А нализ опасности электроустановок

Все случаи поражения человека током в результате эл. удара, т.е. прохождение тока через человека, являются следствием его прикосновения не менее чем к двум точкам эл. цепи, между которыми существует некоторое напряжение. Опасность такого напряжения оценивается током, проходящим через тело человека I_П; или напряжением прикосновения U_ПР.

Зависит от ряда факторов:

- схемы включения человека в эл. сеть;

- напряжение эл. сети;

- схема самой сети;

- режима ее нейтрали;

- степени изоляции токоведущих частей от земли;

- емкости токоведущих частей относительно земли.

Схемы включения человека в цепь тока могут быть различными. Однако наиболее характерны две схемы включения человека между двумя фазами эл. сети и между одной фазой и землей.

Двухфазное прикосновение, как правило, более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение – линейное, а ток, проходящий через человека, оказываясь независимым от схемы сети, режима ее нейтрали и др. факторов, имеет наибольшее значение

 

 (7.1)

 

где R_h – сопротивление тела человека.

Случаи двухфазного прикосновения происходят очень редко. Они являются, как правило результатом работы под напряжением в установках до 1000 В – на щитах, сборках, ВЛ эл. передач, применение несправных средств индивидуальной защиты и т.п.

Однофазное прикосновение менее опасно, чем двух фазное, поскольку ток, проходящий через человека, ограничивается влиянием многих факторов. Однако однофазное прикосновение возникает во много раз чаще. Поэтому нужно уделять очень большое внимание мерам предосторожности при работе с эл. установками.

Прикосновения к заземленному проводу нередко считают безопасным, полагая, что напряжение этого провода относительно земли незначительно. В действительности это не всегда так. При прикосновении к заземленному проводу человек оказывается под воздействием напряжения U_ПР, равного потере U в заземленном проводе на участке от места его заземления и до места касания

 

U_ПР=I_ПГ*r_ab (7.2)

 

где I_ПГ – ток касания;

r_ab – сопротивление провода на участке «ab».

В нормативных условиях U_ПР не велико, наибольшее его значение соответствует прикосновению человека к сети и составляет не более 5% от напряжения сети U (поскольку сечения проводов выбираются из условия потери напряжения не более 10%).

Стекание тока в землю происходит только через проводник, находящийся с ней в непосредственном контакте. Причинами стекания тока в землю является замыкание токоведущих частей на заземленный корпус эл. оборудования, падение провода на землю, использование земли в качестве провода и т.п. Во всех случаях происходит резкое снижение потенциала заземлившейся токоведущей части до значения, равного произведению тока, стекающего в землю I_З, на сопротивление, которое этот ток встречает на своем пути, т.е. сопротивление заземлителя растекания тока к.з.

 

 (7.3)

 

Это явление, весьма благоприятное по условиям безопасности, используют как меру защиты от поражения током, при случайном появлении напряжения на металлических токоведущих частях, которые с этой целью заземляют.

Мероприятия по обеспечению безопасности электроустановок:

Электрооборудование, токоведущие части и ограждения выбираются с ПУЭ. Для ограждения токоведущих частей в практике предусматриваются сетчатые и сплошные ограждения 1,7 м.

В сетях выше 1кВ осуществляется постоянный и переходный контроль за состоянием изоляции.

Для цеховых установок применяют следующие защитные мероприятия от поражения человека эл. током

1. Обеспечение недоступности токоведущих частей электроустановки

(шкафы, оградительные сооружения и т.п.)

2. Защитное заземление. (ГОСТ 12.1.019-79.ССБТ)

3. Зануление. (ГОСТ 12.1.030-81.ССБТ)

4. Защитное отключение. (ГОСТ 12.1.030-81.ССБТ)

5. Применение малых напряжений

Провода, питающие эл. приемник, располагаются в трубах, во избежании случайных повреждений.

В местах постоянного присутствия дежурного персонала для оказания первой помощи пострадавшим должны иметься: аптечка, развешены плакаты о правилах оказания первой помощи, о технике безопасности при работе на эл. установках.

Осмотр и ремонт РУ, ВЛ и КЛ проводится оперативным персоналом, с обязательным выполнением технических и организационных мероприятий.

К техническим мероприятиям относятся:

- Производственная необходимость отключения и принятия мер, препятствующих подаче напряжения к месту работы, вследствие ошибочного или самопроизвольного включения коммутирующей аппаратуры

- Вывешивание плакатов – предупреждений

- Заземление и проверка отсутствия напряжения

- Ограждение и сигнализация

Организационные мероприятия:

- Оформление работы нарядом.

- Допуск к работе.

- Надзор во время работы.

- Окончание работы.

Основной и легко исполняемой мерой защиты является зануление – преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей электроустановки, могущих оказаться под напряжением. Назначение зануления - устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим металлическим нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением относительно земли вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (ГОСТ 12.1.030-35. ССБТ).

