Наведенное напряжение: причины возникновения и меры защиты

Что это такое?

Под термином «наведенное напряжение» скрывается потенциал, возникающий в зоне электромагнитного воздействия существующих электроустановок или проводников электрического тока.

Такой наводок может возникнуть в районе высоковольтных линий электропередач, высоковольтных электроустановок и даже бытовых сетей. Феномен наведенного напряжения состоит из 2-х составляющих, которые мы и рассмотрим подробнее.

Электростатика

Создание потенциала объясняется распространением электрического поля от источника электричества, расположенного в непосредственной близости.

Наибольшее воздействие характерно для двух проводов, расположенных рядом и параллельно друг другу. При этом один ниже U, а другой нет.

Величина индуцированного напряжения зависит от следующих аспектов:

1. Величина разности потенциалов.
2. Расстояние от источника питания с напряжением до другого элемента.

Для лучшего понимания систему можно сравнить с одним или несколькими конденсаторами. Формально говоря, наводка образуется по всей длине проводника.

Во избежание накопления заряда необходимо заземлить отключенный проводник. В этом случае наведенное напряжение уйдет в землю, и работа будет безопасной для людей.

Для расчета статического напряжения необходимо умножить два элемента:

1. Емкостный коэффициент мощности. Размер можно узнать из справочника, а сам параметр зависит от расстояния до источника U и типа проводника.
2. Рабочий стресс.

Чем больше U и чем ближе проводник, тем выше наведенный параметр.

Для расчета максимального наведенного напряжения используется формула:

Электромагнитная составляющая

Есть еще один тип наводки — ЭМ наведенного напряжения. Суть его заключается в распространении магнитного поля на определенной площади во все стороны от проводника.

Чем сильнее ЭМ поле, тем выше индуцированное U в отключенном проводнике.

ЭДС индукции в отключенной линии электропередачи будет равна:

При заземлении проводника в месте соединения с землей потенциал будет равен нулю, но по мере удаления от этого места он будет возрастать. Это означает, что максимальный параметр разности потенциалов будет на дальних концах линии (ВЛ или КЛ).

Напряжение в точке xi относительно земли будет:

Определение наведенного напряжения

В официальной терминологии наведенное напряжение относится к опасному для жизни потенциалу, возникающему в результате электромагнитного воздействия параллельной воздушной линии или электричества, циркулирующего в контактных сетях.

Этот потенциал является паразитным, создается влиянием работающей параллельной линии в электрической сети и не связан напрямую с транспортируемым током. Отсюда и название — индуцированное напряжение.

Схема ЗМН

Система ЗМН обычно выполняется с помощью электромагнитных или электронных реле напряжения. Это своего рода реагирующий орган в цепи.

Контакты реле соединены последовательно для предотвращения выхода из строя из-за перегоревших предохранителей в электрических цепях. Контакты реле питаются фазой через вспомогательный контакт от секционного трансформатора или электрической сети.

Кроме того, в состав змн входят следующие реле:

• Время, обеспечивающее порядок работы в электрической цепи.
• Промежуточные, меняющиеся управляющие сигналы.
• Индикативные, которые сигнализируют о том, как работает защита.
• Минимальное напряжение.

В систему защиты производства также входят линейные контакторы или электромагнитные пускатели.

При снижении показателей до значения 50 процентов от номинального контактор отключается, размыкая, шунтируя кнопку пуска, контакт, препятствующий запуску двигателя, машины.

При такой системе механизмы запускаются после нажатия кнопки, замыкающей цепь.

ZMN может работать самостоятельно или вместе с соответствующими защитами.

Особенности устройства

Стандартный тип блока мегомметра представлен генератором, переключателем, установленным на требуемые пределы измерения, измерительной головкой и токоограничивающими резисторами.

Перечисленные детали надлежащим образом удерживаются в прочном диэлектрическом корпусе, снабженном ручкой для удобства перемещения, складной рукояткой генератора. Чтобы начать генерировать напряжение, оно сначала разворачивается и раскручивается.

