Наведенное напряжение и опасность его воздействия на работников

Природа явления

Суть наведённого напряжения в том, что в обесточенном проводнике, который находится рядом с источником электромагнитного поля, возникает опасный потенциал. Источником излучения может стать находящаяся рядом с обесточенным проводом линия ВЛ или другое оборудование, создающее такое поле.

Наиболее ярким примером будет рассмотрение наведённого напряжения на ВЛ (воздушной линии электропередачи). При отключении одного провода от источника тока рядом находящийся провод электропередачи имеет электромагнитное поле, которое, в свою очередь, создаёт потенциал в обесточенном проводнике. Этот потенциал вполне может принимать опасные для здоровья и жизни значения, особенно при расположении рядом мощного источника магнитного поля.

Значение потенциала зависит лишь от рабочего напряжения, токов нагрузки и общего расположения относительно друг друга. Потенциал условно представлен суммой электромагнитной и электростатической частей:

Электростатическая составляющая наведённого потенциала обусловлена воздействием на проводник электрического поля рядом расположенного источника, в нашем случае это оставшийся в работе провод. Номинальное значение этого параметра зависит только от электрического потенциала влияющей ВЛ, это значение постоянно наводится действующим рядом источником поля. Наводка осуществляется на всем протяжении отключённого от источника тока проводника. Для снижения её до безопасного уровня достаточно заземлить её на любом участке сети;
Электромагнитная часть, она появляется от воздействия магнитных полей, которые создают токи фазных проводов. Отсюда её нестабильность, особенностью проявления этой составляющей служит то, что её значение неизменно на всем протяжении участка сети и не зависит от заземления или изоляции провода от земли. Наводка в этом случае не зависит от включённой линии, а только от параметров магнитного поля и отдаления. При изменении расположения или числе точек заземления на ВЛ меняется лишь расположение точки нулевого потенциала. Само же наведённое напряжение остаётся прежним.

Пикового значения электромагнитная часть достигает на концах взаимного влияния линий, на нашем примере это расположение отключённых линейных разъединителей. В этих точках и измеряется его значение. Стоит отметить, что даже в процессе определения значения обязательно заземление обоих концов ВЛ. Класс оборудования, применяемого для измерения значений и параметров тока, подбирается, исходя из расчётных параметров потенциала, чаще всего используются приборы с пределом измерения не менее 0,5-1 кВ.

В процессе измерения потенциала обязательно соблюдение правил техники безопасности, ввиду того что вольтаж может иметь значение намного выше расчётного. Нарушение правил техники безопасности чревато электротравмой или ожогами.

Понятно, что электростатическую составляющую можно легко исключить и тем самым обеспечить безопасность работы по обслуживанию или ремонту отключённого провода. Но с электромагнитной частью потенциала справиться не так легко. Одним из вариантов борьбы с ним служит процесс разделения линии на отдельные участки, электрически не связанные между собой, либо работы под воздействием напряжения. Согласно нормам ПУЭ, номинальное значение до 25В считается формально неопасным и позволяет проводить работу при строгом следовании правилам техники безопасности .

Тем не менее, на сегодняшний день существует мнение, что требования Правил охраны труда на электрообъектах несколько устарели. Ряд специалистов считает, что заземление воздушной линии электропередачи в одной точке и такелажная схема не обеспечивают безопасность монтажников. По этой причине требуются другие способы обеспечения защиты ремонтных бригад при работе.

Важно! Нужно отметить, что несмотря на приведённый пример, источником наводки тока может служить не только рядом расположенная ВЛ, это просто наиболее яркий случай возникновения этого потенциала. Наведённые токи могут возникнуть в любом проводнике при наличии рядом работающего оборудования, создающего электромагнитное поле, в том числе генератора или трансформатора

Работа на ВЛ

Наводка в бытовой сети

В квартире, частном доме или офисном помещении тоже можно встретить явление наводки напряжения. Обычно провода с питанием 220 V имеют две жилы: фазу и ноль. При обрыве нулевого провода в нем появляется небольшая разность потенциалов. Если в розетке с обрывом «ноля» искать фазу индикатором напряжения, то измерительный прибор покажет ее сразу на двух контактах, а на самом деле фаза только на одном контакте, на другом — напряжение наводки.

