Энергобезопасность. 3 страница

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 5Следующая ⇒

2- Прикосновение человека к проводу с большим сопротивлением изоляции более опасно.

Аварийный режим работы.

r3 – сопротивление в месте контакта провода с землей, r2 и r3 заменим Rэ=r3*r2/(r3+r2).

Рассмотрим случай, когда r3 незначительно, тогда Rэ=0, тогда

Uпр=U, Iпр=U/Rh.

Анализ опасности поражения в 2 проводных сетях с заземленным проводом.

Ih=U/(Rh+R0)

r0= до 60 Ом.

1) Человек касается незаземленного провода. Путь тока через r1 и r2 не учитываем, так как сила тока незначительна.

Uпр=U*Rh/(Rh+r0), так как r0<<Rh, то Uпр=U, Iпр=U/Rh

2) Прикосновение человека к заземленному проводу.

Человек оказывается в этом случае под напряжением менее 5% от U, так как провода выбираются из условия потери напряжения не более 10%.

Аварийный режим (короткое замыкание проводов).

Самое большое напряжение, под которое попадает человек 0.5U. При к.з. между проводами ток резко возрастает и потери напряжения достигают 100%. При одинаковом сечении обоих проводов напряжение в точке контакта будет зависеть от расстояния до заземления нейтрали и может достигать опасных значений.

Ё1

1) Однофазное включение человека в 3 фазную цепь с изолированной нейтралью.

r1-r3 – активные сопротивления между проводом и землей, С1-С3 – емкости фаз относительно земли.

При наличии индуктивности и емкости в цепи, ток может отставать от напряжения или опережать его. В этом случае общее сопротивление рассматривается как комплексное.

r1=r2=r3=r

Z=1/(1/r+j*w*C), где w – угловая частота для переменного тока: w=2πf=314

Примем сопротивление фаз равными (нормальный режим работы), емкости фаз также равны. При контакте человека с фазой симметрия нарушается и нейтраль источника питания будет под напряжением относительно земли. Напряжение первой фазы уменьшается до величины напряжения, под которым окажется человек. Ток будет проходить по цепи: фаза1-фаза2-земля-проводимость фаз 2,3.

Значение тока определяется в комплексной форме:

Iпр= или Iпр=

В коротких воздушных сетях С1=С2=С3=0

При равенстве сопротивлений изоляции, ток проходящий через тело человека Ih=Uф/(Rh+r/3)

При равенстве емкостей и большой протяженности линий ток, проходящий через человека в комплексной форме, учитывая, что r1=r2=r3=бесконечности:

Iпр=Uф/(КRh+1/3*j*w*C)

В этом случае ток в действительной форме:

Iпр=

Анализ степени опасности при однофазном прикосновении показывает, что опасность поражения зависит от сопротивления проводов относительно земли. Заменим активное и емкостное сопротивления эквивалентными, тогда:

Ih=Uф/(Rh+Rэ)

При Rэ меньше 50 кОм человек начинает ощущать ток: Ih=220/(1000+50000)=0.005А.

При большой протяженности емкость этих сетей увеличивается, емкостное сопротивление уменьшается и емкостной ток может достигнуть опасных значений. Защиту в этих случаях выполняют с помощью индуктивных катушек или разделительных трансформаторов.

Аварийный режим работы.

Uф<Uпр<Uл

При нормальном режиме работы сетей опасность невелика, но она зависит от протяженности сетей. В аварийном режиме напряжение прикосновения зависит от сопротивления земли.

Защита от емкостных токов в 3 фазных 3 проводных сетях индуктивной катушкой. Определение емкостного тока: предположим, что сопротивление тела человека Rh=1000 Ом, емкость жил кабеля относительно земли С=0.2 мкФ/км, Uл=380 В.

Активное сопротивление кабеля весьма велико, поэтому активной проводимостью пренебрегаем. Емкостной ток, проходящий через тело человека: Iпр= . Получим Ih=40мА. Ток, проходящий через человека достигает опасных значений. При протяженности сетей 10км величина тока 190мА. Почти в 2 раза превышает фибрилляционный ток. В этих случаях защита осуществляется индуктивными катушками, включенными между нулевой точкой источника питания и землей.

r0 – результирующее сопротивление катушки.