Корпус оборудован тумблером с клеммами выходного типа, к ним подсоединяются соединительные провода. Есть три выхода со значением на экран (E), линию (L), землю (Z):

• Что касается выводов электронного мегомметра с обозначением «L» и «Z», то они всегда используются при работе, если необходимо измерить сопротивление изоляции по отношению к контуру заземления.
• Вывод «Е» предназначен для нейтрализации влияния токов утечки при измерении между параллельными проводниками, одноимёнными токоведущими частями. Эта клемма подключается к измерительному прибору с экранированными концами, подключенному к экрану или корпусу. Это поможет вам получить самые точные измерения

Если рассматривать детали работы изделий с внешними и внутренними источниками, то они практически не отличаются от конструкций, оснащенных ручкой. Вывод напряжения на схему запускается нажатием соответствующей кнопки и последующим ее удержанием.

Некоторые модели устройств способны выдавать одновременно разные комбинации напряжения, так как необходимо работать одновременно с несколькими пускателями.

Мегаметры отличаются описанием, выходной мощностью. С помощью некоторых приборов диагностируют изоляцию на высоковольтном оборудовании. Другие устройства пригодны для работы (проверьте изоляцию) только с бытовой электропроводкой. Соответственно такие изделия отличаются размерами, габаритными масштабами.

Что такое наведенное напряжение и как от него защититься?

Так что же такое индуктивное напряжение?

Не секрет, что для этого существует эквивалентное определение, в котором говорится, что это опасное для жизни напряжение, возникающее в результате электромагнитного воздействия на отключенные провода и оборудование, расположенное в зоне действия другой служебной ВЛ или соединителя К приведите пример, одним из самых травмоопасных участков работы на железнодорожном транспорте является контактная сеть переменного тока.

Вот где электрики ежедневно подвергаются опасности, сталкиваясь с таким опасным фактором повреждения, как наведенное напряжение. Этот фактор возникает из-за электростатических или электромагнитных помех, возникающих на отключенной контактной сети (контактные провода, волноводы и т.п.)

Здесь также возникает опасность для персонала, работающего на грозозащитных тросах и проводах воздушных линий (ВЛ), т.к а также на элементах отключаемого оборудования станций и трансформаторных подстанций.

При этом величина индуктируемого напряжения может во много раз превышать допустимое действующими стандартами значение (25 В), а значит, существует опасность для жизни. Когда мы смотрим на правила техники безопасности, обслуживающий персонал должен заземлять, например, часть контактной сети, где проводятся работы.

Если заземление по каким-либо причинам при выполнении работ окажется оборванным или неопознанным, рабочие могут попасть под действие наведенного напряжения. Это приводит к смертельному поражению электрическим током или сильному болевому раздражению, что особенно опасно при работе на высоте.

Такая же проблема существует и при эксплуатации ВЛ (во всех вышеперечисленных и не только случаях использование дополнительных средств индивидуальной защиты (СИЗ) оправдано).

Итак, как защитить себя от наведенного напряжения.

Эффективным дополнительным средством защиты от наведенного напряжения является комплект шунтов Тесла Эп-4(0). Принцип действия заключается в шунтировании тока, проходящего через тело человека, попавшего под наведенное напряжение.

Это происходит из-за низкого электрического сопротивления установки (до 0,1 Ом), которое на 4-5 порядков ниже расчетного электрического сопротивления тела человека (1 кОм). МТ РАМН, ОАО «ВНИИЖТ», ОАО «ВНИИЖГ», МЭИ, Научно-исследовательский центр высоковольтной техники (НИЦ ВВА). Кроме того, были проведены полигонные испытания на наземной линии ВЛ 750 кВ.

Результаты испытаний показали, что величина наведенного напряжения, где Эп-4(0) Тесла обеспечивает гарантированную защиту человека от поражения электрическим током, составляет 10-12 кВ. Величина тока, протекающего через тело человека, изменяется при этом от нескольких микроампер до десятых долей миллиампер, что ниже порога чувствительности человека на частоте 50 Гц (1,5 мА).

Комплект Тесла Эп-4(0) предназначен для пропускания через тело человека тока силой до 100 А в течение одной-двух минут. При этом нагрев комплекта не приводит к разрушению его защитных элементов и не вызывает дискомфорта у пользователя.

Все это свидетельствует о способности Эп-4(0) Тесла защищать персонал при воздействии на него напряжения, наводимого емкостными и индуктивными дорожками, когда сила тока может достигать десятков ампер. В комплект, аналогичный обычному комбинезону, входят специальная электропроводящая обувь, рабочий костюм и перчатки.