Еще одно проявление наведенного напряжения — это легкое свечение светодиодных ламп в выключенном состоянии. Светодиоды чувствительны к небольшому по величине напряжению. При наводке возникает разница потенциалов всего в несколько вольт, но этого достаточно для испускания небольшого по интенсивности светового потока светодиодами, видимого лишь в темноте.

Дополнительных мер защиты в быту от действия наводки не требуется, так как разница потенциалов в несколько вольт не составляет угрозы для здоровья человека. Обычные автоматические выключатели и устройства защитного отключения вполне справляются с потенциальной угрозой от электрического тока. Достаточно помнить о возможности неправильного определения фазного провода при обрыве нулевого.

Определение наведенного напряжения

Официальная терминология наведённым напряжением называет потенциал, опасный для жизни, возникающий в результате электромагнитных воздействий параллельной воздушной линии или электричества циркулирующего в контактных сетях. Этот потенциал является паразитным, порождённым влиянием функционирующей параллельной линией электрической сети и прямо не относится к транспортируемому току. Отсюда и название – наведённое напряжение.

В чем опасность явления?

Наличие в проводах потенциала, наведённого переменным током или статическим электричеством часто невозможно предсказать. В этом кроется главная опасность наводки. На наведённое напряжение не реагируют штатные защитные приборы. На электромеханика, попавшего под действие наводки, будет действовать ток, пока он самостоятельно, либо с помощью напарника не высвободит руку или другую часть тела, соприкоснувшуюся с оголенным проводом.

Если в результате короткого замыкания на ВЛ произойдёт срабатывание защиты, отключающее рабочее напряжение, провода могут оказаться под наведённым током. Опасность также возникает при появлении грозовых разрядов, в т. ч. и междуоблачных.

Опасность обусловлена поведением наведённого тока. Дело в том, что источником тока является наводка от соседних ВЛ, распространяющаяся по всей длине провода не одинаково. Поэтому поведение таких токов отличается от привычного для нас рабочего электричества.

Наличие штатного линейного заземления не гарантируют безопасности, а наоборот, сопутствует появлению электрического тока в отсоединённых проводах. Как видно на рисунке 1, максимальный ток находится в точках заземления, то есть на заземляющих ножах.

Рис. 1. Значение напряжений между заземляющими ножами

В некоторых случаях целесообразно отключить заземления ВЛ, а для защиты использовать переносные заземления, которые устанавливают с каждой стороны от места повреждения, как можно ближе к точке проведения работ.

Остаточное явление в действии

Когда генератор описываемого устройства вырабатывает напряжение, поступающее впоследствии в измеряемую сеть, образуется разность потенциалов между контуром заземления и проводом. Впоследствии создается емкость, в которой присутствует определенный заряд.

При отключении измеряющего провода имеющаяся в мегаомметре цепь разрывается. Но частичному сохранению подлежит потенциал из-за появления емкостного заряда в шине, проводе. Контакт человека с подобным участком приведет к электротравме токовым зарядом, который пройдет через тело. Избежать такой опасности поможет переносное заземление с обязательной изоляцией его рукоятки для безопасного устранения емкостного напряжения.

Прежде чем включать мегаомметр для работы, следует убедиться в отсутствии в проверяемой схеме напряжения остаточного заряда. В этом случае рекомендуется воспользоваться вольтметром, специальными индикаторами, подающими необходимый сигнал. Описываемый прибор дает возможность выполнять ряд процедур, в частности это:

проверка изоляции десятижильного кабеля по отношению к земле;
проведение необходимых замеров в каждой жиле относительно друг друга;
определение качества изоляции между жильными проходами.

В любом случае обязательно должно использоваться переносное заземление. Для обеспечения правильной и безопасной работы предварительно заземляющий проводник замыкается с контуром на грунте. В таком состоянии он находится до завершения всех мероприятий. Другим концом проводник соединяется с изоляционной штангой, с помощью которой и обеспечивается заземление для последующего устранения остаточного заряда.

Как защититься, меры безопасности

Из сказанного видно, что наведенное напряжение несет большие риски, что требует ответственности реализации мероприятий по защите людей от попадания в опасную зону.

