Indukované napětí: Definice, měření, ochrana

Elektrické opravy jak na vysokonapěťových přenosových vedeních, tak uvnitř bytu mají zvýšené nebezpečí kvůli řadě faktorů. Nejnebezpečnější a nejběžnější je hrozba úrazu elektrickým proudem. Jeho příčinou může být indukované napětí, jev nebezpečný pro lidské zdraví kvůli své skryté povaze. Chcete-li se před ním chránit, musíte pochopit podstatu tohoto jevu.

Povaha tohoto jevu

Výskyt vedlejšího nebo indukovaného napětí ve vodiči probíhá podle stejného principu jako napětí v sekundárním vinutí transformátoru. Podstata jevu je následující:

1. když se elektrický proud pohybuje kolem vodiče, vzniká magnetické pole;
2. změna síly proudu a jeho směru způsobí změnu magnetického pole;
3. měnící se magnetické pole se odděluje na rozdíl od nábojů, což vede ke vzniku rozdílu potenciálů, to znamená k napětí.

Aniž bychom zacházeli do fyzických detailů, snímací napětí je výskyt rozdílu potenciálu v kovovém vodiči, který není připojen ke zdroji elektrického proudu, pod vlivem elektrického proudu v jiném vodiči umístěném vedle něj. Čím blíže jsou vodiče k sobě a čím větší je rozdíl potenciálů ve vodiči připojeném k síti, tím větší je napětí na izolovaném vodiči.

Účinek indukovaného elektrického proudu má dvě složky: elektromagnetické a elektrostatické. První nepředstavuje hrozbu pro lidský život, ale může ovlivnit výkon některých nástrojů a zařízení. Druhý je pro člověka nebezpečnější při napětí nad 25 V, jsou přijata další bezpečnostní opatření.

Nebezpečí a ochranná opatření

Předpokládá se, že potenciální rozdíl od rušení je nebezpečnější než normálně. Standardní ochranná zařízení nejsou navržena tak, aby tomu čelila. Při práci na vysokonapěťových elektrických vedeních může na odpojeném vedení dojít k rozdílu potenciálů několika kilovoltů. Provádění prací z věží nebo obsluhy jeřábů v blízkosti elektrického vedení se provádí s povolením a za použití dodatečných ochranných opatření, protože na kovové části zařízení a strojů může dojít k rozdílu potenciálu. Mohlo by dojít k úrazu elektrickým proudem a poškození zařízení.

Potřebná bezpečnostní opatření jsou uvedena v bezpečnostních předpisech při provádění příslušných prací. Nejjednodušší a nejúčinnější je odpojené zemnící zařízení vedení. Kvůli spolehlivosti má zemnící smyčka dvě linky, které se navzájem duplikují. Pokud je jeden náhodně rozbit, bude uzemnění provedeno přes druhý. Dlouhá vedení jsou rozdělena do samostatných sekcí, které jsou samostatně uzemněny.

Při provádění měření byste měli pamatovat na bezpečnostní opatření a osobní ochranné prostředky. Měřicí obvod je předem sestaven a poté připojen k vodičům pod skutečným napětím nebo předpokládaným indukovaným napětím.

Požadavky na TB:

1. na ruce si nasadíte dielektrické rukavice;
2. na nohou – gumáky, které byly testovány a mají příslušnou visačku;
3. Oblečení musí být suché a veškeré práce nesmí být prováděny za deště.

Všechny připojovací vodiče musí mít správnou izolaci dimenzovanou na rozdíl potenciálů minimálně 1 kV. Pokud je nutné změnit meze stupnice měřicího zařízení, odpojte celý měřicí obvod od venkovního vedení.

Přeslechy v domácí síti

V bytě, soukromém domě nebo kancelářských prostorách se můžete setkat i s fenoménem snímání napětí. Vodiče s napájecím zdrojem 220 V mají obvykle dvě jádra: fáze a nula. Když se nulový vodič zlomí, objeví se v něm malý potenciálový rozdíl. Pokud hledáte fázi v zásuvce s přerušenou „nulou“ pomocí indikátoru napětí, měřicí zařízení ji zobrazí na dvou kontaktech najednou, ale ve skutečnosti je fáze pouze na jednom kontaktu, snímací napětí je na druhém .

Tato situace může být zavádějící při provádění elektrických oprav v bytě. Po odstranění přerušení nulového vodiče se vše vrátí do normálu – fáze je jedna a tam, kde má být.