Назначение

ЗМН (защита от пониженного напряжения) используется совместно с защитой, контролирующей сеть. Он работает совместно с автоматическим переключателем резерва (АВР). ЗМН производит отключение или подает соответствующий сигнал пользователю (системе) в случае аварии в сети потребителя, в результате:

• Короткое замыкание, когда происходит значительная потеря электроэнергии. Там большие токи, напряжение резко падает.
• Перегруженность сети. (Блок питания не хватает или один из них вышел из строя).

Это действие обеспечивает безопасность важных механизмов при самозапуске, когда пусковые токи вызывают падение напряжения. Автоматика отключает работу менее важных механизмов.

Читайте также: 5 причин почему не работает напольный вентилятор — схема подключения и как починить своими руками

Факторы опасности и меры защиты

Считается, что разность потенциалов от пикапа более опасна, чем обычная. Обычные защитные устройства не предназначены для противодействия этому. При работе на высоковольтных линиях на отключенной линии может возникнуть разность потенциалов в несколько киловольт.

Проведение работ с вышек или действующих кранов вблизи линий электропередач производится с разрешения и с применением дополнительных мер защиты, так как на металлической части оборудования и механизмов может возникнуть разность потенциалов. Это грозит поражением людей электрическим током и повреждением оборудования.

Необходимые меры безопасности прописаны в правилах техники безопасности для рассматриваемой работы. Самым простым и эффективным является отключаемое заземляющее устройство. Для надежности контур заземления имеет две линии, дублирующие друг друга.

 

В случае случайного обрыва на одном заземление будет осуществляться на другом. Длинные линии разбиваются на отдельные участки, которые заземляются отдельно.

Требования ТБ:

1. на руки надеваются диэлектрические перчатки;
2. на ноги — резиновые сапоги, прошедшие проверку и имеющие соответствующую маркировку;
3. одежда должна быть сухой, вся работа не должна выполняться под дождем.

Теоретические расчеты величины разности потенциалов

Бывают ситуации, когда невозможно измерить наведенное напряжение на воздушной линии. В этом случае значения рассчитываются на основе исходных данных:

Типичная формула: E = M × L × I

• М — коэффициент индуктивного воздействия (определяется стандартными испытаниями);
• I — максимально возможный ток воздействующего проводника или электрической системы.
• L — длина, на которой проводники параллельны;
• Е — величина ЭДС на проводнике, подверженная влиянию наведенного поля;

Также можно рассчитать разность потенциалов от рабочей точки до земли. Уже полученное значение ЭДС используется в формуле:

У=Е/2+Е×Х/Л

• E – значение ЭДС;
• L — длина, на которой проводники параллельны.
• X — расстояние от рабочей точки до «земли»;
• U — разность потенциалов;

Как оно возникает

Рассмотрим довольно распространенную ситуацию. Есть некая линия электропередач, на которой в данный момент нет потенциала. Это может быть не введенная в эксплуатацию линия или действующий объект, на котором проводятся ремонтные работы. На любом из участков этого проводника может быть другая линия, или электроустановка, по которой протекает электрический ток.

При параллельном расположении проводников возникает эффект трансформатора: активная линия (находящаяся под напряжением) оказывает индуктивное воздействие на отключенную. Из-за этого по пассивному проводнику начинает протекать электрический ток, и возникает разность потенциалов, которая может иметь значение, аналогичное напряжению в источнике.

Если отключить любой из ЛЭМ на иллюстрации, на отключенных проводах появится наведенное напряжение, под действием соседних проводников (которые включены.

Если начать работу на пассивной линии, не приняв специальных мер безопасности, можно получить удар током, вплоть до летального исхода.

В чем опасность явления?

Наличие потенциала в проводах, наведенного переменным током или статическим электричеством, часто невозможно предсказать. Вот где основная опасность. Обычные защитные устройства не реагируют на наведенное напряжение.

Электромеханик, попавший под воздействие наводки, будет воздействовать током до тех пор, пока он самостоятельно или с помощью напарника не освободит руку или другую часть тела, соприкоснувшуюся с оголенным провод.

В случае срабатывания защиты в результате короткого замыкания на ВЛ и отключения рабочего напряжения линии могут находиться под наведенным током. Опасность возникает и при появлении грозовых разрядов, в том числе межоблачных.

Обратите внимание: стандартная защита не реагирует на триггерные напряжения, возникающие при срабатывании. Поэтому при отключении ВЛ следует применять специальные устройства заземления для создания точек нулевого потенциала в определенной зоне при обслуживании линий.