Принцип действия зануления - превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание с целью вызвать ток, способный обеспечить срабатывание защиты и, тем самым, автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. Кроме того, поскольку зануленные корпуса заземлены через нулевой защитный проводник, то в аварийный период проявляется защитное свойство этого заземления - снижение напряжения корпусов относительно земли. Схема зануления многодвигательной установки представлена на рис. 7.1

 

Для того, чтобы снизить опасные потенциалы при замыкании на корпус, используются повторные заземлители с сопротивлением заземлителя не более 10 Ом.

Питание подводится алюминиевым проводом сечением 25 мм, а роль нулевого проводника выполняет стальная полоса сечением 50 мм.

При использовании зануления регулятора частоты двигателя должны быть выполнены следующие условия [16]:

 

Iкз = k*Iном , (7.4)

 

где - коэффициент кратности номинального тока Iном (А) плавкой вставки предохранителя, k=3.

Номинальным током плавкой вставки Iном называется ток, значение которого указано непосредственно на вставке заводом-изготовителем. Номинальный ток Iном в помещении 40 А. Значение Iкз зависит от фазного напряжения сети и сопротивления цепи, в том числе от полного сопротивления трансформатора Zт, фазного проводника Zф, нулевого защитного проводника Zнз, внешнего индуктивного сопротивления петли "фазный провод - нулевой защитный провод" (петли "фаза-нуль") Xп, активного сопротивления заземлений нейтрали обмоток трансформатора Rо и повторного заземления нулевого защитного проводника Rп. Поскольку Rо и Rп, как правило, велики по сравнению с другими сопротивлениями, ими можно пренебречь.

Выражение для Iкз будет иметь вид:

 

Iкз = Uф/(Zт/3 + Zп), (7.5)

 

где Zп = Zф + Zнз + Xп - комплексное полное сопротивление петли "фаза-нуль".

Удельное сопротивление фазного провода:

p = 0,028 (Ом*мм )/м , Sсеч = 25 мм ,

 

отсюда сопротивление фазного провода:

 

rф = р * (Lф / Sф) = 0,028 * 300 / 25 = 0,336 Ом.

 

Удельное сопротивление нулевого провода:

 

p = 0,058 (Ом*мм )/м , Sсеч = 50 (мм ),

 

отсюда сопротивление нулевого провода:     

 

Rнз = p * (L / S) = 0,058 * 300 / 50 = 0,348(Ом).

 

Значения Xф и Xнз малы, ими можно пренебречь.

Значение Xп можно определить по формуле:

 

Xп = 0,145*lg(dср/k * dф) (7.6)

 

где k = 0,3894,

dср - расстояние между проводниками,

dф - геометрический диаметр.

Расчеты дают значение Xп = 0,556 Ом.

Сопротивление электрической дуги берем равной

 

rд = 0,02 (Ом), Xд = 0.

В соответствии с мощностью трансформатора

 

rт = 0,0044 (Ом), Xт = 0,0127 (Ом)

Полное сопротивление петли "фаза-нуль":

 (7.7)

 

Zп = 0,716 (Ом).

При использовании зануления по требованиям ПУЭ (правила устройства электроустановок):

Rнз/Rф = 0,348/0,336 < 2 , следовательно ПУЭ выполняется.

 

Iкз = Uф/(Zт/3+Zп) = 220/(0,013+0,716) = 301,6 А.

 

При попадании фазы на зануленный корпус электроустановки должно произойти автоматическое отключение.

Iкз > k*Iном

301,6 > 3*40 = 120

Защитное зануление выполнено правильно, следовательно, отключающая способность системы обеспечена.

Определим напряжение прикосновения и ток через человека до срабатывания защиты:

Uпр = Iкзh * Rh

 

 (7.8)

 

Схема замещения представлена на рис.7.2

 

 

 

                                                                                      

 

Рис.7.2 - Схема замещения

 

Rпз = 0,348 (Ом), Rнп = 10 (Ом), Rо = 4 (Ом)

Rh = 1 (кОм)

Uпр = 29,9 (В)

Такое напряжение безопасно для человека при времени воздействия:

tдоп<=50/Ihрасч (7.9)

Iрасч =Uпр/Rh = 29.9/1000=29.9 (мА)

Предельно допустимое время пребывания человека под действием электрического тока:

tдоп <= 50/29,9 = 1,67 (с)

В качестве прибора защитного отключения можно выбрать автоматический выключатель, расчитанный на Iном = 40 А и tср = 0,3 (с) при Iкз = 301 (А).

Tср = tср* Iном/Iкз = 0,11 (с).

Это должно обеспечить надежную защиту, при этом должно выполняться:

K = Iкз/Iном >= 1,4

K = 301/40 = 7,5 >> 1,4