Dalším projevem indukovaného napětí je toto je mírné svícení LED žárovek, když jsou vypnuté. LED diody jsou citlivé na malá napětí. Když dojde k přeslechu, dojde k rozdílu potenciálu pouze několika voltů, ale to stačí k vyzařování světelného toku s nízkou intenzitou z LED, který je viditelný pouze ve tmě.

Další ochranná opatření v každodenním životě proti rušení nejsou nutná, protože potenciální rozdíl několika voltů nepředstavuje hrozbu pro lidské zdraví. Konvenční jističe a zařízení na zbytkový proud jsou docela schopné vypořádat se s potenciálními elektrickými riziky. Stačí si pamatovat na možnost nesprávné identifikace fázového vodiče, pokud je nulový vodič přerušen.

Jurij Tselebrovský, doktor technických věd, profesor Novosibirské státní technické univerzity

V loňském roce („Novinky z elektrotechniky“ č. 3(51), č. 4(52) 2008) [1, 2] jsme zahájili sérii publikací Jurije Viktoroviče Celebrovského věnovaných provádění oprav a údržby venkovních vedení. pod indukovaným napětím.
V předchozích materiálech byly nastíněny hranice možných nebezpečných situací při práci na venkovním vedení pod indukovaným napětím. Dnes autor podrobně zkoumá případy, které jsou v takových situacích možné.

• přímý kontakt s fázovým vodičem nebo kabelem s jakoukoli částí těla;
• použití a odstranění přenosného uzemnění v rozporu se zavedeným řádem (odpojení od „země“ při zachování kontaktu s vodičem, což je zvláště pravděpodobné při odstranění dvou paralelních přenosných uzemnění nebo při volném zajištění „zemního“ kontaktu);
• připojení přenosného uzemnění k zapuštěným dílům a kovovým příčníkům železobetonových podpěr, které nesmí být uzemněny;
• připojení přenosného uzemnění k neuzemněným nebo špatně uzemněným částem zvedacího mechanismu (teleskopická věž);
• dotyku neuzemněného drátu při odstraňování (řezání) kabelů na kotevních podpěrách, což je předepsáno článkem 4.15.54 POT R M [4] (podle našeho názoru je tento požadavek zbytečný a zvyšuje pravděpodobnost zranění při práci na venkovním vedení [2] );
• při výměně drátu na venkovním vedení, zejména v rozporu s ustanovením 4.15.49 POT R M, kdy je odstraněno uzemnění na kotevní podpěře, ze které začíná přenos drátu z odvíjecích válečků na nosné svorky, a uzemnění není instalováno na podpěře, kde se provádí přenos (předpokládáme, že odstranění uzemnění na podpěře kotvy situaci výrazně zhoršuje);
• při jakékoli práci na neuzemněném konci bleskového kabelu.

• podpěry a základy nadzemního vedení;
• Zvedací mechanismy;
• pažící mechanismy a zařízení.

kde I je indukovaný proud tekoucí ze zemnící elektrody, A;
r – odpor půdy, Ohm m;
l – hloubka ponoru zemní elektrody, m;
r je vzdálenost od zemnící elektrody k místu, kde osoba stojí (obvykle r = 1 m);
d – průměr zemnící elektrody, m.
Výpočet pomocí tohoto výrazu pro zeminu s měrným odporem 100 Ohm m dává následující hodnoty:
– očekávané kontaktní napětí na železobetonové podpěře s hloubkou ponoru 3 m:

– očekávané dotykové napětí na mechanismus uzemněný na kolíku s hloubkou ponoření 0,5 m:

