ИНЖИНИРИНГ ЗЛЕКТРОПРИВОДОВ

Нормативно-технические документы, используемые в электротехническом инжиниринге

В России нормативно-техническими документами являются ГОСТы, Стро­ительные нормы и правила (СНиП), Правила пользования электрической энергией (ППЭ), Правила устройства электроустановок (ПУЭ), Правила тех­нической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭ), Правила тех­ники безопасности электроустановок (ПТБ).

Стандарты РФ рассматриваются в подразд. 2.5. К ПУЭ [8, 46] применитель­но к электроприводам и СНиП будем обращаться, раскрывая конкретные при­кладные вопросы создания электрооборудования. ПТЭ см. в гл. 7 и [47]. Здесь остановимся коротко на ППЭ и ПТБ.

Правила пользования электрической энергией регламентируют взаимоот­ношения между энергосистемой и электропотребителями. В них определены [38]:

Порядок присоединения электроустановок потребителей к энергосистеме; балансовая принадлежность оборудования и сетей и эксплуатационная от­ветственность потребителя и энергосистемы;

Соответствующие тарифы и системы расчета за электроэнергию; условия электроснабжения потребителей в период возникновения в энер­госистеме временного дефицита мощности или энергии в целях сохранения устойчивого режима ее работы и порядок разгрузки за счет отключения части потребителей;

Порядок допуска персонала энергосистемы к электроустановкам потреби­телей для оперативных переключений и контроля режима электропотребле­ния;

Ответственность энергосистемы и потребителей за электроснабжение, ка­чество электроэнергии и несоблюдение настоящих правил.

Технико-экономические вопросы взаимоотношений между энергосистемой и потребителем включают в себя разработку и выполнение:

Технических условий на присоединение электроустановок потребителей к энергосистеме;

Схем размещения приборов контроля качества электроэнергии; схем размещения приборов учета;

Нормативов по компенсации реактивной мощности и оптимальных режи­мов работы компенсирующих устройств;

Правил и норм, обеспечивающих надежную и экономичную эксплуатацию электроустановок потребителей.

Оперативно-диспетчерские взаимоотношения определяются необходимо­стью обеспечения:

Электроснабжения потребителей в соответствии с выбранным уровнем надежности схемы внешнего подвода электроэнергии;

Нормальных условий эксплуатации и ремонта оборудования, сетей и при­боров энергосистемы и потребителей;

Установленных стандартом норм качества электроэнергии; разгрузки энергосистемы для сохранения устойчивого режима ее работы при возникновении временного аварийного дефицита мощности.

Единство электрической схемы энергосистемы и потребителей обусловли­вает необходимость строгой регламентации взаимоотношений между опера - тивно-диспетчерским персоналом.

Координация взаимоотношений между энергосистемой и потребителем возложена на Энергосбыт.

Правила техники безопасности электроустановок определяют условия, ис­ключающие воздействие опасных и вредных факторов на персонал, занятый обслуживанием, эксплуатацией или ремонтом электрооборудования. К числу указанных воздействий относятся электрический ток и создаваемые при вы­работке, преобразовании и потреблении электроэнергии электрическое и маг­нитное поля, а также шум и вибрации.

Допустимое воздействие электрического тока на человека определяют ГОСТ 12.1.038 — 82 и рекомендации МЭК 479. В нормальном (неаварийном) режиме работы, когда изоляция электроустановок не повреждена, человек может контактировать с частями электроустановки, но при этом напряжения прикосновения и токи, протекающие через его тело, не должны превышать значений, указанных в ГОСТе.

При повреждении изоляции или контакте человека с токоведущими частя­ми электроустановки в аварийном режиме работы предельно допустимые зна­чения напряжения прикосновения и тока, протекающего через тело, зависят от времени нахождения человека под их действием и нормируются стандартом.

Электробезопасность человека при эксплуатации электроустановок обес­печивается основными техническими защитными мероприятиями, к кото­рым относятся недоступность токоведущих частей и их надежная изоляция, а также дополнительными техническими мероприятиями, т. е. применением ус­тройств и средств защиты, обеспечивающих безопасность при повреждении основных средств зашиты. Выбор конкретных средств защиты осуществляется на основании классификации электроустановок по параметрам используемых в них напряжений питания, а производственных помещений — по степени опасности поражения электрическим током.

