Расчет освещённости в помещениях бытового и производственного назначения

В заключении следует  отметить, что к единоличному (не в составе бригады) обслуживанию электроустановок с рабочим напряжением  до 1000 вольт допускаются лишь лица из числа оперативного персонала, имеющие  группу по электробезопасности не ниже третьей.

Zanulenie

овсеместное сокращение производственных служб, ответственных за соблюдение техники безопасности, привело к неинформированности работников и повышению числа несчастных случаев. Одним из наиболее частых случаев производственного травматизма является поражение электрическим током. Потому так важно использовать все возможности для защиты наемного персонала. Одной из простейших является зануление. Оно служит основной мерой предохранения при случайном прикосновении к электроустановке, питаемой напряжением до 1000 Вольт. На практике зануление, выполняемое для электробезопасности, означает соединение всех открытых металлических частей станков, электродвигателей и других электроустановок с: 
- глухозаземленной нейтралью трехфазного трансформатора, в 3-х фазных сетях;  
- глухозаземленным выводом однофазной сети;  
- заземленной точкой источника постоянного тока.

Данный способ защищает работников при попадании напряжения на токопроводящий и соединённый  с нулём корпус двигателя или  станка следующим образом. При поступлении  фазы на металлический корпус возникает  короткое замыкание, огромный ток которого, в основном, и вызывает отключение питания устройствами защиты. Предохранители плавкие и автоматические выключатели  защищают от увеличения тока. Контакторы с тепловыми реле и пускатели  магнитные, оснащённые тепловой защитой, обеспечивают защиту от перегрузки. Автоматические выключатели, оборудованные комбинированными расцепителями – защищают и от перегрузки, и от больших токов замыкания.

Кроме того, что аварийное  устройство быстро отключается от питающей сети, заземлённые точки подключения  зануления обеспечивают незначительный потенциал на корпусе относительно земли, что становится не опасно для работников. Соответственно, зануление в этом ракурсе можно трактовать как частный случай заземления. Различают три системы зануления: TN-C, TN-C-S и TN-S. Первая и самая простая система отличается совмещением по всей длине двух нулевых проводников: рабочего и защитного. Этот совместный проводник должен обозначаться как PEN. Из недостатков необходимо упомянуть высокие требования к уравниванию потенциалов защищаемого устройства и толщину провода. Применяют данную систему в трёхфазных сетях. Использование в однофазных сетях запрещено.

Версия TN-C-S более  продвинута и может использоваться в однофазных сетях. Главное отличие  от TN-C состоит в разветвлении совмещённого проводника в том месте, где трёхфазная сеть расходится по однофазным потребителям (поэтажный щиток в многоквартирном  доме). К каждому однофазному потребителю  приходит 3 провода: фаза, нуль и защита. Система TN-S на сегодняшний день самая  совершенная, безопасная и дорогая. В ней оба нулевых проводника (рабочий и защитный) разделены  по всей длине, что делает невозможной  выход защиты из строя даже при  ошибке в монтаже или при аварии в сети.

В качестве защитных проводников обычно служат жилы кабелей  и проводов, отдельно проложенные  проводники, металлические конструкции  цехов и зданий, трубопроводы (кроме  предназначенных для взрывоопасных  продуктов) и алюминиевые кабельные  оболочки. Нулевые провода должны быть изолированы от агрессивных сред. В качестве нулевых проводников запрещается использовать металлорукава, кабельную броню и свинцовую оболочку, несущие тросы и т.п. Это же относится и к алюминиевым неизолированным проводам при прокладке защитных проводников в земле.

Каждая отдельная  часть электроустановки должна быть присоединена к зануляющей линии отдельным проводником. Последовательное присоединение не допускается. Учитывая, что сопротивление нулевых проводников оказывает основное влияние на общую величину сопротивления зануления, сила тока короткого замыкания напрямую зависит от величины этого сопротивления. Поэтому соединять нулевые проводники допускается только сваркой. Стыки проводников после сварки необходимо закрашивать. Сами проводники присоединяют к оборудованию сваркой или болтовым соединением, которое должно быть доступно для периодического осмотра (необходимо проверять ослабление болтового контакта).

Зануление производственного оборудования осуществляется с целью защиты персонала от опасности поражения электротоком в случае пробоя фазы на металлический корпус. Оно позволяет снизить до минимума риск травмирования вследствие быстрого отключения электроустановки от питающей сети. Для обеспечения этого нужно, чтобы сопротивление участка «фаза-ноль» было небольшим. Это достигается не только, безусловно, высоким качеством монтажа защитного проводника, но и предварительным расчётом зануления.

