Содержание:
- Введение
- Что такое уравнивание потенциалов?
- В каких случаях требуется выполнять уравнивание потенциалов в электроустановках?
- Для чего необходимо выполнять уравнивание потенциалов в электроустановке?
- Заключение
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).
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»
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.
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)
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)
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:
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)
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.
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.
Автор статьи: Дмитрий Комлев
Показать всех авторов сайтаБыла ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!
Не нашли на сайте ответа на интересующий Вас вопрос? Задайте его на форуме! Наши специалисты обязательно Вам ответят.