Ohrana_truda_konspekt(1)

С увеличением времени накапливаются последствия воздействия. Особенно опасен момент совпадения действия электрического тока с фазой Т кардиоцикла. Если действие тока совпадает с фазой Т, то фибрилляция наступает в 10мА.

Влияние пути тока на исход поражения (принимают для расчета 5 путей тока). Влияние частоты и рода тока на исход поражения. До 35Гц –опасно, увеличение более 50 Гц снижает опасность и при 450 до 500кГц опасность исчезает, но сохраняется опасность ожогов.

Переменный ток опаснее постоянного, но только при напряжении до 500 В. Критерии безопасности электрического тока: допустимые значения напряжения прикосновений и силы тока устанавливаются ГОСТ 12.1.038-86*.

Явление проистекания тока в землю. При ударе молнии или контакет фазного провода с землей в месте контакта появляется потенциал: φx= φз*τ/x – гипербола. Для идеальных грунтов уменьшение потенциала происходит по уравнению гиперболы. Для реальных грунтов по уравнению экспаненты. На расстоянии 40м точные приборы определяют наличие потенциала. Для расчетов полагают, что на расстоянии 20 метров от точки контакта потенциал равен 0.

Шаговое напряжение.

Человек, находясь вблизи контакта провода с землей попадает под шаговое напряжение. Напряжением шага называют напряжение между 2 точками, находящимися 1 от другой на расстоянии шага. Uш=φ1- φ2= φз*( φ1- φ2)/ φз. На расстоянии 20м β1=0, где β1=( φ1- φ2)/ φз – коэффициент напряжения шага. Наиболее опасным является расстояние до 7 метров: Uш= β1* φз – не учтено сопротивление обуви и пола, которые учитываются коэффициентом β2. Uш= β1* β2* φз , где β2=Rh/(Rh+6*ρ), где Rh- сопротивление человека, ρ – удельное сопротивление грунта.

Напряжение прикосновения.

φпр=φз-φост3=φз

Напряжением прикосновения называют напряжение между 2 точками цепи тока, которых одновременно касается человек. Напряжение прикосновения φпр=φосн-φост=φз*α1* α2,где α1=( φосн –φост)/ φз – коэффициент напряжения прикосновения, α2- коэффициент учета сопротивления основания и обуви, α2=(Rh/(Rh+1.5* ρ).

При близком расположении заземлителей увеличивается ток в земле, этим самым увеличивая сопротивление грунта.

Анализ опасности поражения электрическим током в различных сетях.

Общие положения и классификация электрических установок по напряжению и схемам питания.

Степень опасности поражения электрическим током зависит от схемы включения человека в электрическую цепь, напряжения сети, схемы цепи, режима нейтрали и т.д.

При анализе степени опасности считать, что сопротивление основания на котором стоит человек, а также обуви незначительны и их сопротивление равно 0.

Сети переменного тока бывают 1 и многофазными, в промышленности применяют 3х фазные, реже 1 фазные. Наибольшую промышленную значимость имеют сети до 1000В.

1 фазные сети:

1я схема – двухпроводная с изолированными проводами от земли.

2я схема – двухпроводная с заземленным проводом.

3я схема – однопроводная, роль второго провода выполняет земля (рельс).

Rземли=ρ*l/S=0, так как S бесконечна.

3х фазные сети:

1я схема – трехпроводные с изолированной нейтралью

2я схема – трехпроводные с заземленной нейтралью

3я схема – четырехпроводные с изолированной нейтралью

4я схема - четырехпроводные с заземленной нейтралью

Нейтраль в этом случае называют нулевым проводом.

Применение в промышленности нашли 1 и 5я схемы, так как для 2 и 3 невозможно обеспечить безопасность обслуживающего персонала обычными методами защиты (схемы применяют в научно-исследовательских целях).

Схемы включения человека в электрическую цепь.

Наиболее характерны 2 схемы включения: между 2 фазами, между фазой и землей. Опасность поражения оценивается напряжением прикосновения и током, проходящим через тело человека:

Uпр=Uл=Uф*=380В

Iпр=Uпр/Rh=380/1000=0.38А

Ток, проходящий через тело человека в 4 раза превышает смертельный. Схемы 2 фазного включения редки 7-8% электротравм. Смертельный исход 100%. Происходят на воздушных линиях при неисправности защитных средств.

На степень опасности поражения не влияет сопротивление обуви и грунта.

1 фазная схема включения человека. Схема замещения.

Рассмотрим нормальный режим работы. Аварийным считается режим, когда человек касается 1 провода, 2й касается земли.

U=Uпр+I2*r2=Uпр+(Iпр+I1)*r2

Ih=Uпр/Rh

I1=Uпр/r1

Подставим Ih и I1, преобразуем и получим:

Uпр=

Ток, проходящий через тело человека:

Iпр=Uпр/Rh=

Пусть r1=r2=r – сопротивления изоляции проводов.

Uпр= Iпр=

Анализ зависимости показывает, что:

1. Чем лучше изоляция проводов, тем меньше опасность 1 фазного прикосновения к проводу.

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.