Расчёт делают с  целью определить параметры, при  которых зануление надёжно выполняет свои функции: уменьшает опасность поражения электротоком при прикосновении к токопроводящим частям и быстро отсоединяет повреждённую установку от питания. Зануление рассчитывают на: 
- безвредность прикосновения к повреждённому устройству в случае замыкания на землю; 
- безопасность касания устройства в случае замыкания на корпус; 
- отключающую способность.

Первый расчёт (при  замыкании на землю) означает расчёт заземления нейтрали питающего трансформатора. Положения ПУЭ требуют чтобы сопротивление нейтральной точки было всегда до 8 Ом при сети 220/127 вольт, не более 4 Ом при напряжении 380/220 В и при сети 660/380 вольт не выше 2 Ом. Второй расчёт проводится для уточнения повторного заземления защитного проводника. ПУЭ устанавливает, что величина сопротивления растеканию заземлителей каждого повторного заземления воздушной линии всегда не должна превышать при трёхфазной сети: 
- 220 вольт – 20 Ом; 
- 380 вольт – 10 Ом; 
- 660 вольт – 5 Ом. 
То же самое установлено и при однофазном питании: 
- 127 вольт – 20 Ом; 
- 220 вольт – 10 Ом; 
- 380 вольт – 5 Ом. 
Правила требуют, чтобы повторные заземления выполнялись на концах воздушных линий и на вводах в сооружения, электроустановки которых зануляют.

Расчёт на отключающую  способность является основным, поэтому  ПУЭ устанавливают конкретные временные  интервалы, в течение которых  защита должна отключить устройство от сети. Максимальное время равняется: 
- при напряжении фазы 127 вольт – 0,8 секунды; 
- при 220 вольтах – 0,4 секунды; 
- при 380 вольтах – 0,2 секунды; 
- свыше 380 вольт – 0,1 секунды. 
Указанные сроки отключения достаточны и для защиты персонала, использующего переносной электроинструмент класса 1. При питании стационарных токоприёмников от этажных, распределительных и т.п. щитов время отключения не может быть дольше 5 секунд.

Сам расчёт сводится к определению характеристик  нулевого проводника (сечение, длина, материал), которые бы приводили к срабатыванию токовой защиты за вышеуказанное  время. Естественно, чем выше проводимость нулевой защитной жилы, тем выше кратность сверхтока замыкания против величины срабатывания автоматических выключателей. Пункт 1.7.79 ПУЭ устанавливает, что ток замыкания должен быть больше: 
- в три раза номинального тока ближайшего предохранителя; 
- в 3 раза тока расцепителя автомата с обратной токовой зависимостью; 
- на 10% тока мгновенного срабатывания автоматического выключателя с расцепителем без выдержки.

Правила определяют, что данные показатели во взрывоопасной  среде должны быть увеличены: 
- до 4 раз при защите плавкой вставкой; 
- до 6 раз в цепи с автоматом, оснащённым расцепителем с обратной зависимостью от тока. 
Выполнение вышеуказанных требований гарантирует нужное по времени срабатывание защиты. При расчёте необходимо учесть, что в любом случае проводимость защитной жилы должна быть не менее половины от фазного провода. Это обеспечивает уменьшение потенциала на корпусе до безопасного минимума вплоть до отключения повреждённого устройства от сети.

Zazemlenie

Занулением принято называть целенаправленное соединение металлических токопроводящих узлов электроустановок (которые при некоторых обстоятельствах могут оказаться под напряжением) с глухозаземлённой нейтральной точкой источника электроэнергии в трехфазных сетях или с глухозаземлённой точкой источника электроэнергии в сетях  однофазного напряжения.

Принципиальная  схема организации зануления в сетях трехфазного тока приведена ниже

Проводник, при помощи которого обеспечивается данное соединение, называется нулевым защитным проводником. Этот проводник не следует путать с  нулевым рабочим проводником, который также как и защитный соединяется с глухозаземленной нейтральной точкой источника электроэнергии, но служит для  питания током энергопотребителей (т.е. по нему протекает рабочий ток).

Таким образом, нулевой  рабочий проводник представляет собой часть рабочей цепи  тока и поэтому должен иметь изоляцию, равноценную защитной изоляции всех фазных проводников. Помимо этого, он должен иметь сечение, рассчитанное на длительное прохождение  по нему рабочего тока. При организации осветительной сети дома, например, в последний вводятся два провода: один из них - фазный, используемый для подведения тока к осветителям, а другой - нулевой рабочий.  По этому проводу ток возвращается в питающую электросеть. Оба эти проводника имеют, как правило, одинаковое сечение и равноценную изоляцию

Обычно нулевой  рабочий проводник используется одновременно и как нулевой защитный, т. е. в целях  зануления металлических частей электрооборудования. В данном случае нулевой рабочий проводник должен в точности соответствовать требованиям, которые предъявляются и к нулевым защитным проводникам. Особо отметим, что в нулевом рабочем проводнике, в том случае, когда он используется одновременно и как нулевой защитный, ставить предохранители не допускается.

