Мероприятия по защите человека от поражения электрическим током.

1. Применение малых напряжений. При работе с переносным ручным электроинструментом (дрель, ручная переносная лампа) человек имеет длительный контакт с корпусом этого оборудования. В результате для него резко повышается опасность поражения электрическим током в случае повреждения изоляции и появления напряжения на корпусе, особенно, если работа производиться в помещении с повышенной опасностью, особо опасном или вне помещения.

Для устранения этой опасности необходимо питать ручной инструмент и переносные лампы пониженным напряжением не выше 42 В.

Кроме того, в особо опасных помещениях при особо неблагоприятных условиях (напр., работа сидя или лежа на токопроводящем полу) для питания ручных переносных ламп требуется еще более низкое напряжение – 12 В.

2. Защитное разделение сети. В разветвленной электрической сети, т.е. обладающей большой протяженностью, вполне исправная изоляция может иметь малое сопротивление, а емкость проводов относительно земли – большую величину. В таких сетях напряжением до1000 В с изолированной нейтралью утрачивается защитная роль изоляции проводов и усиливается угроза поражения человека током в случае прикосновения его к проводу сети (или к какому-либо предмету, оказавшемуся под фазным напряжением).

Этот существенный недостаток может быть устранен путем так называемого защитного разделения сети, т.е. разделение разветвленной (протяженной сети) на отдельные небольшие по протяженности и электрически не связанные между собой участки.

Разделение осуществляется с помощью специальных разделительных трансформаторов. Изолированные участки сети обладают большим сопротивлением изоляции и малой емкостью проводов относительно земли, благодаря чему значительно улучшаются условия безопасности.

3. Защитное заземление – преднамеренное соединение с землей металлических частей оборудования, не находящихся под напряжением в обычных условиях, но которые могут оказаться под напряжением в случае нарушения изоляции электроустановки.

Назначение защитного заземления– устранение опасности поражения людей электрическим током при появлении напряжения на конструктивных частях электрооборудования, т.е. при замыкании на корпус.

Принцип действия– защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус.

Различают 2 типа заземляющих устройств: выносное и контурное. Выносное – характеризуется тем, что заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки. Применяется лишь при малых токах замыкания на землю и, в частности, в установках напряжением до 1000 В. Достоинство такого типа заземляющего устройства – возможность выбора места размещения электродов с наименьшим сопротивлением грунта (сырое, в низинах). Контурное – характеризуется тем, что его одиночные заземлители размещаются по контуру (периметру) площади, на которых находятся заземляемое оборудование, или распределяются по всей площади по возможности равномерно.

Защитному заземлению подлежат металлические нетоковедущие части электрооборудования, которые из-за неисправности изоляции могут оказаться под напряжением, и к которым возможно прикосновение людей. При этом в помещениях 2 и 3 класса заземление является обязательным при номинальном напряжении электроустановки 36 В переменного и 110 В постоянного тока, а в помещениях 1 класс – при напряжении 500 В и выше. Лишь во взрывоопасных помещениях заземление выполняется независимо от величины напряжения.

4. Зануленим называется присоединение к неоднократно заземленному нулевому проводу питающей сети корпусов и других конструктивных металлических частей электрооборудования, которые нормально не находятся под напряжением, но вследствие повреждения изоляции могут оказаться под напряжением.

Задача зануления та же, что и защитного заземления: устранения опасности поражения людей током при пробое на корпус. Решается эта задача автоматическим отключением поврежденной установки от сети.

Принцип действия зануления – превращения пробоя на корпус в однофазное короткое замыкание (т.е. в замыкание между фазным и нулевым проводами) с целью создания большого тока, способного обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную установку от питающей сети. Такой защитой являются: плавкие предохранители или автоматические отключатели, устанавливаемые перед потребителями энергии для защиты от токов короткого замыкания.

Назначение нулевого провода – создание для тока короткого замыкания цепи с малым сопротивлением, чтобы этот ток был достаточным для быстрого срабатывания защиты.

Назначение заземления нейтрали– снижение до безопасного значения напряжения относительно земли нулевого провода (и всех присоединенных к нему корпусов) при случайном замыкании фазы на землю.

Назначение повторного заземления нулевого провода – уменьшение опасности поражения людей током, возникающей при обрыве нулевого провода и замыкании фазы на землю за местом обрыва.