Результирующий ток в месте замыкания равен сумме активной, емкостной и индуктивной составляющей. Когда индуктивность катушки настроена в резонанс с емкостью индуктивная составляющая тока отстает от емкостной на 180˚. Практически он находятся в противофазе и взаимно исключаются. Значения тока, проходящие через человека зависят от активных сопротивлений.

Для последнего примера при полной компенсации сила тока, проходящая через тело человека уменьшается до 20мА.

Опасность поражения в 4 проводных 3 фазных сетях с глухо заземленной нейтралью.

Правую часть не учитываем, так как сопротивления там велики и ток незначителен:

Iпр= =220/1000=0.22А.

Более чем в 2 раза превышает фибрилляционный. Для этих сетей большое значение имеют сопротивления обуви, защитных средств. Напряжение прикосновения в аварийном режиме несколько ниже, чем в рабочем режиме.

Выбор схемы сетей и режима нейтрали.

Схемы сетей и режим нейтрали выбираются по технологическим требованиям и условиям безопасности. По технологическим требованиям предпочтение отдается 4 проводным сетям, поскольку они позволяют использовать 2 рабочих напряжения: линейное и фазное. Выбор одной из двух схем производится с учетом выводов, при рассмотрении этих сетей. По условиям прикосновения к фазному проводу в нормальном режиме работы сетей наиболее безопасна сеть с изолированной нейтралью, а в аварийном – сеть с глухо заземленной нейтралью. Сети с изолированной нейтралью целесообразно применять на объектах с повышенной опасностью поражения током и в тех случаях, когда имеется возможность поддерживать высокий уровень изоляции проводов относительно земли и когда емкость проводов относительно земли незначительна, то есть короткие сети, неподверженные действию окружающей сред и находящиеся под постоянным надзором (передвижные установки, шахты).

Сети с глухо заземленной нейтралью следует применять там, где невозможно обеспечить хорошую изоляцию проводов (из-за высокой влажности, агрессивности среды, большой протяженности и т.д.) и когда нельзя быстро отыскать или устранить повреждение изоляции, или когда емкостные токи замыкания на землю достигают опасных значений: городские и сельские сети.

Защитное заземление.

Назначение, принцип действия и область применения. Однофазные замыкания на землю опасны тем, что на корпусе появляется напряжение достаточное для поражения человека, пожара, взрыва и т.д. В этих случаях защиту осуществляют защитным заземлением. Защитное заземление применяют в сетях с изолированной нейтралью. Снижение напряжения прикосновения и шага достигается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования, а также путем выравнивания потенциалов в основании, на котором стоит человек и корпусом оборудования. Защитное заземление следует отличать от рабочего заземления - заземление нейтральных точек обмоток трансформатора, генератора и так далее.

Защитное заземление применяют: 1) при U>=380В переменного тока, 440В постоянного тока во всех случаях. 2) при U>36В переменного тока и 110 В постоянного тока только в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и наружных установок. 3) во взрывоопасных помещениях независимо от напряжения. При замыкании тока на корпус нормально изолированные части оборудования окажутся под напряжением и человек, коснувшись оборудования попадает под напряжение прикосновения и шага. Защитное заземление – наиболее простой и эффективный способ защиты от поражения электрическим током.

Заземляющие устройства.

1 – электроды (из трубы или уголка)

2 – соединительная полоса

3 – заземляющий проводник, который соединяет заземлитель с заземляемым оборудованием

b-щирина полосы

d – диаметр электрода (0.95b)

h- глубина заложения полосы

а – расстояние между электродами

l – длина электродов

h0 – глубина заложения электродов (вторая схема)

Обычно используют наружные и внутренние заземлительные контуры.

Различают 2 типа заземляющих устройств: выносное и контурное. Выносное заземляющее устройство называют сосредоточенным. Выносное заземление вынесено за пределы площадки или здания, где расположено заземляемое оборудование. Расстояние выноса не должно превышать 2 км. Выносное сооружают при невозможности разместить заземлитель на защищаемой территории, из-за высокого сопротивления грунта (скалистый).