Защитное зануление является достаточно эффективным средством, которое успешно применяется для предотвращения возможного поражения людей электрическим током в случае их прикосновения к металлическим частям корпуса электроустановки, случайно находящейся под напряжением  (например, при повреждении изоляции).

Суть защитного  действия зануления заключается в  превращении  аварийного замыкания токоведущих частей установки на корпус в обычное однофазное короткое замыкание. Подобное замыкание (между фазным и нулевым защитным проводниками) приведёт к появлению в цепи больших токов короткого замыкания, что  вызовет немедленное срабатывание защитного устройства, т.е. автоматическое отключение поврежденной электроустановки от питающей сети. В качестве  защитных устройств в этом случае могут использоваться:

- плавкие вставки (предохранители) или  автоматы (АВ), устанавливаемые для защиты от токов короткого  замыкания; 
-  магнитные пускатели, имеющие тепловую защиту;  
-  контакторы;  
-  автоматы с комбинированными расцепителями.

Поскольку при занулении металлических частей электроустановок одновременно осуществляется и их заземление (через нулевой защитный проводник и глухозаземлённую нейтраль), то в аварийном режиме, с  момента возникновения замыкания на корпус и до отключения электроустановки от сети, попутно проявляется  и защитное действие этого заземления. 

Таким образом, защитное зануление корпусов электроустановок решает одновременно две задачи по защите человека от поражения электрическим током: производит быстрое автоматическое отключение поврежденной части электрустановки от питающей линии и снижает величину опасного напряжения на зануленных металлических частях, случайно оказавшихся под напряжением.  
При этом отключение установки от сети производится только в случае замыкания отдельных токоведущих частей на корпус. Снижение же напряжения прикосновения до безопасной величины происходит во всех случаях присутствия опасного для жизни человека напряжения на зануленных токопроводящих частях, в том числе и  при замыкании на корпус, электромагнитном (электростатическом) воздействии соседних электрических полей  от других электроприёмников и т. п.

Короткие замыкания (КЗ или "коротыш" как говорят электрики) в электрических сетях чаще всего случаются из-за разрушения изоляции токопроводящих частей в результате механических воздействий, естественного старения, воздействия агрессивных сред и влаги, а также ошибочных действий электротехнического персонала. Короткое замыкание сопровождается  резким возрастанием  тока в цепи, а также значительным увеличением выделяющегося тепла, пропорционального квадрату величины тока.  
Воздействие теплового нагрева на проводку резко снижает механическую и диэлектрическую прочность изоляции. А в результате регулярной перегрузки электрических сетей токами, которые существенно превышают допустимую для данного вида и сечений проводников норму, происходит её тепловое старение.

Воздействие влаги  и агрессивных сред на изоляцию сопровождается, как правило, появлением поверхностных  токов утечки. Тепловой нагрев приводит к испарению жидкости  и образованию на ней  солевых отложений. После испарения влаги токи утечки исчезают, но при последующем увлажнении процесс повторяется. Только сейчас из-за повышенной концентрации соли проводимость достигает таких значений,  при которых ток утечки не исчезает и по  окончании испарения. Действие тока утечки приводит к обугливанию изоляции и потери ей механической  прочности. Возникает ситуация, способная привести к распространению поверхностного дугового разряда и  загоранию изоляции.

Коренное отличие  режима короткого замыкания от режима перегрузки состоит в том, что  в первом случае аварийная ситуация возникает вследствие разрушения изоляции, а во втором - является его причиной. В некоторых случаях перегрузка электропроводки во время аварийного режима может иметь большую  пожарную опасность, чем короткое замыкание.

При возникающих  в сети перегрузках на воспламеняющую способность проводов существенное влияние оказывает материал жилы. Проведённые в режиме перегрузки испытания убедительно доказали, что вероятность загорания изоляции у кабелей с медными жилами выше, чем у проводов из  алюминиевого материала. При испытаниях на короткое замыкание проявилась схожая закономерность.  
Кроме того, оказалось, что провода и кабели в полиэтиленовой оболочке, а также используемые при их прокладке полиэтиленовые трубы имеют большую «склонность» к возгоранию, чем аналогичная электропроводка, выполненная в винипластовых трубах.

Особо опасна перегрузка  в частном жилом секторе, т.е. в  домах, где обычно от общей электросети запитаны все потребители, а защитное оборудование  рассчитано лишь на токи К.З. К тому же, ничто не препятствует жильцам многоквартирных жилых домов бесконтрольно увеличивать потребляемую ими мощность.