Наведенное напряжение причины возникновения и меры защиты

Природа явления

Возникновение побочного или наведенного напряжения в проводнике происходит по такому же принципу, как и напряжение во вторичной обмотке трансформатора. Суть явления в следующем:

1. при движении электротока вокруг проводника возникает магнитное поле;
2. изменение силы тока и его направления вызывает изменение магнитного поля;
3. меняющееся магнитное поле разделяет разноименные заряды, что приводит к появлению разности потенциалов, то есть к напряжению.

Если не вдаваться в физические тонкости, напряжение наводки — это возникновение разности потенциалов в металлическом проводнике, который не подключен к источнику электротока, под действием электрического тока в расположенном рядом с ним другом проводнике. Чем ближе находятся проводники друг к другу и чем выше разность потенциалов в подключенном к сети проводнике, тем большее напряжение на изолированном проводнике.

Воздействие наведенного электротока имеет две составляющие: электромагнитную и электростатическую. Первая не составляет угрозы для жизни человека, но может сказываться на работоспособности некоторых приборов и устройств. Вторая более опасна для человека, при напряжении более 25 V принимают дополнительные меры безопасности.

Чтобы разобраться с причинами проблем, необходимо вспомнить базовые понятия и термины из школьного курса физики. Известно, что прохождение по цепи переменного тока провоцирует образование электромагнитного поля. Его силовой потенциал уменьшается пропорционально квадрату расстояния.

Если разместить неподалеку проводник, в нем индуцируется ток. Без дополнительных объяснений понятна потенциальная опасность электричества в кабеле или другом компоненте оборудования, не подключенного к источнику питания.

Причины возникновения

Наведенное напряжение в большинстве случаев будет возникать на выведенной в ремонт и обесточенной воздушной линии электропередач. Также возникновение может произойти в том случае если рядом с высоковольтной линией будет располагаться электромагнитное поле. Таким образом, ВЛ, которая приходит параллельно отключенной линии наводит сторонний потенциал, который в дальнейшем будет предоставлять опасность для ремонтной бригады.

На данный момент значение наведенного напряжения в проводе может меняться в зависимости от протяженности участка, на котором ВЛ будут идти параллельно. Также на изменение значения будет влиять отдаленность фазных проводов, метеорологических условий. Потенциал, который будет наведен на ВЛ может объединять в себе два вида воздействия – электромагнитную и электростатическую составляющую:

• Электромагнитная часть будет появляться под действием магнитного поля, которая возникает от протекания тока по работающей рядом ВЛ. Отличительной особенностью считается то, что при заземлении, даже в нескольких местах линии она не будет изменять свою величину. Единственное, что можно будет изменить с помощью заземления, так это то, что это расположение точки нулевого потенциала.
• Электростатическая часть в отличии электромагнитной устраняется путем заземления линии в ее концах и вместе ведения работ. Чтобы снизить величину наведенного напряжения необходимо установить хотя бы в одной точке ВЛ.

Узнайте, также про переносное заземление и его принцип работы.

На данный момент многие не знают, какое значение будет опасным для персонала? Если на отключенной ВЛ будет присутствовать напряжение и его значение не будет превышать 25 В. Все ремонтные мероприятия будут проводиться с применением обычных средств защиты. Если величина будет превышена, тогда необходимо будет пользоваться специальными средствами защиты и выполнять разнообразные технические мероприятия. На данный момент такими мерами безопасности могут быть разземление вначале и конце линии, разрез провода.

• Статическое электричество − это совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности, или в объеме диэлектриков, или на изолированных проводниках.
• Образование и накопление зарядов на перерабатываемом материале связано с двумя следующими
  условиями:
• ♦ наличие контакта поверхностей, в результате чего создается двойной электрический слой, возникновение которого связано с переходом электронов в элементарных донорско–акцепторных актах на поверхности контакта. Знак заряда
  определяет неодинаковое сродство
  материала поверхностей к электрону;
• ♦ хотя бы одна из контактирующих поверхностей должна быть из диэлектрического
  материала.
• Известны
  следующие пути заряжения объектов:
  непосредственное
  контактирование
  с наэлектризованными, индуктивное
  и смешанное
  
  заряжение.
• Основной
  опасностью при электризации различных
  материалов является:

1. возможность возникновения искрового разряда как с диэлектрической наэлектризованной поверхности, так и с изолированного проводящего объекта.