Занулению подлежат те же металлические токоведущие части электрооборудования, которые подлежат защитному заземлению.

5. Защитным отключением называется устройство быстро (не более 0,2 сек) автоматически отключающее участок электрической сети при возникновении в нем опасности поражения человека током.

Такая опасность может возникнуть: при замыкании фазы на корпус электрооборудования; при снижении сопротивления изоляции фаз относительно земли ниже определенного предела; при появлении в сети более высокого напряжения и т.д.

В этих случаях в сети происходит изменение некоторых электрических параметров (напряжение корпуса V фаз относительно земли, ток замыкания на землю и др.). Изменение любого из этих параметров до определенного предела, при котором может возникнуть опасность поражения человека электрическим током, может служить импульсом, вызывающим срабатывание защитно-отключающего устройства.

Основными частями устройства защитного отключения являются: прибор защитного отключения (датчик); автоматический выключатель

6. Контроль и профилактика повреждения изоляции. Профилактика повреждения изоляции направлена на обеспечение ее надежной работы. Необходимо исключить механические повреждения, увлажнение, химическое воздействие, запыление, перегрев. Но даже в нормальных условиях изоляция постепенно теряет свои свойства, “стареет”. С течением времени развиваются местные дефекты. Сопротивление изоляции начинает резко уменьшаться, а ток утечки – расти. Происходят т.н. пробои изоляции (она выгорает), и как следствие – короткое замыкание, которое в свою очередь может привести к пожару или поражению людей электрическим током. Чтобы поддерживать диэлектрические свойства изоляции, необходимо систематически выполнять профилактические испытания, осмотры, удалять непригодную изоляцию и заменять ее.

Защитные средства, применяемые в электроустановках. В процессе эксплуатации электроустановок нередко возникают условия, при которых даже самое совершенное их выполнение не обес­печивает безопасности работающего и требуется применение спе­циальных защитных средств. Например, при работах вблизи токоведущих частей, находящихся под напряжением, существует опас­ность прикосновения к этим частям и поэтому требуется специаль­ная изоляция инструмента и работающего. При работах на отклю­ченных токоведущих частях — шинах, проводах и т. п. имеется опасность случайного появления напряжения на них, поэтому должны быть приняты меры, исключающие ошибочную подачу напря­жения к месту работ и вместе с тем устраняющие опасность поражения током работающих в случае включения электроустановки под напряжение.

Такими защитными приспособлениями, дополняющими стационар­ные конструктивные защитные устройства электроустановок, являют­ся так называемые защитные средства — переносные приборы и приспособления, служащие для защиты персонала, работающего в электроустановках, от поражения током, от воздействия электри­ческой дуги и продуктов горения.

Защитные средства условно делятся на три группы: изолирую­щие; ограждающие; вспомогательные.

Изолирующие защитные средства делятся на основные и допол­нительные.

Основные изолирующие защитные средства способны длительное время выдерживать рабочее напряжение элект­роустановки и поэтому ими разрешается касаться токоведущих частей, находящихся под напряжением, и работать на них. К таким средствам относятся: диэлектрические резиновые перчатки, инструмент с изолированными рукоятками и токоискатели; изолирующие штанги, изолирующие и токоизмерительные клещи, а также указатели высокого напряжения.

Дополнительные изолирующие защитные средства обладают недостаточной электрической прочностью и поэтому не могут самостоятельно защитить человека от поражения током. Их назначение – усилить защитное действие основных изо­лирующих средств, вместе с которыми они должны применяться. К дополнительным изолирующим защитным средствам относятся: диэлектрические боты, перчатки, коврики и изолирующие подставки.

Ограждающие защитные средства предназ­начены: для временного ограждения токоведущих частей (времен­ные переносные ограждения – щиты, ограждения-клетки, изоли­рующие накладки, изолирующие колпаки); для предупреждения ошибочных операций (предупредительные плакаты); для временного заземления отключенных токоведущих частей с целью устранения опасности поражения работающих током при случайном появлении напряжения (временные защитные заземления).

Вспомогательные защитные средства пред­назначены для индивидуальной защиты работающего от световых, тепловых и механических воздействий. К ним относятся защитные очки, противогазы, специальные рукавицы и т. п.

