления систем.

Вместе с тем, в пунктах 1.7.78 и 1.7.60 ПУЭ указано, что в электроустановках, в которых в качестве защитной меры применено автоматическое отключение питания, должно быть выполнено уравнивание потенциалов.

Примечание: аналогичные требования по выполнению уравнивания потенциалов при применении автоматического отключения питания приведены в других технических нормативных документах, как в национальных, так и в международных, например в ГОСТ Р 50571-4.41-2022/МЭК 60364-4-41:2017.

  1. Для чего необходимо выполнять уравнивание потенциалов в электроустановке?

Как можно увидеть из приведенных выше требований технических нормативных документов, необходимость выполнения уравнивания потенциалов неразрывно связана с применением в электроустановках защитного автоматического отключения питания.

Чтобы понять чем обусловлена такая необходимость разберемся, что из себя представляет защитное автоматическое отключение питания.

Подробно данную меру защиты мы рассматривали в статье «Защитное автоматическое отключение питания», поэтому здесь вспомним только общий принцип ее работы.

Вышеуказанная мера защиты подразумевает присоединение к защитному проводнику электрической цепи открытых проводящих частей электрооборудования с целью обеспечения автоматического отключения питания данной цепи в случае повреждения изоляции и замыкания токоведущих частей на открытые проводящие части (см. Рис.1)

Принцип работы защитного автоматического отключения питания
Рис.1. Общий принцип работы защитного автоматического отключения питания.

Как отмечалось ранее в статье «Проблемы обеспечения защиты при косвенном прикосновении в системах TN.» главным недостатком вышеуказанной меры защиты является возможность возникновения на открытых проводящих частях, вследствие повреждения, высокого электрического потенциала, причем электрический потенциал, в этом случае, появляется не только на той части, на которую произошло замыкание, но и на других открытых проводящих частях, присоединенных к защитным проводникам электроустановки.

Но, как указывалось в статье «Меры защиты от поражения электрическим током», угрозу жизни и здоровью представляет не потенциал, а разница потенциалов различных проводящих частей к которым одновременно может прикоснуться человек – так называемое напряжение прикосновения.

Проблема заключается в том, что кроме открытых проводящих частей, находящихся под потенциалом защитной цепи (цепи зануления или цепи заземления, в зависимости от применяемой системы) в электроустановках присутствуют также сторонние проводящие части.

Справочно: сторонние проводящие части – это проводящие части, не являющиеся частью электроустановки и, в нормальных условиях, находящиеся под потенциалом локальной земли. То есть, сторонние проводящие части – это проводящие части находящиеся в электрическом контакте с землей, а значит каждую такую часть в электроустановке можно рассматривать как заземлитель. Примерами сторонних проводящих частей в электроустановке могут быть: металлические трубы коммуникаций; металлические части конструкций здания; токопроводящие полы и т.п.

Для понимания вышеуказанной проблемы приведем пример замыкания на открытую проводящую часть в электроустановке с типом заземления системы TN-C-S, как наиболее распространенной системы (см. Рис. 2)

напряжение прикосновения на проводящих частях в электроустановке при однофазном замыкании на открытую проводящую часть
Рис.2 Возникновение напряжения прикосновения на проводящих частях в электроустановке при однофазном замыкании на открытую проводящую часть

Как видно на схеме выше, при замыкании на зануленную открытую проводящую часть (корпус ВРУ) по цепи фаза — нулевой защитный проводник (PEN-проводник) протекает ток однофазного короткого замыкания (Iокз). В результате чего, в цепи PEN-проводника на участке между PE шиной ВРУ и глухозаземленной нейтралью источника питания происходит падение напряжение (ΔUPEN), величина которого прямо пропорциональна сопротивлению указанного проводника и протекающему через него току. В следствие чего, PE шина ВРУ, а также электрически связанные с ней открытые проводящие части электроприемников и другого электрооборудования оказываются под напряжением относительно заземленной нейтрали источника питания и, как следствие, относительно земли.

Величину напряжения PE шины относительно нейтрали источника питания, в данном случае, можно рассчитать по формуле:

формула расчета электрического потенциала на проводящих частях электроустановки при замыкании на открытую проводящую часть или защитный проводник

где: Uф – фазное напряжение сети, В;
ZL1 – полное сопротивление фазного проводника от источника питания до ВРУ (до точки замыкания).