Различают заземлители искусственные (только для целей заземления) и естественные, находящиеся в земле, металлические предметы, железобетонные конструкции и другие предметы иного назначения. Искусственные заземлители выполняются из уголка, трубы, полосы. Нельзя использовать трубопроводы горючих жидкостей и взрывоопасных веществ.

Расчет защитного заземления имеет целью определить основные параметры заземлителей, их расположение и так далее.

1) Определяют сопротивления одиночного заземлителя: Rз=ρ/(2*π*l)*ln(4*l/d)

2) Определяют количество электродов: n=Rз/Rдоп*ηc, где ηc – коэффициент сезонности, принимается по таблицам в зависимости от времени года (от 1 до 2.2). Rдоп – допустимое сопротивление заземляющего устройства.

Расчет защитного заземления в основном выполняют по допустимому сопротивлению растекания тока заземлителя. В некоторых случаях – по допустимому напряжению прикосновения и шага. Допустимое сопротивление принимают в зависимости от мощности трансформатора или генератора, считая, что данный источник питает одного потребителя. При мощности до 100кВА Rдоп=10 Ом, при мощности свыше 100 кВА 4Ом и при мощности свыше 1000 кВА и токе более 500А Rдоп=0.5 Ом.

3) Определяют длину соединительной полосы. l=n*a (замкнутая полоса)

4) Сопротивление соединительной полосы: Rполосы= *ln( )*ηc

5) Определяют сопротивление заземлительного устройства считая, что сопротивление электродов и полосы соединены параллельно.

R= , где ηп и ηз – коэффициенты экранирования (взаимовлияния).

Если Rз>Rдоп, то увеличивают количество электродов.

Эксплуатация заземляющих устройств.

На все заземляющие устройства должны быть паспорта.

1- Во время эксплуатации изменяется сопротивление заземляющих устройств. Измеряют сопротивление сразу после монтажа, через год после включения и в последующем при комплексном ремонте, но не реже, чем через 10 лет на электростанциях и подстанциях.

2 – Через 3 года на подстанциях потребителей

3 – Через 1 год в цеховых электрических установках потребителей.

Проверка сопротивления защитного заземления.

Имеется несколько методов, но наибольшее применение нашел метод амперметра-вольтметра.

При этом методе измерения сопротивления заземлителя требуется два вспомогательных электрода: токовый и потенциальный.

Rx=φx/Ix

При измерении этим методом вольтметр показывает не весь потенциал заземлителя φx, а большую его часть. Так как Rп не равно 0 и сопротивление вольтметра должно в 50 раз превышать Rп (прибор М416).

Измерение напряжения прикосновения.

1 – заземлитель

2 – груз, масса 50+/-5кг (имитирует массу человека).

3 – пластина 25-25 см

Rш – принимается в зависимости от величины измерения и режима работы сетей.

Зануление.

Зануление применяется в сетях с глухо заземленной нейтралью (схема 4). НЗП – нулевой защитный проводник, r0 – сопротивление заземления нейтральной точки источника питания, rn – сопротивление повторного заземления нейтрали.

Для расчетов Iз не учитывают так как он не значительный из-за больших сопротивлений в цепях.

Упрощенная схема замещения.

Zт/3 – сопротивление трансформатора

Rф – активное сопротивление фазного провода

Xф – индуктивное сопротивление фазного провода

Xп – индуктивное сопротивление петли фаза-ноль

Xнз –индуктивное сопротивление нулевого защитного проводника

Rнз –активное сопротивление нулевого защитного проводника

Расчет зануления сводится к проверке следующей зависимости Ik>=k*Iном, Ik – ток короткого замыкания, к – коэффициент кратности номинального тока (коэффициент надежности), Iном- номинальный ток защиты.

В соответствии с ПУЭ к:

1- в помещении с нормальными условиями не менее 3. При защите предохранителями или автоматами, имеющими тепловой расцепитель с обратно зависимой тепловой характеристикой.

к – больше 1.4 для автоматов с силой тока до 100 А с электромагнитным расцепителем. При большом токе к более 1.2.