Задача 1. Рассчитать заземляющее устройство трансформаторной подстанции напряжением 6/0,4 кВ. Подстанция понижающая, имеет два трансформатора с изолированными нейтралями на стороне 6 кВ и с глухозаземленными нейтралями на стороне 0,4 кВ. Предполагаемый контур искусственного заземлителя вокруг здания имеет форму прямоугольника длиной 15 м и шириной 10 м. В качества естественного заземлителя будет использована металлическая технологическая конструкция, частично погруженная в землю; ее расчетное сопротивление растеканию, с учетом сезонных изменений, составляет R_Е = 15 Ом. Ток замыкания на землю неизвестен. Однако известна протяженность линий 6 кВ: кабельных l_КЛ = 70 км, воздушных l_ВЛ= 65 км. Заземлитель предполагается выполнить из вертикальных стержневых электродов длиной L_В = 5 м, диаметром d = 12 мм, верхние концы которых соединяются с помощью горизонтального электрода – горизонтальной полосы длиной L_Г = 50 м, сечением 4 х 40 мм, уложенной в землю на глубину t₀ = 0,8 м.

Расчетные удельные сопротивления грунта, полученные в результате измерений и расчета, равны: для вертикального электрода длиной 5 м r_РВ = 120 Ом^.м; для горизонтального электрода длиной 50 м r_РГ = 176 Ом^.м.

Решение.

1. Расчетный ток замыкания на землю на стороне с напряжением U=6 кВ, А:

,

2. Требуемое сопротивление растеканию заземлителя, который принимаем общим для установок 6 и 0,4 кВ, Ом:

,

3. Требуемое сопротивление искусственного заземлителя, Ом:

,

Тип заземлителя выбираем контурный, размещенный по периметру прямоугольника длиной 15 м и шириной 10 м вокруг здания подстанции. Вертикальные электроды размещаем на расстоянии а = 5 м один от другого.

Из предварительной схемы следует, что в принятом нами заземлителе суммарная длина горизонтального электрода L_Г = 50 м, а количество вертикальных электродов n = L_Г/а = 50/5 = 10 шт. (рис.4.8а).

Уточняем параметры заземлителя путем проверочного расчета.

4. Определяем расчетное сопротивление растеканию вертикального электрода, Ом:

,

где d = 12 мм = 0,012 м – диаметр электрода; t = t₀ + 0,5^.l_В = 8 + 0,5^.5 = 3,3 м.

5. Определяем расчетное сопротивление растеканию горизонтального электрода, Ом:

,

где В = 40 мм = 0,04 м – ширина полки уголка; t = t₀ = 0,8 м – глубина заложения электрода.

6. Для принятого нами контурного заземлителя при отношении а/L_В = 5/5 = 1 и n = 10 шт. по таблице 4.23 определяем коэффициенты использования электродов заземлителя: h_в = 0,56 - коэффициент использования вертикальных электродов, h_г = 0,34 - коэффициент использования горизонтального электрода.

7. Находим сопротивление растеканию принятого нами группового заземлителя, Ом:

.

Это сопротивление R = 3,9 Ом больше, чем требуемое R_И = 3,6 Ом, поэтому принимаем решение увеличить в контуре заземлителя количество вертикальных электродов до n = 13 шт.

Затем, для прежнего отношения а/L_В= 1 и вновь принятого количества вертикальных электродов n = 13 шт., по таблице 4.23 находим новые значения коэффициентов использования электродов заземлителя: h_в = 0,53, h_г = 0,32.

8. Находим новое значение сопротивления растеканию тока группового заземлителя:

(Ом)

Это сопротивление R = 3,32 Ом меньше, чем требуемое R_И = 3,6 Ом, но так как разница между ними невелика R_И - R = 0,28 Ом и она повышает условия безопасности, принимаем этот результат как окончательный.

Вывод: окончательная схема контурного группового заземлителя состоит из 13 вертикальных стержневых электродов длиной 5 м и диаметром 12 мм с расстоянием между ними равным 5 м и горизонтального электрода в виде стальной полосы длиной 70 м, сечением 4 х 40 мм, заглубленных в землю на 0,8 м (рис. 4.8б).

Таблица 4.23

Коэффициенты использования электродов заземлителя

Рис. 4.8. Схемы контурных искусственных заземлителей подстанции:

а) предварительная (n = 10 шт., L_Г = 50 м);

б) окончательная (n = 13 шт., L_Г = 70 м).