Организационные меры безопасности:

Работники, выполняющие работы в области наводки, должны иметь 3-ю группу по электробезопасности, а руководитель работ — 4-ю.
Наличие опыта работ по ремонту и обслуживанию силовых линий, а также элементов молниезащиты.
Организация параметра безопасности возле рабочего места, выполнение мероприятий, указанных в заявке и наряде-допуске.
Нулевой провод в измеряемой группе считается таковым, что находится под U.
Начало и завершение работ оформляется в письменном виде. Как правило, заполняется журнал допуска с подписью работников, заполняется наряд-допуск.

ПОПУЛЯРНОЕ У ЧИТАТЕЛЕЙ: Подключение проходного выключателя, схемы, особенности монтажа, защита

Измерения и работы нельзя проводить в условиях сильного тумана или ветра, осадков или плохой видимости. Если в процессе измерений работник выявляет поврежденный элемент ВЛ или КЛ, работы останавливаются до устранения неполадки.

При работе на линиях с наводкой необходимо учесть следующие нюансы:

Заземление должно находиться в зоне видимости рабочего места.
При наличии только статического напряжения достаточно одного заземления, но для надежности лучше установить заземлитель в двух местах. Если одно из устройств выйдет из строя, второе подстрахует.
В случае с электромагнитной проводкой принимаются более серьезные меры безопасности. В этом случае заземление ставится непосредственно на рабочем месте. В этом случае наведенный потенциал в месте выполнения работ будет равен нулю.

Заземление — надежный способ защититься от наведенного напряжения. Но даже в этом случае отключенная линия будет находиться под негативным воздействием.

Для работы можно выбрать один из вариантов:

Отключение электроустановок, которые находятся параллельно к рабочей линии. В таком случае ремонтные работы должны выполняться как можно быстрее, чтобы исключить простой потребителей без электричества или длительное снижение надежности сети.
Разделение ремонтируемой линии на несколько участков, которые не имеют электрической связи. Здесь работает принцип, который упоминался выше. Речь идет о том, что величина наводки напрямую зависит от длины участка.
Работы под напряжением или с его отключением, но с применением специальных средств персональной защиты. В таком случае действия работника несколько скованы, но зато удается избежать отключения или снижения надежности сети.

Для обеспечения личной безопасности применяются следующие изделия:

Сигнализаторы напряжения — показывают факт наличия U или наводки.
Применение защитной одежды и ковриков на диэлектрической основе во избежание прохождения тока через организм человека.
Использование указателей напряжения, а также электроизолирующих штанг для проверки уровня наведенного U.
Работа в ботах и изолирующих перчатках.

При использовании измерительных устройств и СИЗ необходимо ориентироваться на класс U, для которого они предусмотрены.

Причины возникновения

Подробное изучение отмеченных процессов позволяет не только дать наведенному напряжению определение. Необходимо выяснить, как избавиться от потенциальных опасностей. Тщательная проверка с использованием конкретных примеров поможет создать надежную защиту.

На воздушной линии (ВЛ)

Напряжение прикосновения

В таких объектах рассматриваемые процессы проявляются с особенной силой. Существенное негативное влияние оказывают высоковольтные характеристики цепей. Также следует отметить сравнительную близость проводов. Увеличение расстояния существенно усложняет конструкцию, что сопровождается дополнительными инвестиционными расходами. Наведенный в обесточенном участке линии потенциал способен повыситься до чрезвычайно опасного уровня.

Большая наводка в электрике способна создать значительные проблемы. Ее значение зависит от следующих параметров:

напряжения в рабочей части сетей;
силы тока (подключенной нагрузки);
взаимного расположения проводников;
уровня влажности, загрязненности, других факторов изменения проводимости промежуточной среды.

Общий потенциал можно разделить на две части. Статическую – создает электрическое поле ближайшего провода. Наведенное напряжение формируется на всем участке соседнего проводника, это – не обязательно часть линии. Аналогичные явления можно фиксировать измерительными приборами в опорных мачтах, крепежных и других элементах с проводящими свойствами. Действенная мера безопасности в этом случае – заземлять определенные части конструкции.