Из приведенной выше формулы следует, что в случае, если сечение PEN-проводника равно сечению фазного проводника (ZPEN = ZL1), при фазном напряжении 220В, ΔUPEN = 110В, а в случае, если сечение PEN-проводника составляет половину сечения фазного проводника, то есть имеет в 2 раза большее сопротивление (2ZPEN = ZL1), ΔUPEN ≈ 147В.

Следовательно, в указанной выше ситуации, все зануленные открытые проводящие части будут находится под напряжением относительно сторонней проводящей (ΔU), величина которого, в некоторых случаях, может быть свыше 140 Вольт.

Необходимо отметить, что угрозу возникновения опасного напряжения между открытыми и сторонними проводящими частями представляет не только замыкание в ВРУ, но также любое замыкание на открытую проводящую часть или защитный проводник в электроустановке, вследствие которого по цепи зануления будет протекать ток однофазного короткого замыкания.

Кроме того, следует учитывать, что разницу потенциалов между открытыми и сторонними проводящими частями, при отсутствии системы уравнивания потенциалов в электроустановке, могут вызвать и другие причины, например:

  • несимметрия нагрузок по фазам в системах TN-C, а в некоторых случаях – и в системах TN-C-S. Данные системы подразумевают наличие PEN-проводников, совмещающих в себе функции нулевых защитных и нулевых рабочих проводников. При неравномерности нагрузок по фазам в PEN-проводнике протекает ток уравнивания, вследствие чего на проводнике и, как следствие, на присоединенных к нему открытых проводящих частях, возникает потенциал, величина которого прямо пропорциональна току уравнивания;
  • обрыв PEN-проводника – наиболее опасный аварийный режим работы электроустановки, при котором нарушается связь с глухозаземленной нейтралью источника питания открытых проводящих частей электроустановки и на них через подключенную однофазную нагрузку появляется электрический потенциал.

Решением данной проблемы является выполнение в электроустановке уравнивания потенциалов, подразумевающего присоединение к защитной цепи (цепи зануления или цепи заземления) сторонних проводящих частей (см. Рис.3)

Распределение электрических потенциалов на проводящих частях в электроустановке при наличии в ней уравнивания потенциалов.
Рис.3 Распределение электрических потенциалов на проводящих частях в электроустановке при наличии в ней уравнивания потенциалов.

На схеме (Рис.3) представлен уже рассмотренный выше пример замыкания токоведущей части на зануленный корпус ВРУ, при котором на нем, а также на других связанных с ним защитными проводниками открытых проводящих частях возникает электрический потенциал, однако, в отличие от предыдущего примера, в данном случае в электроустановке выполнено уравнивание потенциалов, то есть сторонняя проводящая часть также присоединена к цепи зануления (PE шине) в результате чего получает равный с открытыми проводящими частями потенциал.

Таким образом, уравнивание потенциалов обеспечило равенство потенциалов открытых и сторонних проводящих частей, в результате чего напряжение прикосновения (ΔU), которое, как уже было отмечено выше, представляет разницу потенциалов различных проводящих частей, составило 0 Вольт.

  1. Заключение

Подводя итог данной статьи, можно констатировать следующее:

1) Уравнивание потенциалов является неотъемлемой частью комплекса мер защиты от поражения электрическим током при выполнении в электроустановке защитного автоматического отключения питания и, как правило, должно выполняться в каждой электроустановке;
2) Выполнение защитного зануления (заземления) с целью обеспечения автоматического отключения питания, в случае отсутствия в электроустановке уравнивания потенциалов, не гарантирует электробезопасность и создает дополнительные риски возникновения опасного для жизни и здоровья напряжения прикосновения между проводящими частями в электроустановке.

Над статьёй работали:

Автор статьи: Дмитрий Комлев

Показать всех авторов сайта

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросыПишите в комментариях!

Не нашли на сайте ответа на интересующий Вас вопросЗадайте его на форуме! Наши специалисты обязательно Вам ответят.

↑ Наверх

0
https://elektroshkola.ru/zazemlenie/uravnivanie-potencialov-v-elektroustanovke-chto-eto-takoe-i-zachem-ono-nuzhno/

Оставьте комментарий:

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *