Stanovení indukovaného napětí v elektrotechnice a ochrana před ním

Bezpečnostní pravidla (STR) pro provoz elektroinstalací definují bezpečnostní opatření při práci na venkovních elektrických vedeních (OHL), na kterých se indukuje dodatečné napětí ze sousedních provozních vedení. Samostatně jsou bezpečnostní opatření zdůrazněna při práci na takových nadzemních vedeních, kdy jejich uzemnění v souladu s obecnými požadavky pravidel neumožňuje snížit úroveň potenciálu indukovaného na odpojených vodičích pod 25 V.

Nadále se však objevují případy poranění obsluhujícího personálu elektrickým proudem o indukovaném napětí, které jsou důsledkem nepochopení podstaty vzniku a mechanismu projevu tohoto napětí. Zvláštností jeho projevu je, že při dotyku i drátu, který je uzemněn podle pravidel, zůstává nebezpečí úrazu elektrickým proudem.

Je známo, že na jakémkoli venkovním vedení, probíhajícím paralelně s jinými venkovními vedeními, se neustále indukuje cizí potenciál v důsledku vzájemného ovlivňování elektromagnetických polí těchto vedení na sebe. Hodnota potenciálu závisí na provozním napětí, zatěžovacích proudech, vzdálenosti mezi fázovými vodiči vedení a délce úseku jejich paralelního umístění.

Potenciál indukovaný na každém z těchto vedení (indukované napětí) může být konvenčně reprezentován jako součet dvou složek: elektrostatický и elektromagnetické .

Elektrostatická složka indukovaného napětí na vodičích odpojeného venkovního vedení je způsobena vlivem na ně elektrickým polem sousedního (ovlivňujícího) vedení zůstávajícího v provozu a při zachování návrhových parametrů paralelního úseku definovaného v. PUE, závisí pouze na napěťové úrovni ovlivňujícího vedení. Hodnota této složky je po celé délce odpojeného venkovního vedení stejná (obr. 1) a je určena vzorcem:

kde k je kapacitní vazební koeficient vedení;

Uр.в. – provozní napětí ovlivňujícího vedení.

Rýže. 1. Schéma rozložení elektrostatické složky indukovaného napětí.

Elektrostatická složka indukovaného napětí se po celé délce vedení sníží na bezpečnou úroveň při jeho uzemnění v libovolném, alespoň jednom bodě. V důsledku toho je dopad této součásti zcela eliminován, když je odpojené venkovní vedení uzemněno na koncích (v rozvodnách) a na pracovišti v souladu s bezpečnostními předpisy.

Zcela odlišně se projevuje elektromagnetická složka indukovaného napětí, jejíž vznik je dán celkovým vlivem magnetických polí vytvářených proudy fázových vodičů ovlivňujícího vedení.

EMF indukované na odpojeném vedení je určeno výrazem:

kde M je koeficient indukční vazby fázových vodičů vedení při frekvenci 50 Hz;

L – délka úseku paralelní čáry;

I – zatěžovací proud ovlivňujícího vedení.

Koeficient induktivní vazby pro každý specifický „koridor“ vedení zůstává prakticky nezměněn. Kvůli tomuhle hodnota indukovaného EMF je určena pouze délkou paralelního úseku vedení a zatěžovacím proudem ovlivňujícího vedení a nezávisí na úrovni provozních napětí každého z venkovních vedení.

V tomto případě je potenciál (napětí vzhledem k zemi) libovolného bodu, například x, určen výrazem:

kde E je EMF indukované na vodiči;

x – vzdálenost od začátku úsečky k bodu x.

Z toho vyplývá, že na začátku vedení (při x=0) je elektromagnetická složka indukovaného napětí Uн=+E/2, na konci vedení Uк=-E/2 (při x= L) uprostřed. přímky Uср=0 (při x=L /2).

Charakteristickým rysem projevu elektromagnetické složky indukovaného napětí je neměnnost jeho hodnoty bez ohledu na to, zda je vodič izolován od země nebo uzemněn na jednom nebo dokonce více místech.

Když se změní počet zemnících bodů na venkovním vedení, změní se pouze poloha bodu s nulovým potenciálem na něm. Specifičnost tohoto projevu indukovaného napětí určuje požadavky PTB.

Rýže. 2. Schéma rozložení elektromagnetické složky indukovaného napětí na odpojeném venkovním vedení v závislosti na místě instalace ochranného uzemnění na něm.

Na Obr. Na obr. 2 jsou typické příklady rozložení elektromagnetické složky indukovaného napětí (potenciálu) na odpojeném venkovním vedení v závislosti na místě instalace ochranného uzemnění. Jak je vidět z diagramů, při jediném uzemnění venkovního vedení se bod nulového potenciálu shoduje s bodem uzemnění.

S přihlédnutím k výše uvedenému je uvedeno grafické zdůvodnění nebezpečí organizace dvou a více pracovišť současně na venkovním vedení umístěném v zóně indukce elektromagnetické složky napětí. Například tým pracuje v určitém bodě С , je vedení podle pravidel uzemněno pouze v tomto jednom bodě, kde je napětí nulové (obr. 3а).

Pokud nyní, pro přípravu druhého pracoviště, nainstalujte ochranné uzemnění na jiném místě D , pak se nulový potenciál přesune do oblasti mezi těmito dvěma uzemněními (obr. 3б). V tomto případě je napětí v uzemňovacích bodech (body С и D) může překročit přípustnou úroveň a vystavit tam pracující osoby nebezpečí úrazu elektrickým proudem.

Podobný efekt se projevuje při práci na lineárním odpojovači, který je pod indukovaným napětím venkovního vedení. Uzemnění odpojovače na straně vedení v tomto případě zaručuje elektrickou bezpečnost pouze za podmínky, že toto vedení není uzemněno nikde jinde (viz obr. 2б, д).

Pokud nainstalujete dodatečné uzemnění v nějaké jiné oblasti, například zapnete zemnící nože na rozvodně z druhého konce vedení, pak úroveň indukovaného napětí na odpojovači vedení na pracovišti „vyskočí“ na maximum (viz obr. 2г).

Rýže. 3. Příklady rozložení elektromagnetické složky napětí na odpojeném venkovním vedení při práci opravářské čety v různých podmínkách.

Projevy indukovaného napětí nutí obsluhující personál k prudkému omezení rozsahu prací na venkovních vedeních (na jeden tým) umístěných v zóně zvýšeného působení tohoto napětí. Rozdělení vlasce na samostatné elektricky nepropojené úseky řezáním smyček také způsobuje další čas strávený střídavým řezáním a jejich následnou obnovou. Nutnost zajištění bezpečnosti personálu linky nás však zavazuje k těmto skutečnostem přihlížet.

Přitom jedním z alternativních opatření, které ve všech případech (při zachování bezpečnosti obsluhy linky) odstraňuje téměř všechna omezení rozšiřování rozsahu prací, je provádění prací pod napětím.

Při přípravě pracoviště na nadzemním vedení je třeba věnovat zvláštní pozornost spolehlivosti ochranných uzemňovacích kontaktů s fázovými vodiči a zemnící elektrodou. Nesmíme zapomínat, že při náhodné ztrátě kontaktu (rozpojení vedení) může bod nulového potenciálu ve stejném okamžiku změnit svou polohu a napětí na pracovišti překročí přípustnou hodnotu Uс (obr. 4). ). Aby byla zaručena bezpečnost na pracovišti, doporučuje se instalovat paralelně dvě zemní spojení.

Rýže. 4. Schéma rozložení elektromagnetické složky indukovaného napětí při bodovém uzemnění vedení С a když je neuzemněný

Elektromagnetická složka indukovaného napětí tedy dosahuje své největší hodnoty na hranicích oblasti vzájemného vlivu vedení (obecně u odpojených lineárních odpojovačů). Právě v těchto bodech, přímo na sestupu zemnící sběrnice lineárního odpojovače nebo na první podpěře z rozvodny, by měla být provedena měření se zapnutými zemnicími lopatkami na obou koncích vedení.

Napěťovou třídu použitých voltmetrů je nutné zvolit podle očekávané úrovně indukovaného napětí. Jako první přiblížení můžete použít voltmetr s limitem měření do 0,5 až 1,0 kV.

Přepočet výsledků měření na podmínky maximálního zatížení ovlivňujícího vedení lze provést pomocí vzorce získaného ze vztahu:

kde Umeas – měřené indukované napětí;

Imeas – zatěžovací proud ovlivňujícího venkovního vedení v době měření;

Imax – maximální přípustný zatěžovací proud ovlivňujícího vedení.

Je třeba poznamenat, že zapnuté zemnící nože, rám odpojovače, propojovací vodiče a voltmetr mohou být během měření pod nebezpečným napětím. Aby byla zajištěna bezpečnost personálu provádějícího měření, měl by být měřicí obvod připojen k fázovým vodičům vedení až po sestavení měřicího obvodu. Pokud je nutné přepnout meze stupnice nebo vyměnit voltmetr, musíte nejprve odpojit měřicí obvod od venkovního vedení.

Personál musí používat dielektrické boty a rukavice. Vodiče použité pro měření musí mít izolaci dimenzovanou na napětí 1 kV.

Tento jev ohrožuje životy a zdraví lidí. Vysoké indukované napětí poškozuje kvalitní zařízení, vytváří rušení a zhoršuje ekonomický výkon elektrického vedení. Problémy se odstraňují pomocí speciálních technik.

Profesionální testování provozních parametrů na venkovních elektrických vedeních

Povaha jevu

Abyste pochopili příčiny problémů, musíte si zapamatovat základní pojmy a pojmy ze školního kurzu fyziky. Je známo, že průchod střídavého proudu obvodem vyvolává tvorbu elektromagnetického pole. Jeho silový potenciál klesá úměrně druhé mocnině vzdálenosti.

Pokud je poblíž umístěn vodič, indukuje se v něm proud. Bez dalšího vysvětlení je potenciální nebezpečí elektřiny v kabelu nebo jiném zařízení, které není připojeno ke zdroji energie, jasné.

Příčiny výskytu

Detailní studium uvedených procesů umožňuje nejen definovat indukované napětí. Musíte přijít na to, jak se zbavit potenciálních nebezpečí. Pečlivé testování pomocí konkrétních příkladů pomůže vytvořit silnou obranu.

Na trolejovém vedení (OHL)

V takových objektech se uvažované procesy projevují se zvláštní silou. Značně negativní vliv mají vysokonapěťové charakteristiky obvodů. Je třeba také poznamenat relativní blízkost vodičů. Zvětšení vzdálenosti výrazně komplikuje návrh, což je doprovázeno dalšími investičními náklady. Potenciál indukovaný v beznapěťové části vedení může vzrůst na extrémně nebezpečnou úroveň.

Velké elektrické rušení může způsobit značné problémy. Jeho hodnota závisí na následujících parametrech:

• napětí v pracovní části sítí;
• proudová síla (připojená zátěž);
• relativní poloha vodičů;
• úroveň vlhkosti, znečištění a další faktory, které mění vodivost středního média.

Celkový potenciál lze rozdělit na dvě části. Statické – vytváří elektrické pole z nejbližšího vodiče. Indukované napětí se tvoří v celém úseku sousedního vodiče, nemusí být nutně součástí vedení. Podobné jevy lze zaznamenat měřicími přístroji v nosných stožárech, upevňovacích prvcích a dalších prvcích s vodivými vlastnostmi. Účinným bezpečnostním opatřením je v tomto případě uzemnění určitých částí konstrukce.

Druhá složka je tvořena střídavým elektromagnetickým polem v blízkosti fázových vodičů. Hlavním problémem je nedostatek jednoduchých řešení v oblasti elektrické bezpečnosti. V této situaci nepomůže ani účinné uzemnění. Kvalitní izolace, která není schopna blokovat pronikání elektromagnetických vln, je k ničemu. Potenciál v určitém bodě závisí na parametrech intenzity pole a vzdálenosti od zdroje signálu.

V elektrických instalacích

Podobné negativní jevy jsou pozorovány v lokálních sítích. Maximální úrovně napětí jsou v odpojených spínačích vedení. Indukované proudy se mohou tvořit v transformátoru, pouzdru nebo mechanickém pohonu elektrické instalace. Stejně jako v příkladech diskutovaných výše, největší potíže nastávají při hledání efektivních metod nakládání s variabilní složkou.

Pro vaši informaci. Zdrojem nebezpečí může být kovový strop, podlaha nebo jiný funkční či dekorativní prvek stavební konstrukce.

V bytě

Snížením napětí na 220 V se případné potíže sníží, ale zcela neodstraní. Je třeba vzít v úvahu zvýšenou energetickou náročnost moderního bytu. Varné desky, trouby a klimatizace pracují s vysokými proudy. Celkový výkon nového zařízení je desítky kW. Další problémy jsou způsobeny četností zapínání a reaktivní povahou zátěží.

Pro vaši informaci. Jasným příkladem jsou LED diody pracující v rozpojeném obvodu, umístěné vedle vodičů zdroje 220V.

Pomocí tohoto schématu můžete vytvořit zařízení pro odstranění rušení z LED

V elektrickém zapojení

Dalším typickým případem je přerušení (odpojení) nulového vodiče. Pokud používáte multimetr podle standardních metod měření, je snadné detekovat přítomnost dvou fází ve vývodu. Je jasné, že v běžné domácí síti 220 V to není možné. Druhé napětí bude indukovat elektromagnetické záření v odpojeném vodiči. Pro obnovení normálního stavu systému stačí obnovit poškozený proudový obvod.

Jaké je nebezpečí tohoto jevu?

V odpojených částech sítí se vyskytují proměnlivé a statické potenciály, které jsou pro uživatele překvapením. Tyto interference narušují normální provoz RCD a AV. Když je obvod uzavřen v lidském těle, automatika rychle reaguje v normálním režimu. Indukované napětí však vzniká v oblastech, které nejsou nijak chráněny.

Teoretické výpočty hodnoty potenciálového rozdílu

V obsahu učebnice fyziky najdete potřebné vzorce:

• EMF ve vodiči = M (indukční koeficient, referenční hodnota) * L (délka paralelního uspořádání vodičů) * I (proud v obvodu působící negativně);
• Rozdíl potenciálů = EMF/2 + EMF * X (vzdálenost od bodu měření k zemi) * L.

Bezpečnostní opatření při práci na vedení s indukovaným napětím

Následující obrázek ukazuje, jak změna bodu připojení země snižuje indukovaný potenciál na nulu.

Tento diagram ukazuje potenciální problémy pro více posádek vykonávajících přidělené úkoly na stejné lince EP. I když existuje připojená zem, v bezpečném úseku trasy bude fungovat pouze jedna z nich. Tento příklad vysvětluje potřebu několika ochranných zařízení. Body připojení se vybírají podle speciálního schématu vytvořeného na základě měření a výpočtů.

Indukce napětí na domácích elektrických vedeních

V tomto případě je řešení problému zjednodušeno snížením napětí v síti. Škodu však může způsobit i několik desítek voltů. Pro odstranění škodlivých jevů se schéma uzemnění mění podle výše popsané metody. V některých situacích lze problém vyřešit změnou tras elektrického vedení.

Základy zabezpečení

Typická opatření, která zvyšují úroveň bezpečnosti:

• používání gumových rohoží a jiných ochranných prostředků;
• vyrovnávání potenciálních rozdílů s kontrolou stavu pracovišť;
• instalace dodatečné zemnící smyčky.

Při absenci dostatečných zkušeností se obracejí na specialisty o pomoc s řešením problémů.