Другая составляющая образуется переменным электромагнитным полем около фазных проводов. Главная неприятность – отсутствие простых решений в области электробезопасности. В этой ситуации не поможет даже эффективное заземление. Бесполезна качественная изоляция, которая не способна блокировать проникновение электромагнитных волн. Потенциал в определенной точке зависит от силовых параметров поля и расстояния до источника сигнала.

В электроустановках

В локальных сетях наблюдаются аналогичные негативные явления. Максимальные уровни напряжения – в коммутаторах отключенных линий. Наведенные токи могут образоваться в трансформаторе, корпусе, механическом приводе электроустановки. Как и в рассмотренных выше примерах, наибольшие затруднения возникают при поиске эффективных методов борьбы с переменной составляющей.

К сведению. Источниками опасности могут стать металлический потолок, пол, иной функциональный или декоративный элемент строительной конструкции.

В квартире

Уменьшение напряжения до 220 V снижает, но не устраняет полностью возможные неприятности. Следует учесть повышенное энергопотребление современной квартиры. Варочные панели, духовые шкафы и кондиционеры работают с использованием сильных токов. Суммарная мощность новой техники составляет десятки кВт. Дополнительные проблемы создают периодичность включения и реактивный характер нагрузок.

К сведению. Наглядный пример – функционирующие в отключенной цепи светодиоды, расположенные рядом с проводами сети питания 220V.

В электропроводке

Следующий типичный случай – обрыв (отсоединение) нулевого провода. Если использовать мультиметр по стандартной методике измерений, несложно обнаружить наличие в розетке двух фаз. Понятно, что такое невозможно в стандартной бытовой сети 220 V. Второе напряжение будет наводить электромагнитное излучение в отключенном проводнике. Для восстановления нормального состояния системы достаточно восстановить поврежденную цепь прохождения тока.

Схема ЗМН

Система ЗМН, как правило, выполняется при помощи электромагнитных или электронных реле напряжения. Это своеобразный реагирующий орган в цепи.

Релейные контакты соединяют последовательно, чтобы предотвратить сбой при перегорании предохранителей в электрических цепях. На контакты реле подается фаза через вспомогательный контакт от секционного трансформатора или электрической сети.

Дополнительно в состав змн входят реле:

Времени, обеспечивающее последовательность работы в электрической схеме.
Промежуточное, коммутирующее управляющие сигналы.
Указательное, которое сигнализирует о срабатывании защиты.
Минимального напряжения.

Также система защиты на производстве включает линейные контакторы или электромагнитные пускатели.

При понижении показателей до значения 50 процентов от номинального, замыкатель отключается, размыкает, шунтирующий кнопку пуск, контакт, предотвращает самозапуск двигателя, машины.

При такой системе запуск механизмов происходит после нажатия на кнопку, которая замкнет схему.

ЗМН могут работать автономно или совместно с токовыми защитами.

Возникновение шагового напряжения

Почему существует шаговое напряжение. При контакте фазного провода с грунтом начинает течь ток. Согласно справочникам, почва имеет некое определенное сопротивление. Постоянным параметр считать нельзя, многое зависит от влажности. Очевидно, с ростом глубины почва более мокрая, лучше проводит электричество. По указанной причине (никакой другой) стальные колья контура громоотвода вкапываются на некоторое минимальное, заранее высчитанное расстояние.

Меж эпицентром (точкой контакта фазы и почвы), окраиной круга радиусом 20 метров образуется резистивный делитель. Рисунок показывает: напряжение падает нелинейно. Эквипотенциальная поверхность утечки тока близка формой эллипсоиду вращения. Заряды распространяются по трем направлениям. Привыкли видеть на уроках физики иной расклад (вспомним резистивный делитель электрической цепи).

Там ток двигается вдоль провода. Путь одномерный. Отношение потенциалов пропорционально сопротивлениям взятых резисторов. В случае шагового напряжения ток движется в прямоугольных координатах поверхности грунта, уходя одновременно вглубь. Этим объясняется нелинейность зависимости, представленной рисунком: опасность резко падает по мере удаления от центра аварии.

Закономерности свойственны обычной физике: выше сопротивления, меньше ток. Хорошо для поставщиков энергии, авария обходится дешевле

Почувствовавшим опасность важно соотношение сопротивления участка грунта и тела человека. Во влажной почве токи велики, малая часть ответвляется нанести удар

Образуется резистивный делитель, чем человек лучше сопротивляется электричеству, тем меньшим будет урон.