Различают электроустановки с напряжением питания до 1000 В и свыше 1000 В. По частоте питающей сети различают оборудование постоянного тока, оборудование низкой (промышленной) частоты (до 60 Гц), среднечастотное оборудование (свыше 60 Гц и до 10 кГц), высокочастотное оборудование (свыше 10 кГц и до 300 МГц) и сверхвысокочастотное оборудование, рабочая частота которого превышает 300 МГц [55].

Электрооборудование классифицируется по степени защиты от электричес­кого тока человека и степени защиты от проникновения в него пыли, твердых объектов и влаги. Согласно ГОСТ 14254—80 и рекомендациям МЭК 529—89 различают семь степеней защиты от нерегламентированного доступа к внут­ренним частям изделия и девять степеней защиты токоведущих частей от про­никновения в них воды через корпус изделия. В зависимости от предполагае­мых условий эксплуатации изделия выбирается в соответствии с номером международной классификации (1Р-хх) степень его защиты оболочкой — кор­пусом (см. подразд. 2.5 и [8]).

Для защиты человека от прикосновения к металлическим частям изделия, находящимся под напряжением, и для защиты изделия от коротких замыка­ний и замыканий на корпус служит электрическая изоляция. Выбор изоляции изделия и его частей зависит от значения рабочего напряжения. Предусмотре­ны пять классов защиты от поражения электрическим током (см. подразд. 7.1), которая обеспечивается не только основной изоляцией, но и дополнительной изоляцией и дополнительными средствами.

Основная рабочая изоляция — это электрическая изоляция токоведущих частей, обеспечивающая нормальную работу изделия и защиту человека от поражения электрическим током. Дополнительная изоляция предусматрива­ется для защиты от поражения током в случае повреждения рабочей изоля­ции. Двойной изоляцией называется совокупность рабочей и дополнитель­ной изоляции, при которой доступные прикосновению человека части не приобретают опасного потенциала при повреждении только рабочей или только дополнительной изоляции. Усиленная изоляция — это улучшенная рабочая изоляция, обеспечивающая такую же степень защиты от поражения током, как и двойная изоляция. Двойную или усиленную изоляцию применя­ют в изделиях, номинальное напряжение которых выше 50 В переменного тока и которые не имеют элемента для защитного заземления.

Причинами повреждения изоляции могут являться токи, значения кото­рых выше допустимых для данного проводника или контактного соединения, что может повысить температуру нагрева изоляционных конструкций сверх допустимой (например, до значения температуры самовоспламенения). Такие токи возникают при неотключенных аппаратурой защиты коротких замыка­ниях и перегрузке. Дополнительными защитными мероприятиями от пораже­ния током при повреждениях изоляции или оболочки изделия являются за­земление, зануление, защитное отключение.

Заземление применяется в сочетании с контролем изоляции или защитным отключением в сетях с изолированной нейтралью и напряжением до 1000 В и в любых сетях с напряжением свыше 1000 В. В сетях с напряжением до 1000 В в случае замыкания токоведущих частей на заземленный корпус за счет его малого сопротивления по отношению к прочим сопротивлениям утечек фаз сети на землю напряжение замкнувшейся фазы относительно земли снижает­ся до безопасного уровня, а средства контроля изоляции сигнализируют о возникновении неисправности и позволяют осуществить поиск места замыка­ния. В высоковольтных электроустановках при правильном расчете и выборе средств защиты от коротких замыканий участок сети с возникшим поврежде­нием автоматически отключается.

Сопротивление защитного заземления корпуса электроустановки в сети с изолированной нейтралью не должно превышать:

При напряжении до 1000 В и мощности трансформатора больше 100 кВ А — 4 Ом, а при меньшей мощности — 10 Ом;

При напряжении выше 1000 В — 125// (где / — расчетный ток замыкания на землю, А).

В сетях с напряжением до 1000 В и глухозаземленной нейтралью в качестве защитной меры выполняют зануление корпусов, т. е. соединяют их с нулевой точкой источника. Отдельное использование заземления в этих установках зап­рещено ввиду малой его эффективности и опасности совместного использо­вания заземления корпусов одних электроприемников и зануления корпусов других электроприемников, так как при этом на последних возникает опасная разность потенциалов относительно земли при замыкании токоведущих час­тей на заземленный корпус.