2 – для взрывоопасных помещений к больше 4, при защите предохранителями; к больше 6 – при защите автоматами с обратно зависимой от тока характеристикой; к больше 1.4 – при защите автоматами с электромагнитным расцепителем.

Для расчетов сопротивления ток складывают арифметически. Неточность около 5% только ужесточает требования безопасности.

k*Iном<=

Где активное и индуктивное сопротивления в зависимости от материала проводников могут учитываться или нет. Индуктивные сопротивления, если проводник из цветных металлов не учитываются так как имеются малые сопротивления.

Проводник для нулевого защитного проводника может быть изготовлен из стали. Для этих металлов активное и индуктивное сопротивление изменяются и зависят от плотности тока.

Хп- для кабеля составляет 0.1 Ом*км, поэтому им пренебрегают. Для воздушных линий Хп=0.6Ом*км и его учитывают при расчетах.

Применение в схеме №4 только защитного заземления.

rk – заземление корпуса, rk=r0=4 Ом

I=U/(r0+rk)=220/(4+4)=27.5 А

Если предохранители установить на силу тока <27.5 А, то они сработают.

Расчет r0

Схема зануления сработает при отсутствии r0 и rп. Если произошло замыкание фазы на землю: rзн=3-5 Ом. Тогда между корпусом и землей U=Uф. В этом случае ставят r0.

I=U/(r0+rзн)

Напряжение между корпусом и землей: Uк=U*r0/(r0+rзн). Для грунта rзн=100 Ом, тогда Uк=220*4/(100+4)=8 В – напряжение не опасно. Применение r0 снижает напряжение между корпусом и землей до безопасного.

Расчет rn.

rn выполняет два вида защиты:

1) Пусть произошел обрыв нулевого провода между НЗП и нулевой точкой источника питания. В этом случае электрооборудование оказалось без защиты. При наличии rn электрооборудование имеет защиту – защитное заземление.

2) Повторное заземление, при замыкании фазы на корпус снижает потенциал на корпусе при значениях выше приведенных (то есть r0=rn=4 Ом, сопротивление НЗП: Rнз=2*Rф).

В соответствии с ПУЭ проводимость нулевого защитного проводника должна быть не менее половины проводимости фазных проводников, а для заземляющего проводника не менее 1/3 проводимости фазных.

Повторное заземление осуществляется на концах воздушных линий на расстоянии не более 200м в каждому распределительном шкафу или щите.

Область применения зануления та же, что и заземления. В качестве нулевого защитного проводника можно использовать нулевой рабочий проводник, но он не должен иметь разъемов и выключателей. На нулевом проводе выключателей не ставят!!!

Повышение эффективности зануления.

Повышают эффективность за счет увеличения Iкз – уменьшения сопротивления в цепи.

1) Применение трансформатора невысокого сопротивления (например схема треугольник/звезда).

2) Выполнив линию зануления короткими и простыми схемами.

3) Увеличив сечение НЗП.

4) Применение схем с малым индуктивным сопротивлением.

5) Приблизив повторное заземление к узлам нагрузки и уменьшив их сопротивление.

В основном в качестве НЗП применяются не изолированные материалы. Изолирование применяют при:

1 - Когда применение неизолированных может привести к образованию электрических пар.

2 – В местах, где возможно повреждение изоляции (например, в трубах).

3 – При занулении электроприемников 1 фазного и постоянного тока.

Контроль исправности зануления.

По окончании монтажных работ и ремонтных, а также во время эксплуатации не реже 1 раза в 5 лет измеряют сопротивление заземлений нейтрали и повторного заземления.

Проверяют состояние нулевого проводника и измеряют сопротивление петли фаза-ноль. Сопротивление петли фаза-ноль проверяют для наиболее удаленных и мощных приемников.

Наибольшее применение нашел метод амперметра –вольтметра:

Zпетли=Uизмер/Iизмер

По этой схеме не учитываются сопротивления фазного провода, но учитываются сопротивления присоединенных проводов. По схеме во время измерения необходимо отключать установку от сети, но имеются приборы, которые позволяют измерять сопротивление петли фаза-ноль без снятия напряжения.