Становится понятно, почему электрики носят специальную обувь с изолирующей подошвой. От переменного тока это неидеальная защита. Напряжение в десятки киловольт пробивает подошвы насквозь, даже если человек стоит на сухом грунте. Разница потенциалов растет, следуя ширине шага. Руководства по технике безопасности единогласно рекомендуют выходить за пределы опасной зоны «гусиной» походкой.

Для каждого отдельного человека нельзя заранее предсказать результат действия шагового напряжения. В конечном итоге, определено индивидуальными физиологическими особенностями (сопротивление тела). Стоит, однако, знать некоторые общие закономерности:

Сопротивление кожи в несколько раз выше внутренних органов. Если эпидермис нездоров, повреждены нижележащие слои, исход столкновения с электричеством неблагоприятный.
Физиологи выделяют следующие наиболее фатальные пути прохождения электрического тока по организму (нужно заметить, сюда входят почти все возможные траектории движения заряда): рука — рука (худший вариант), любая рука — ноги, обе руки — ноги. В этих случаях (по убыванию) значительная часть тока проходит через сердце, чревато летальным исходом. Становится понятно, почему нельзя падать на землю (чтобы руки находились под разным потенциалом).

При отрицательных температурах опасность ниже. Для суглинистых почв, влажности грунта 15 – 20% безопасное расстояние составляет 4 метра. По этой причине вдоль кабельных трасс зимой почву запрещено прогревать. Устанавливаются в каждом случае и другие нормативы. Например: конный транспорт не должен работать ближе 20 метров от огороженной области электроотогрева грунта. Цифра знакомая, фигурировала выше.

Действие

Для того, чтобы предупредить вредное воздействие шагового напряжения, необходимо провести расчет. Он поможет вычислить размер диапазон и его силу.

Фото — Расчет шагового напряжения

Каждый параметр отвечает за определенный показатель, важный при вычислении радиуса. На данной схеме:

IЗ – ток короткого замыкания, измеряется в Амперах;
ρ – удельное сопротивление грунта, Ом*м;
a – расчетная длина шага, м
x – расстояние от места повреждения, измеряется в метрах.

Исходя из графика может быть рассчитана зона шагового напряжения и непосредственно его размер:

UШ = (I3 * ρ * a) / 2 π x (x + a). Измеряется в вольтах.

Конечно, точно определить шаговое предельное напряжение и его радиус очень сложно, т. к. нужно рассчитать примерное сопротивление разных слоев почвы и вывести средний показатель, умноженный на определенный коэффициент. Но такая формула поможет провести прикидочные расчеты и вычислить напряжение, диапазон и прочие параметры.

Благодаря этому расчету можно определить не только пошаговое напряжение, но и шаг сетки, что поможет минимизировать вероятность летального исхода. Считается, что воздействие будет минимальным, если сокращать шаги, но это зависит от частоты полос напряжения. Например, есть схема кривой, которая поможет рассчитать размер шага при аварии.

Фото — Кривая расчета ширины шага

Для того чтобы получить такой график на местности, необходимо измерить вольтаж на разных расстояниях от провода, а после свести данные в одну схему

Обратите внимание на отрезок ОН, на чертеже указано, что его можно разбить на несколько участков, которые по размеру будут соответствовать среднему шагу человека. В таком случае, Вы сможете вывести рабочего из зоны опасности. Если просчитать места образования опасных линий, то при шагах ступни будут находиться в участках разности потенциалов

Также график наглядно демонстрирует, что чем ближе объект (см. человек), находится к эпицентру аварии (оборванному проводу), тем меньшими становятся отрезки и выше напряжение

Если просчитать места образования опасных линий, то при шагах ступни будут находиться в участках разности потенциалов. Также график наглядно демонстрирует, что чем ближе объект (см. человек), находится к эпицентру аварии (оборванному проводу), тем меньшими становятся отрезки и выше напряжение.