2. воспламенение горючих смесей искровыми разрядами статического электричества может произойти в том случае, если выделяющаяся в разряде энергия будет выше минимальной энергии зажигания горючей смеси.

3. опасность и для работающих.

4. влияние также на ход технологических процессов получения и переработки материалов и качество продукции Электризация затрудняет такие процессы, как просеивание, сушку, пневмотранспорт, печатание, транспортировку полимеров, диэлектрических жидкостей, формование синтетических волокон, пленок и подобного, автоматическое дозирование мелкодисперсных материалов, поскольку они прилипают к стенкам технологического оборудования и слипаются между собой.

В соответствии с ГОСТ это достигается использованием средств коллективнойи индивидуальнойзащиты.

Средстваколлективной защитыот статического электричества попринципу действия:

1. Заземление, которое относится к основным методам защиты от статического электричества и

1. представляет собой преднамеренное электрическое соединение с землей или ее
2. эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под
3. напряжением.
4. Величина сопротивления заземляющего устройства, предназначенного исключительно для
   защиты от статического электричества,
   должна быть не выше 100 Ом.

1. Нейтрализация зарядов статического электричества производится в тех случаях, когда не представляется возможным снизить интенсивность его образования технологическими и иными способами.

• Для этой цели используют нейтрализаторы
  различных типов:
• ♦ коронного разряда;);
• ♦ радиоизотопные;
• ♦ комбинированные, объединяющие в одной конструкции коронные и
• радиоизотопные
  нейтрализаторы;
• ♦ создающие
  поток ионизированного воздуха.

1. Для снижения удельного объемного электрического сопротивления в диэлектрические жидкости и растворы полимеров вводят различные растворимые в них антиэлектростатические присадки, в частности соли металлов переменной валентности высших карбоновых, нафтеновые и синтетические жирные кислоты.

2. Увлажняющие устройства;

3. Экранизирующие устройства.

Киндивидуальным средствам защиты от статического электричества относятся специальные электростатические обувь и одежда.

Для изготовления такой одежды должны применятьсяматериалы с удельным поверхностнымэлектрическим сопротивлением не более 107Ом*м, а электрическое сопротивление между токопроводящим элементомантиэлектростатической одежды и землей должно быть от 106 до 108Ом. Электрическое сопротивление междуподпятником и ходовой стороной подошвыобуви должно быть от 106до 107Ом.

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.

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.

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.

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.

Наведенное напряжение — читаем во всех подробностях

На следующем рисунке показано, как изменением точки подключения заземления уменьшают наведенный потенциал до нуля.

Эта диаграмма показывает потенциальные проблемы для нескольких бригад, выполняющих полученные задания на одной линии ЭП. Даже при наличии подключенного заземления только одна из них будет работать в пределах безопасного участка трассы. Этот пример объясняет необходимость применения нескольких защитных устройств. Точки подключения выбирают по специальной схеме, созданной на основе измерений и расчетов.

В этом случае решение задачи упрощается снижением напряжения в сети. Тем не менее, несколько десятков вольт также способно нанести вред. Для устранения вредных явлений изменяют схему заземления по рассмотренной выше методике. В некоторых ситуациях задачу можно решить изменением трасс линий питания.

Типовые мероприятия, повышающие уровень безопасности:

• применение резиновых ковриков, других средств ИЗ;
• выравнивание разницы потенциалов с проверкой состояния рабочих мест;
• монтаж дополнительного контура заземления.

При отсутствии достаточного опыта для устранения проблем обращаются за помощью к специалистам.

Нередко возникают ситуации, когда даже обесточенные линии электропередачи и связанные с ними электроустановки, могут представлять серьезную опасность для обслуживающего персонала. Причиной этого становится наведенное напряжение, суть которого будет рассмотрена ниже. Данное явление иногда возникает и в быту, при эксплуатации обычных сетей 220 вольт.

Явление в быту

Несмотря на сравнительно небольшое напряжение, используемое для бытовых электросетей, наводка токов может возникнуть и внутри дома или квартиры.

Достаточно часто это можно видеть на светодиодных лампах или лентах, чей провод включения проходит рядом с кабелем, который находится под напряжением, он и производит наводку напряжения на провод или сами лампы.