Опасность связана с поведением индуцированного тока. Дело в том, что источником тока являются помехи от близлежащих ВЛ, которые не распространяются по всей длине линии одинаково. Поэтому поведение таких потоков отличается от привычного для нас рабочего потока.

Наличие стандартного линейного заземления не гарантирует безопасность, а наоборот следует за появлением электрического тока в отключенных проводах. Как видно на рисунке 1, максимальный ток приходится на точки заземления, то есть на заземляющие лопатки.

В ряде случаев целесообразно отключить заземление ВЛ, а для защиты использовать переносные заземлители, которые устанавливаются с каждой стороны от места повреждения, как можно ближе к рабочей точке.

Причины возникновения

Для начала рассмотрим физическую картину возникновения возмущений, а затем выясним причины явления в разных ситуациях:

• на воздушной линии;
• электроустановки;
• в квартире;
• провода.

Если два длинных проводника положить параллельно и по одному из них пропустить переменный ток, то на другом появится напряжение. Также проявится электромагнитное влияние и влияние электростатической составляющей.

Величина электрических потенциалов на неподключенном проводнике зависит от длины, расстояния между проводниками, а также от тока нагрузки. Аналогичные явления происходят и в реальных линиях электроснабжения.

На воздушной линии (ВЛ)

Ток, создаваемый электростатической составляющей, имеет одинаковый потенциал по всему проводнику: Ue = k×Uv, где Ue — индуцированное электростатическое напряжение, k — коэффициент емкостной связи, Ub — рабочее напряжение. Очевидно, индуцированное напряжение зависит от разности потенциалов на параллельно расположенных проводах линии влияния.

Обратите внимание, что электростатическое напряжение является не просто результатом действия близлежащих электромагнитных полей фазных проводов. Все статическое электричество вызывает один и тот же эффект.

Например, в северных широтах накопление статического электричества может быть вызвано северным сиянием, а также упомянутыми выше грозовыми разрядами (показаны на рисунке ниже).

Для устранения электростатического потенциала достаточно заземлить провод в любом месте.

Составляющая напряжения электромагнитной составляющей сильно отличается от статической. Потенциал возникает за счет действия электромагнитных полей, образованных токами фазных проводов. На рис. 3 представлена ​​схема генерации индуцированного напряжения.

Важные свойства электромагнитной составляющей:

• значение пропорционально рабочему току воздушной линии;
• зависит от расстояния до воздействующей ВЛ;
• на наведенный потенциал влияет длина взаимодействующих проводов;
• ярко выраженная зависимость от схемы переносного заземления ВЛ и от сопротивления заземления.

ЭДС индукции в этом случае рассчитывается по формуле:

Е = М×Д×В,

Здесь М — коэффициент индуктивной связи, L — длина параллельного участка, I — сила тока линии воздействия.

Как видно из формулы, величина напряжения фазного провода не влияет на ЭДС.

В некоторой точке x наведенное напряжение можно рассчитать по формуле:

U = — (E*x)/L+ E/2, где E — ЭДС, L — длина параллельного участка, x — расстояние от точки расчета напряжения до начала линии.

Очевидно, что напряжение в точке отсечки (где x = 0) принимает значение: U = + E/2, в середине линии (x равно условным единицам) U = 0, а при конечная точка U = – E/2. Понятно, что напряжение уже не постоянно на всем сечении линейных проводов.

Он изменяется линейно между основаниями, образуя в определенной точке нулевой потенциал. Если заземление только одно, положение нулевой точки находится в точке входа заземляющего лезвия.

На приведенных ниже диаграммах (рис. 4) показано, как распределяется индуцированное напряжение. Обратите внимание на то, как перемещается точка нулевого потенциала и как это зависит от выбранного способа заземления.

Из схематических изображений видно, насколько опасной может быть работа обслуживающего персонала одновременно в нескольких местах отключенной ВЛ.

Благодаря асимметрии токов наведенное напряжение может распределяться таким образом, что нулевые потенциалы смещаются за пределы рабочей зоны людей. В результате ремонтники могут подвергаться опасному воздействию наведенного напряжения.

В электроустановках

В связи с тем, что стационарные электроустановки неразрывно связаны с воздушными линиями, существует вероятность попадания наведенного напряжения на токоведущие части оборудования. Чаще всего это происходит при обрыве нуля.