Учитывая это, формула будет иметь такой вид:

Uш = Uв — Uг = Uз*B

В данном случае, коэффициент напряжения между человеческими ступнями, также именуемый как коэффициент напряжения шага равняется 1 (по умолчанию). Этот показатель зависит от расстояния до аварии. Например, чем ближе источник напряжения – тем выше коэффициент между ступнями.

На графике 2 демонстрируется, как именно изменяются данные при движении тела в зоне опасности. Особенно высоко влияние тока в грозу или на мокром асфальте. В подобных случаях без специальной экипировки запрещается приближаться к эпицентру ближе, чем на десять метров.

При этом нужно учитывать сторонние факторы, влияющие на проводимость человеческого тела и сопротивление между ступнями. Так, если рабочий в момент падения провода будет в мокрой одежде, обуви или просто вспотеет, то для смертельного удара будет достаточно даже нескольких десятков Вольт, в отличие от значащихся в технике безопасности 220.

Со временем может произойти самостоятельное выравнивание электрического тока, если будет отключен источник. В такой случае, вся энергия просто уйдет в землю, не требуя дополнительных процессов.

Видео: расчет шагового напряжения

Советуем изучить Конденсатор CBB61

Определение наведенного напряжения

В чем опасность явления?

Рис. 1. Значение напряжений между заземляющими ножами

Система АВР

При длительном отсутствии электрического питания срабатывает отключение и на главные электродвигатели. Это необходимо для запуска АВР (автоматика включения резерва), также этого требует технология производства.

При прекращении подачи электропитания на секционный ввод, срабатывает автоматика, включающая резерв, включается секционный выключатель, обеспечивающий подачу питания от резервного источника.

Минимальное время работы АВР зависит от задержки в системе, контролирующей ввод рабочего напряжения, времени срабатывания промежуточных реле, временных интервалов отключения и включения выключателей рабочего, резервного ввода.

Контуры заземления и рекомендации по установке

Четвертое правило, изложенное выше, говорит о том, что одна из причин, по которой возникает посторонний шум в динамиках, является наличие «контуров заземления». Их присутствие в нескольких местах становится причиной генерирования разного напряжения в отдельных частях кузова транспортного средства. Это и приводит к появлению дополнительных шумов.

Корпус автомобиля, по сути, представляет собой большую массу металла, которая используется как «земля» для электроцепей. Его электрическое сопротивление минимально, но оно есть. На работу электрооборудования самого транспорта оно не имеет никакого влияния, чего не скажешь о звуковой системе. Поскольку между точками кузова существуют напряжения разного потенциала, возникают микротоки, к которым весьма чувствительна начинка акустической системы.

Чтобы предотвратить наличие звукового шума, следует воспользоваться такими правилами:

Схема заземления создается так, чтобы все компоненты «массы» сходились в одну точку. Отличным решением является использование минусовой клеммы аккумуляторной батареи или точки на кузове, где присутствует заземление отрицательной клеммы источника питания. При выборе проводки следует делать упор на многожильные качественные провода, при производстве которых используется обескислороженная медь. Место контакта кабеля с корпусом, должно быть зачищено от краски, грязи и ржавчины. Рекомендуется кабель оконцевать опрессовкой или напайкой специального наконечника в виде кольца подходящего диаметра. Создавая разводку заземляющих кабелей и питания, прикупите позолоченные коннекторы и клеммы;

Как только вся проводка будет подключена к магнитоле и двум парам колонок, проверьте её работоспособность. Включите стереосистему, и проведите тест при отсоединенной антенне. В идеале шумов не должно быть;
Далее надо отсоединить заземление стереосистемы от кузова. Если всё сделано правильно, звук пропадет, магнитола отключится. Это прямое свидетельство наличия одной точки заземления и отсутствия контуров. Стопроцентной гарантии отсутствия шума никто не даст, тем не менее, вы обезопасите себя на 90 процентов. Бывает и так, что при установке аудиосистемы нет возможности заземлить все элементы в единой точке. Решением проблемы является подбор еще одной точки для подключения массы. Этот случай эффективен только тогда, когда разница напряжения между базовой и дополнительной точкой заземления не превышает 0.2В. Как вариант, заземление усилителя осуществляют к задней части автомобиля, а эквалайзер, магнитолу и кроссовер – на перегородке кузова между двигателем и салоном.