Устройство защитного отключения (УЗО).

Общие положения: УЗО быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановок при возникновении опасности. УЗО состоит из прибора ЗО и автоматического отключения.

Требования к УЗО:

-высокая чувствительность

-малое время отключения =0.01с

-селективность действия

-способность осуществлять самоконтроль исправности

-достаточная надежность

Область применения УЗО практически не ограничена. Наибольшее применение нашли УЗО, реагирующие на: потенциал корпуса, тока замыкания на землю, напряжение фазной последовательности, напряжение фазы относительно земли, ток нулевой последовательности, оперативный ток.

УЗО, реагирующие на потенциал корпуса (штриховые линии – схема для сетей с глухо заземленной нейтралью).

При замыкании фазы на корпус или утечки тока – на корпусе есть потенциал. РН дает команду на отключающую катушку, которая отключает питание. УЗО просты по устройству, но требуют самоконтроль исправности.

УЗО реагирует на ток замыкания на землю.

Если появляется утечка тока, то включается РТ и подает сигнал на отключающую катушку, которая отключает питание.

Наибольшее применение УЗО находят для ручного электроинструмента и передвижных установок. Простое по устройству, высокая точность срабатывания. Недостатки: не срабатывает при обрыве заземляющих проводников, отсутствует самоконтроль исправности.

УЗО, реагирующее на напряжение нулевой последовательности.

УЗО включается между нулевой точкой фильтра (могут использоваться лампы, резистор). При появлении опасного напряжения РН подает сигнал ОК на отключение питания.

Применяются в 3х проводных сетях до 1кВ, малой протяженности (большой емкостной ток вызывает ложное отключение). Простое по устройству, высокая надежность срабатывания при глухом замыкании фазы на землю (Rземли мало).Недостатки: не чувствительно к симметричному снижению сопротивления изоляции проводов, отсутствует самоконтроль, возможно ложное отключение при большом сопротивлении фильтров, отсутствует селективность.

УЗО, реагирующие на ток нулевой последовательности.

УЗО обеспечивает безопасность человека при прикосновении к заземленному или зануленному корпусу при замыкании на него фазы. Магнитопровод тока нулевой последовательности охватывает все провода сетей. При возникновении ассиметрии проводимости фаз относительно земли (замыкание фазы на землю) появляется ток, который отключает защищаемый участок.

УЗО применяется в сетях любых напряжений с изолированной или заземленной нейтралью. Высокая точность, но нечувствительность к симметричному снижению проводимости.

УЗО, реагирующие на напряжение фазы относительно земли.

Способ 3 вольтметров: 3 высокоомных вольтметра включены между фазой и землей в сетях высокого напряжения. Напряжение включают через трансформаторы напряжения. При отсутствии замыкания вольтметры показывают фазное напряжение. При утечках тока показания вольтметров изменяются и при глухом замыкании фазы на землю показания вольтметров других фаз близко к линейному.

УЗО, реагирующие на оперативный ток.

Предназначено для непрерывного автоматического контроля сопротивления изоляции фаз, измерительным (оперативным) током, а также защиты человека при прикосновении к токоведущим частям. Используют в сетях до 1000В с изолированной нейтралью и малой протяженностью.

Сложные по устройству не селективны. Отсутствует контроль самоисправности.

Способы и средства защиты от поражения электрическим током.

Высокая влажность, пыль, высокая температура и др. факторы создают условия опасные для поражения человека электрическим током.

Сухие помещения: относительная влажность до 60%.

Влажные: 60-75%.

Сырые: более 75%.

Особо сырые: к 100%.

Жаркие: при температуре более 35˚.

Учитывая эти признаки помещения делят на 3 категории: по степени опасности поражения электрическим током:

1- Без повышенной опасности

2- С повышенной опасностью

3- Особо опасные

1) Сухие, беспыльные, с нормальной температурой, с изолированными полами (деревянные); помещения в которых отсутствуют заземленные предметы или их мало (контакт с ними отсутствует) – некоторые жилые комнаты, лаборатории и т.д.