Vidíme, že uzemnění na kolíku zvyšuje dotykové napětí více než 10krát.
Pojďme si tyto výsledky zhodnotit. Pokud je odpojené vedení na koncích uzemněno, pak rozdíl v proudech indukovaných v obvodech sousedících se zemí protéká uzemněním na pracovišti. Na Obr. 3, uvedeném v předchozím článku [2], je ukázáno, že při zatížení ovlivňujícího vzdušného vedení 300 A a paralelní délce s odpojeným venkovním vedením 150 km bylo napětí na zemnícím zařízení podpěry 0,87. V. To znamená, že očekávané dotykové napětí k podpěře venkovního vedení bude ve většině případů za normálních podmínek ovlivňující venkovní vedení menší než 2 V, to znamená, že bude nepostřehnutelné.
Při zkratu, kdy se proud zvýší 100x, nepřekročí dotykové napětí k podpěře venkovního vedení 200 V. Vybraný příklad železobetonové jednosloupové podpěry venkovního vedení je nejtěžší případ. Dotyková napětí na kovových podpěrách na 4 základech a na podpěrách s více sloupky budou nižší. Uzemnění venkovního vedení na koncích a na pracovišti tak zcela zajišťuje elektrickou bezpečnost.
Složitějším případem je uzemnění strojů a mechanismů na kolík s hloubkou ponoru 0,5 m Zvětšením čísel předchozího příkladu 10x vidíme, že při běžném provozu ovlivňujícího venkovního vedení mohou dosahovat dotyková napětí. hranice křečovitého stahu svalu – 20 V, nebo minimální přípustné dotykové napětí pro dlouhodobý nouzový provoz elektroinstalace (například neodpojitelný jednofázový zemní zkrat). Při zkratu v napájecí síti bude dotykové napětí 1–2 kV, což je smrtící.
Skutečná nebezpečí lze posoudit přímým měřením v normálním režimu s následným přepočtem na maximální proudy v normálním a nouzovém režimu.

POŽADOVANÁ MĚŘENÍ

• měření napětí na vodiči odpojeného venkovního vedení s uzemněnou a neuzemněnou polohou vodiče v místě měření;
• měření indukovaného proudu tekoucího do země v místě uzemnění;
• měření napětí na uzemňovacím zařízení podpěry nadzemního vedení při uzemnění vodiče k podpěře;
• měření dotykových napětí na podpěrách, zvedacích a odvíjecích mechanismech.

Měření napětí na vodiči

Jak bylo vidět z [2], napětí na vodiči odpojeného vedení pod indukovaným napětím může dosahovat stovek i tisíců voltů a v případě zkratu v síti až desítek tisíc voltů. Měření takových napětí je možné pomocí dělicí tyče (foto 1), schematicky znázorněné na Obr. 1.
Aktivní odporový blok je trubice ze skleněných vláken s odpory umístěnými uvnitř trubice, zapojená do série a vyplněná epoxidovou směsí. Celkový odpor horního ramene děliče je 9570 kOhm, spodního ramene 330 kOhm. Horní rameno je připojeno k drátu, na kterém se měří napětí pomocí pružinové svorky. Blok aktivního odporu je připevněn k izolační tyči s ochranným kroužkem. Před zahájením práce s děličem je spodní konec bloku aktivního odporu uzemněn pomocí ohebného vodiče opatřeného svorkou pro připojení k uzemněné konstrukci. Měřicí tyčový dělič je určen pro práci při napětí do 10 kV a zkoušen při napětí 48 kV.
Obvod pro měření indukovaného napětí pomocí děliče je na Obr. 2. Před zahájením měření je spodní konec bloku odporového děliče připojen k podpěře nebo k přenosné zemi (PP) instalované mezi podpěrou a vodičem, na kterém je třeba měřit indukované napětí (fázový vodič nebo kabel ochrany před bleskem ). Na spodní rameno děliče je připojen voltmetr. Pro měření je dělič připojen k fázovému vodiči nebo kabelu pomocí izolační tyče. Přenosné uzemnění je odstraněno z vodiče. Voltmetrem se měří napětí spodního ramene, které se následně vynásobí koeficientem děliče.
Pokud výsledné napětí nepřesáhne 25 V, lze jej pro zlepšení přesnosti měření změřit přímo voltmetrem. K tomu se opět aplikuje přenosné uzemnění, voltmetr se odpojí od spodního ramene děliče a nastaví se na něm požadovaný limit měření. Voltmetr je pak připojen k drátu a přenosné zemi. Uzemnění je odstraněno a napětí je přečteno.

Měření indukovaného proudu

Indukovaný proud tekoucí do země z uzemněného vodiče přes podpěru (nebo zvedací, odvíjecí mechanismy) se měří pomocí proudových kleští používaných v elektrických instalacích s napětím 10 kV. Kleště s izolačními rukojeťmi zakrývají sestup přenosného uzemnění instalovaného na drátu. Hodnoty Imeas se odečítají z klešťového měřiče. Proud tekoucí z uzemnění podpěry při běžném provozu venkovního vedení je nutný k odhadu napětí na uzemňovacím zařízení podpěry U._{zu kz} při zkratu v ovlivňující síti proudem I_zkrat. Toto napětí je určeno vzorcem:

kde ty_zu – napětí na uzemňovacím zařízení, měřeno v normálním síťovém režimu.