Действие защитного зануления основано на переводе режима аварийного однополюсного снижения сопротивления изоляции токоведущих частей элек­тротехнического изделия относительно металлического корпуса электропри­емника в режим короткого замыкания в цепи фаза —нуль. Это вызывает в питающей сети срабатывание аппаратов защиты и отключение (обесточива - ние) участка сети с повреждением.

При оценке быстродействия защиты следует учитывать особенности рабо­ты аппаратов защиты от токов короткого замыкания, в качестве которых ис­пользуются либо предохранители, либо автоматические выключатели.

Зануление является достаточно грубым видом защиты и предназначено только для защиты от повреждения изоляции типа замыкания на корпус, т. е. оно не защищает от частичного ухудшения сопротивления изоляции, когда защита еще не срабатывает, но уже может протекать опасный для человека ток утечки.

Для защиты от такого повреждения, а также для защиты от прикосновения к корпусу электроприемника, оказавшегося под напряжением, используются устройства защитного отключения (УЗО) или дифференциальные автомати­ческие выключатели. В ряде стран мира такие устройства называются устрой­ствами дифференциальной зашиты на остаточных токах нулевой последова­тельности. Эти устройства регламентирует ГОСТ Р 50807 — 95, разработанный на основе МЭК 755 — 83. В основном такие устройства применяются в сетях с глухозаземленной нейтралью, где их установка дополняется выполнением за­щитного заземления металлических корпусов электроприемников.

Все элементы установок, по которым протекают токи, являются источни­ками излучения электромагнитных полей. В зависимости от интенсивности излучения, рабочей частоты и места нахождения оператора относительно ис­точника поля возможно воздействие его электрической или магнитной со­ставляющей или их сочетания. Человек подвергается тепловому и нетепловому воздействию электромагнитного поля. Переменное электрическое поле вызы­вает нагрев тканей человека за счет переменной поляризации диэлектрика (хрящей, сухожилий и т. п.) и появления токов проводимости в тканях, обла­дающих ионной проводимостью. Перегрев особенно вреден для тканей со сла­боразвитой сосудистой системой или недостаточным кровообращением (глаз, мозга, почек, желудка, желчного и мочевого пузырей).

Длительное постоянное воздействие радиоволн умеренной интенсивности, не дающее явного теплового эффекта, может вызвать функциональные измене­ния в центральной нервной и сердечно-сосудистой системах человека, а также гормональные сдвиги и нарушение обменных процессов. При длительном воз­действии электромагнитного поля происходит либо физиологическая адапта­ция к нему организма, либо ослабление его иммунологических реакций.

В соответствии с ГОСТ 12.1.002-84, 12.1.006-84, 12.1.045-84, 12.2.007.10- 87 и санитарными нормами СанПиН 42-128-4262-87, СН 1742-77, СН 1757 — 77 в РФ определены предельно допустимые уровни напряженности магнитного и электрического полей на рабочих местах для восьмичасового рабочего дня. Например, при частоте 50 Гц напряженность магнитного поля не должна превышать 1300 А/м, а электрического — 5000 В/м. При частоте 1...12 кГц эти показатели соответственно составляют 50 А/м и 50 В/м. Если обслуживающий персонал подвергается воздействию электромагнитного поля не полный рабочий день, то допустимые уровни возрастают [55].

Основными источниками электрического и магнитного полей установок яв­ляются трансформаторы, реакторы, преобразователи частоты и конденсатор­ные батареи. Если данное оборудование размещается в закрытых металлических корпусах и шкафах, то за их пределами электромагнитное поле мало и не может вызвать нежелательные последствия для обслуживающего персонала.

К защитным мероприятиям от воздействия электромагнитных полей отно­сятся:

Периодическое измерение уровней полей в рабочей зоне персонала (осо­бенно после ремонта электрооборудования);

Размещение рабочих мест в зонах с интенсивностью излучений ниже пре­дельно допустимой;

Подавление электромагнитных полей посредством экранирования источника.