Отличительной особенностью электроустановок является то, что в них используются изолированные кабели, где провода проложены вплотную. Однако, хотя длина таких проводов обычно незначительна, потенциал перекрестных помех в кабеле может быть значительным (из-за плотного расположения проводов).

Поэтому при работе с электроустановками необходимо предусматривать меры защиты по отводу опасного наведенного напряжения, использовать средства индивидуальной защиты, соответствующие классу напряжения. Необходимо соблюдать ПУЭ, устанавливать ограждения для соблюдения безопасных расстояний до токоведущих частей электроприборов.

В квартире

Индукция в обычной бытовой сети наблюдается при обрыве нулевого провода на вводе или на участке ВЛ. Если искать фазу в розетке индикатором, то он покажет напряжение на каждом из выводов. В реальности рабочее напряжение существует на фазном проводе, а при нуле наблюдается ток срабатывания. Как только проблема решена, все становится на свои места.

Так как поиск неисправностей в квартире производится при выключенных предохранителях, то обеспечивается необходимая защита.

В электропроводке

Электропроводка в доме монтируется двух-, а иногда и трехжильным кабелем. Обычно кабели прокладываются в коробах, из которых выходят ответвления. Если выключатель отключит нулевой провод, в нем неизбежно появятся наводки при такой прокладке.

Возникает напряжение с безопасным значением, но достаточное для включения диодного освещения (выключенные диодные лампы светятся тускло). Проблема решается легко — необходимо поменять фазный и нулевой провода на выключателе.

Известны случаи, когда для заземления розетки использовался трехжильный кабельный провод. На этом проводнике всегда имеется достаточно заметное наведенное напряжение. Поэтому для заземления используйте отдельный одножильный кабель большого сечения и прокладывайте его как можно дальше от проводов номинального напряжения.

Основные угрозы

Отсутствие реакции защитных средств на такого рода напряжение делает его гораздо более коварным, чем среднестатистический рабочий. Если человек попадет в такую ​​зону, он будет находиться под опасным воздействием до тех пор, пока его не эвакуируют из этого места. Рабочее напряжение вызывает короткое замыкание, в результате чего срабатывает автоматическая защита.

Есть еще один аспект, который часто встречается в проблеме короткого замыкания – короткое замыкание. Если это происходит на рабочей линии, то подхват сразу же следует на ВЛ, которая находится в ремонте и обесточена. Персонал, работающий в этой области, подвергается реальному риску травм от множественных перегрузок по току.

Непредсказуемые последствия от ожогов до смерти практически неизбежны. Только самое тщательное соблюдение нормативных норм, инструкций и правил безопасности остается законом для работы на отключенных линиях.

Все вышеизложенное вызывает закономерный вопрос – как нивелировать последствия попадания человека под подобного рода напряжение? Первый и обязательный шаг — остановить движение электричества по телу.

В первую очередь необходимо будет соединить взрывоопасную зону с «землей» методом заземления. Правила безопасного выполнения рабочего процесса в местах с повышенной вероятностью таких наводок рассмотрены в следующем видео.

Меры защиты

Учитывая, что наведенные токи могут достигать крайне опасных значений, особенно на участках воздушных линий или в электроустановках, при техническом обслуживании следует принимать защитные меры

использовать сигнализацию напряжения;

• обеспечить безопасный уровень напряжения в помещениях, где предстоит выполнять работы;
• использовать защитную одежду, диэлектрические маты и т.п.;
• использовать индикаторы напряжения, универсальные электроизоляционные шины для оценки значений токов срабатывания.
• использовать оборудование для релаксации.

Перед выполнением работ на линиях отвода установить переносные заземляющие устройства по обеим сторонам поврежденного участка ВЛ на небольшом расстоянии друг от друга. Заземление проводов от земли с помощью изолирующих стержней. Соблюдайте расстояния срабатывания до защиты заземления.

Измерения напряжения проводить в диэлектрических перчатках и сапогах, а измерительные приборы размещать на коврах или подставках. Используйте только те средства измерений, которые предназначены для указанных целей и предназначены для измерения в соответствующих пределах. Помните, что обычные устройства защиты от наведенного тока не предназначены.

Нельзя проводить измерения в условиях тумана, осадков, а также при сильном ветре.

Всегда проверяйте фазный ток на всех проводах. Если для определения линейного рабочего напряжения использовался прибор УПСФ-10, использование переносных заземлителей запрещено.

Из соображений безопасности вы всегда должны относиться к нейтральному кабелю как к находящемуся под напряжением.