Měření napětí na uzemňovacím zařízení

Napětí se měří buď na uzemňovacím zařízení podpěry, ke které je vodič uzemněn (foto 2), nebo na uzemňovacím zařízení zvedacího mechanismu při provozu ve středu rozpětí. Měření napětí se provádí podle obvodu znázorněného na obr. 3.
Další informace lze získat měřením zemního odporu podpěry. Odpor uzemnění se měří s přenosným uzemněním odstraněným z vodičů pomocí měřiče odporu uzemnění podle schématu na Obr. 4. Vzdálenost LTE musí být minimálně 4–5 vodorovných rozměrů základové části podpěry. Doporučuje se, aby se rovnala 50 m a u portálových podpěr a podpěr s kotevními dráty ji v případě potřeby zvětšete.
Aktuální I_ism, tekoucí z podpěry do země, když je drát nebo kabel uzemněn k podpěře, je určen výrazem:

kde ty_zu – napětí měřeno podle schématu na Obr. 3;
R_zu – odpor měřený podle schématu na Obr. 4.
Takto vypočítaný proud se porovná s hodnotou naměřenou proudovou kleští. Metoda pro stanovení proudu přes napětí a zemnící odpor je nezbytná zejména tam, kde je proud malý a nelze jej dobře měřit proudovými kleštěmi.

Měření dotykových napětí

Měření dotykového napětí U_пр k podpěrným, zvedacím nebo odvíjecím mechanismům se provádějí podle schématu na Obr. 3. Jediný rozdíl od měření napětí na uzemňovacím zařízení je ve vzdálenosti k potenciální elektrodě L_PE se bere rovna 1 m Pro posouzení případných dotykových napětí při zkratu v ovlivňujícím venkovním vedení – U_{pr kz} naměřená hodnota dotykového napětí U_пр lze přepočítat s ohledem na naměřený proud I_ism a jmenovitým zkratovým proudem – I_zkrat:

vždy provádět tým provádějící práce na venkovním vedení pod indukovaným napětím.
Pomocí této metody byla provedena hromadná měření indukovaných napětí v elektrických sítích 110–1150 kV v severním Kazachstánu. V tabulce Obrázek 1 ukazuje napětí indukovaná na odpojeném a neuzemněném venkovním vedení a také napětí během uzemnění v jednom bodě (v místě měření) při různých odporech uzemnění.
V případě úplného odpojení venkovního vedení obsahuje indukované napětí kapacitní a indukční složky. Při uzemnění v jednom bodě kapacitní složka zmizí; Napětí na zemnící elektrodě je určeno uzemňovacím odporem a kapacitním proudem zemnicí elektrodou. Vidíte, že v normálním režimu ovlivňujících venkovních vedení je toto napětí voltů a při zkratu může na uvažovaných venkovních vedeních dosáhnout stovek voltů.
Na rozdíl od venkovního vedení uzemněného na koncích má vedení uzemněné na koncích výrazně nižší indukovaná napětí (tabulka 1). Ve všech případech je indukované napětí v místě měření voltů.
Zde je třeba věnovat pozornost skutečnosti, že k podpůrnému uzemňovacímu spínači je připojen systém „kabelové podpory“, který poskytuje zemnící odpor v případě venkovního vedení Yesil – Chelgashi – 0,9 Ohm (5. podpora v blízkosti rozvodny Yesil) a v případě trolejového vedení Sokol – Zarechnaja – 2,3 Ohm (117. podpora, vzdálená od rozvodny). Pokud se tento odpor zvýší o 5 ohmů, pak se napětí na nabíječce v uzemňovacím bodě mírně zvýší. V případě výrazného zvýšení odporu uzemnění (v experimentech při 100 Ohmech) se napětí na nabíječce rovná napětí neuzemněného vodiče. Tento experimentální fakt ukazuje na marnost uzemňovacích mechanismů umístěných uprostřed rozpětí na kolíku s hloubkou ponoření 0,5 m. Odpor takového kolíku je R_Ks určeno pomocí odporu půdy r jako R_Ks = 1,3 r. Vidíme, že v půdách s měrným odporem 70 Ohm m dosahuje hodnota odporu uzemnění 100 Ohmů, takže uzemnění ke kolíku je zbytečné.
Pokračujme v úvahách o experimentálních datech. Na Obr. Obrázek 5 ukazuje oscilogramy indukovaného napětí na venkovním vedení „Esil – Chelgashi“ během procesu uzemnění vedení na koncích.
Začátek oscilogramu odráží indukované napětí neuzemněného venkovního vedení, obsahujícího kapacitní a indukční složky. Při uzemnění rozvodny Chelgashi klesne indukované napětí z 250 V (dále – efektivní hodnoty) na 100–120 V. Navíc, protože induktivní složka narůstá a kapacitní složka mizí, stává se indukované napětí nestabilnější v závislosti na proudu. v ovlivňujícím VL. Když je druhý, blízký konec uzemněn, napětí klesne na několik voltů. Přechodné procesy před tím zjevně odrážejí nerovnoměrné zapínání zemnících lopatek v rozvodně Yesil.