2) Сырые, жаркие в которых под действием тепловых излучений температура воздуха постоянна или периодически превышает 35˚ (более суток), пыльные, с токопроводящие полы (Металл, земляные). Помещения, в которых возможно одновременное прикосновение человека к заземленному оборудованию и электрическим аппаратам. К таким помещениям относят цеха по механической обработке металла, лестничные клетки и т.д.

3) Особо сырые, наличие химически активной или органической среды, которая разрушает изоляцию проводов, или имеется 2 или более признаков, свойственных помещениям с повышенной опасностью (сырые помещения с токоведущим полом). Относят производственные помещения, электростанции, промышленные помещения, наружные электроустановки.

В зависимости от категорий помещения производят выбор электрооборудования, устанавливают условия эксплуатации.

Способы, средства защиты от поражения электрическим током.

Применяют различные средства и их сочетания, так как единственная мера не обеспечивает требуемый уровень защиты.

1 – Изоляция токоведущих частей (рабочая, дополнительная, двойная, усиленная).

Рабочая обеспечивает безопасность электроустановок в заданном режиме работы.

Дополнительная – как дополнительная к рабочей в случае поражения последней.

Двойная – рабочая и дополнительная (в виде пластмассовых корпусов).

Усиленная – улучшенная рабочая (в случае невозможного применения двойной).

2 – Компенсация емкостных составляющих

3 – Оградительные устройства

4 – Предупредительная сигнализация

5 – Знаки безопасности

6 – Использование малых напряжений

7 – Элементарные разделения сетей

8 – Средства индивидуальной электрозащиты

9 – Защитное заземление

10 – Выравнивание потенциалов

11 – Зануление

12 – УЗО

Классификация изделий по способам электрозащиты.

По способам защиты изделия делят на 5 классов (0 01 1 2 3).

0 – только одна рабочая изоляция.

1 – рабочая изоляция, элемент для заземления, вилка с заземляющим контактом.

01 – рабочая изоляция, элемент для заземления, но без заземляющей жилы.

2 – двойная или усиленная изоляция

3 – Uпит <=40В.

Изоляция силовой (осветительной) установки считается достаточной, если ее сопротивление между проводами фаз не менее 0.5 Мом (на практике 1 кОм на 1В).

Изоляцию в помещениях проверяют 1 раз в 2 года. В сырых пожароопасных 1 раз в год.

Степень защиты персонала и электрооборудования (IP)

IP24 – степень защиты от соприкосновения с движущимися частями (0-6), от попадания внутрь оболочки воды (0-8), где 8 – длительное погружение в воду.

Ограждение токоведущих частей.

Не изолированные токоведущие части при любом напряжении должны надежно ограждаться или располагаться на недоступной высоте.

Предупредительная сигнализация (блокировка).

Рабочие элементы блокировки – механические, электрические и электромагнитные устройства. Сигнализация в основном световая и звуковая.

Знаки безопасности.

Предупреждающие, запрещающие, разрешающие, указательные. Плакаты вывешиваются в более опасных местах (при напряжении до 1000В – «Под напряжением опасно для жизни», более 1000В – «Высокое напряжение опасно для жизни»).

Применение малых напряжений.

Малыми напряжениями называют напряжения не более 42 В.

Электрическое разделение сетей.

В протяженной разветвленной сети малые емкостные токи. При однофазном прикосновении ток, проходящий через человека может быть измерен. Если есть разделить на участки разделяющим трансформатором (Ктр=1), то эти участки будут обладать малой емкостью и большими емкостными сопротивлениями. Мощность трансформатора не более 10кВА.

l до 6 метров.

В этих случаях необходимо выполнять следующие требования:

-Для каждого электроприемника применяется отдельный трансформатор.

-Заземление корпуса электроприемника требуется, а зануление не допускается.

-Постоянные контроль состояния изоляции.

Разделение питания применяется в установках до 1000В, передвижных, переносных, в особо опасных условиях и так далее.

Средства индивидуальной защиты.

Электрозащитными средствами называют приспособления и устройства служащие для защиты персонала. По назначения электрозащитные средства делят на:

⇐ Предыдущая 1 234 5 Следующая ⇒