Под влиянием наведённого тока лампочки начинают светиться.

Также в качестве примера можно рассмотреть розетку при обрыве провода ноля в ней. При использовании индикатора можно обнаружить в розетке две фазы, несмотря на то, что она подключена к однофазной домашней сети. Для исчезновения второй фазы достаточно устранить обрыв.

Правилами техники безопасности (ПТБ) при эксплуатации электроустановок определены меры безопасности во время работ на воздушных линиях (ВЛ) электропередачи , на которых наводится дополнительное напряжение от соседних работающих линий. Отдельно выделены меры безопасности при работах на таких ВЛ, когда заземление их в соответствии с общими требованиями правил не позволяет снизить уровень наводящегося на отключённых проводах потенциала ниже 25 В.

Однако продолжают иметь место случаи поражения обслуживающего персонала электрическим током наведенного напряжения, которые являются результатом недопонимания природы возникновения и механизма проявления этого напряжения. Особенность его проявления состоит в сохранении опасности поражения электрическим током при прикосновении даже к заземлённому по правилам проводу.

Известно, что на любой ВЛ, проходящей параллельно с другими ВЛ , непрерывно наводится сторонний потенциал , обусловленный взаимным влиянием электромагнитных полей этих линий друг на друга. Значение потенциала зависит от рабочего напряжения, токов нагрузки, расстояния между фазными проводами линий и длины участка параллельного их расположения.

Uэ = k Uр.в.

где  k   –  коэффициент ёмкостной связи линий ;

Uр.в. – рабочее напряжение влияющей линии.

Рис. 1. Диаграмма распределения электростатической  составляющей наведенного напряжения.

Электростатическая составляющая наведенного напряжения снижается до безопасного уровня по всей длине линии при заземлении её в любой, хотя бы одной точке. Следовательно, воздействие этой составляющей полностью устраняется при заземлении отключенной ВЛ по концам (на подстанциях) и на месте производства работ согласно ПТБ.

• Совсем иначе проявляет себя электромагнитная составляющая наведенного напряжения , возникновение которой обусловлено суммарным влиянием магнитных полей , создаваемых токами фазных проводов влияющей линии.
• Наводимая на отключенной линии ЭДС определяется выражением:
• E=MLI
• где M  – коэффициент индуктивной связи фазных проводов линии при частоте 50 Гц ;
• L   – длина участка параллельного следования линии ;
• I  – ток нагрузки влияющей линии.

Коэффициент индуктивной связи для каждого конкретного «коридора» линий практически не меняется. В связи с этим значение наведенной ЭДС обусловлено только длинной участка параллельного следования линий и током нагрузки влияющей линии и не зависит от уровня рабочих напряжений каждой из ВЛ.

1. При этом потенциал (напряжение относительно земли) любой точки , например x , определяется выражением:
2. U=- E/L *x E/2
3. где E  – наведенная на проводе ЭДС;
4. x – расстояние от начала линии до точки x.
5. Отсюда следует, что в начале линии (при x=0 ) электромагнитная составляющая наведенного напряжения Uн= E/2, в конце линии Uк=-E/2 (при x= L) в середине линии Uср=0 (при x=L/2).
6. Особенностью проявления электромагнитной составляющей наведенного напряжения  является неизменность её значения независимо от того, изолирован провод от земли или заземлён в одном или даже в нескольких местах.

При изменении числа точек заземления на ВЛ меняется лишь положение точки нулевого потенциала на ней. Специфичность именно этого проявления наведенного напряжения и обусловлены требования ПТБ.

Рис. 2. Диаграмма распределения электромагнитной составляющей наведенного напряжения на отключённой ВЛ в зависимости от места установки на ней защитных заземлений.

На рис. 2 приведены характерные примеры распределения электромагнитной составляющей наведенного напряжения (потенциала) на отключённой ВЛ в зависимости от места установки защитных заземлений. Как видно из диаграмм , при однократном заземлении ВЛ точка нулевого потенциала совпадает с точкой заземления.

С учётом изложенного представлено графическое обоснование опасности организации одновременно двух и более рабочих мест на ВЛ , находящейся в зоне наведения электромагнитной составляющей напряжения. Например , бригада работает в точке С , линия согласно правилам заземлена только в одной этой точке , где напряжение равно нулю (рис.3а).