UKAZATELE NAPĚTÍ A PROUDŮ

1. Indukovaná napětí na neuzemněném venkovním vedení ve většině případů přesahují 1 kV (v jednom případě napětí přesáhlo 10 kV). Práce na neuzemněném venkovním vedení pod indukovaným napětím by měly být kvalifikovány jako práce v elektrické instalaci s napětím nad 1 kV, prováděné bez odstranění napětí na živých částech nebo v jejich blízkosti.
2. Při uzemnění venkovního vedení v jednom bodě (konce venkovního vedení jsou odpojeny) se napětí na vodiči blíží přípustné hranici 20 V (přípustné dotykové napětí při dlouhodobé expozici, GOST 12.1.038-82). Při zkratu v ovlivňující síti se toto napětí zvýší na desítky kilovoltů a dotykové napětí na podložce překročí 500 V – přípustný limit pro dobu expozice 0,1 s. Práce na venkovních vedeních odpojených na koncích a na úsecích venkovních vedení s odstraněnými kabely představuje reálné nebezpečí a porušuje požadavky na bezpečnou práci.
3. Při uzemnění trolejového vedení na koncích a v místě práce je napětí na uzemněném vodiči pod hranicí 20 V a napětí dotyku podpěry nepřesahuje mez pocitu – 2 V. Mohou vzniknout velká napětí pokud je podpěra nebo mechanismus špatně uzemněn uprostřed rozpětí. Proto jsou opatření, která nejlépe zajišťují bezpečnost, (v pořadí podle priority):
   a) Snížení odporu uzemnění uzemněním kabelu k podpěře na obou stranách;
   b) Uzemnění mechanismu k podpěře nebo dvěma podpěrám rozpětí položením zemnících vodičů od mechanismu k podpěře (podpěrám);
   c) V případě potřeby (pokud předchozí opatření nesnížila dotykové napětí na 2 V) položte kolem mechanismu zemnící smyčku uzemněnou v rozích na kolících s hloubkou ponoření 0,5. 1,0 m.
4. O dostatečnosti opatření uvedených v odstavci 3 svědčí i údaje o zemním odporu a proudech tekoucích do země při uzemnění venkovního vedení na koncích a v místě měření. Proudy jsou řádově 1 A (s ovlivňujícími proudy 100. 300 A), proto při zkratech proudy tekoucí z podpěry nepřekročí 500 A. Takový proud krátkodobě odolá zemnící vodič z mědi o průřezu 25 mm 2 za předpokladu spolehlivého kontaktu s vodičem . Průměrný zemní odpor je také 1 ohm. Kromě toho, pokud je kabel ochrany před bleskem uzemněn k podpěře, je zpravidla odpor uzemnění zlomky Ohmu (počínaje 0,15 Ohm). Když je kabel neuzemněný, odpor uzemnění je několik ohmů, což je nežádoucí.

REFERENCE

1. Tselebrovský Yu.V. O bezpečnosti práce na venkovním vedení pod indukovaným napětím. Definice a rozpory regulačních dokumentů // Elektrotechnické novinky. 2008. č. 3(51).
2. Tselebrovský Yu.V. O bezpečnosti práce na venkovním vedení pod indukovaným napětím. Analýza technických událostí // Elektrotechnické novinky. 2008. č. 4(52).
3. GOST 12.1.038-82. Elektrická bezpečnost. Maximální přípustné hodnoty dotykových napětí a proudů = Elektrická bezpečnost.