Если теперь для подготовки второго рабочего места установить защитное заземление в другой точке D , то нулевой потенциал переместится на участок между двумя этими заземлениями (рис. 3б). При этом напряжение в местах заземления (точки С и D) может превысить допустимый уровень , и работающие там люди подвергнутся опасности поражения электрическим током.

Аналогичный эффект  проявляется и при производстве работ на линейном разъединителе , находящемся под наведенным напряжением ВЛ. Заземление разъединителя со стороны линии в этом случае гарантирует электробезопасность только при условии , что эта линия нигде больше не заземлена (см. рис. 2б, д).

Если установить дополнительное заземление на каком-либо другом участке , например , включить заземляющие ножи на подстанции с другого конца линии , то уровень наведенного напряжения на линейном разъединителе в месте производства работ «подскочит» до максимума (см. рис. 2г).

Рис. 3. Примеры распределения электромагнитной составляющей напряжения на отключённой ВЛ при работе ремонтной бригады в различных условиях.

Проявления наведенного напряжения вынуждают эксплутационный персонал резко сокращать фронт работы на ВЛ (до одной бригады) , находящихся в зоне усиленного действия этого напряжения.

Разделение линии на отдельные электрически несвязанные участки путём разрезания шлейфов также вызывает дополнительные затраты времени на поочерёдное разрезание и последующее их восстановление.

Однако необходимость обеспечения безопасности линейного персонала обязывает считаться с этими фактами.

Вместе с тем одной из альтернативных мер, снимающих практически все ограничения в расширении фронта производства работ во всех случаях (при сохранении безопасности линейного персонала) , является выполнение работ под напряжением.

При подготовке рабочего места на ВЛ следует обращать особое внимание на надёжность контактов защитных заземлений с фазными проводами и заземлителем.

Нельзя забывать, что при случайной потере контакта (разземлении линии) точка нулевого потенциала в то же мгновение может изменить своё местоположение , а напряжение на рабочем месте превысить допустимое значение  Uс  (рис 4).

Следовательно, для гарантии безопасности в месте производства работ целесообразно устанавливать параллельно два заземления.

Рис. 4. Диаграмма распределения электромагнитной составляющей наведенного напряжения при заземлении линии в точке С и при её разземлении

Итак, наибольшего значения электромагнитная составляющая наведенного напряжения достигает на границах участка взаимного влияния линий (в общем случае – на отключённых линейных разъединителях).

Именно в этих точках, непосредственно на спуске шины заземления линейного разъединителя или на первой от подстанции опоре, следует производить измерения при включённых с обеих концов линии заземляющих ножах.

Класс напряжения используемых для этого вольтметров необходимо подбирать по ожидаемому уровню наведенного напряжения. В первом приближении можно использовать вольтметр с пределом измерения до 0,5í1,0 кВ.

Пересчёт результатов измерения на условия максимальных нагрузок влияющей линии можно провести по формуле , полученной из соотношения:

• где   Uизм – измеренное наведенное напряжение ;
• Iизм   – ток нагрузки влияющей ВЛ в момент измерения ;
• Iмакс  – максимальный допустимый ток нагрузки влияющей линии.

Наводка в квартире

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.

На данный момент многие специалисты утверждают, что наведенное напряжение также может возникать в квартире и в доме в сети 220 Вольт. «Наводка» в большинстве случаев будет проявляться в кабеле приложенным рядом с проводом, по которому будет протекать ток. Например, когда при включенном выключателе на диодных лампочках еле заметное свечение. Произойти подобная ситуация в большинстве случаев может из-за того, что рядом с проводом будет проложен проводник с фазной жилой.

В результате воздействия электромагнитного поля и будет возникать небольшая наводка. Ее величины будет вполне достаточно для того, чтобы осветить небольшие светодиоды. Иногда наводка также может возникать и в розетке. Возникает она в том случае, если происходит, обрыв нулевого провода. Чтобы более детально ознакомиться с примером влияния наводки, вам необходимо посмотреть видео.

Теперь вы точно знаете, что такое наведенное напряжение и чем оно опасно для жизни человека. Надеемся, что эта информация была полезной и интересной.

https://www.youtube.com/watch?v=ynQkwQWJq6c

для чего нужно повторное заземление ВЛИ?