Варианты заданий для расчета защитного заземления трансформаторной подстанции приведены в таблице 4.26.

Задача 2.Проверить, обеспечена ли отключающая способность зануления в сети, показанной на рис. 4.9, при нулевом защитном проводнике – стальной полосе сечением 40´4 мм. Линия 380/220 В с медными проводами 3´25 мм² питается от трансформатора 400 кВА, 6/0,4 кВ со схемой соединения обмоток «треугольник – звезда с нулевым проводом» (D/Y_Н). Двигатели защищены предохранителями I_1НОМ= 125 А (двигатель 1) и I_2НОМ = 80 А (двигатель 2). Коэффициент кратности тока К = 3.

Решение.

Решение сводится к проверке условия: ,

где I_К – ток однофазного короткого замыкания, проходящего в петле фаза-нуль; I_Д = К^.I_НОМ – наименьший допустимый ток по условию срабатывания защиты (предохранителя); I_НОМ – номинальный ток плавкой вставки предохранителя.

Выполнение этого условия обеспечит надежное срабатывание защиты при коротком замыкании фазы на зануленный корпус электродвигателя, т.е. соединенный нулевым защитным проводником с глухозаземленной нейтральной точкой трансформатора.

1. Определяем наименьшие допустимые значения токов для двигателей 1 и 2, А:

,

.

2. Находим полное сопротивление трансформатора по табл. 4.24: Z_т = 0,056 Ом.

3. Определяем на участке l₁ = 200 м = 0,2 км активное R_1Ф и индуктивное X_1Ф сопротивление фазного провода; активное R_1НЗ и индуктивное X_1НЗ сопротивление нулевого защитного провода и внешнее индуктивное сопротивление X_1П петли фаза-нуль:, Ом

,

где r = 0,018 Ом^.мм²/м – удельное сопротивление медного провода; S₁ = 25 мм² – сечение фазного провода.

Принимаем для фазного медного провода по рекомендации: Х_1Ф = 0.

Находим ожидаемую плотность тока в нулевом защитном проводе – стальной полосе сечением S₂ = 40^.4 = 160 мм², А/мм²:

,

По таблице 4.25 для j₁ = 2 А/мм² и S₂ = 40^.4 = 160 мм² находим: R_1w = 1,54 Ом/км – активное сопротивление 1 км стального провода; Х_1w = 0,92 Ом/км – внутреннее индуктивное сопротивление 1 км стального провода.

Далее находим R_1НЗ и Х_1НЗ для l₁ = 200 м = 0,2 км, Ом:

,

.

Определяем Х_1п для l₁ = 200 м = 0,2 км, Ом:

Х_1п = 0,6 Ом/км – внешнее индуктивное сопротивление 1 км петли фаза-нуль, величина которого принята по справочной литературе.

4. Определяем на всей длине линии l₁₂ = l₁ + l₂ = 250 м = 0,25 км активное R_12ф и индуктивное Х_12ф сопротивления фазного провода, а также внешнее индуктивное сопротивление X_12п петли фаза-нуль, Ом:

.

Аналогично предыдущему принимаем: Х_12ф = 0.

Ожидаемая плотность тока в нулевом защитном проводе, А/мм²:

.

По табл. 4.25. для j₁₂ = 1,5 А/мм² и S₂ =40 ^. 4 = 160 мм ² находим:

R_12w = 1,81 Ом/км

Х_12w = 1,09 Ом/км

Далее находим R_12н3 и X_12н3 для l₁₂ = 250 м = 0,25 км.

R_12н3 = R_12w ^. l₁₂ = 1,81 ^. 0,25 = 0,452 (Ом)

Х_12н3 = Х_12w ^. l₁₂ = 1,09 ^. 0,25 = 0,272 (Ом)

Определяем Х_12п для l₁₂ = 0,25 км, Ом:

Х_12п = Х_1п ^. l₁₂ = 0,6 ^. 0,25 = 0,15,

где Х_1п = 0,6 Ом/км принято по рекомендации как и в предыдущем случае.

5. Находим действительные значения токов однофазного короткого замыкания, проходящих по петле фаза:

а) при замыкании фазы на корпус двигателя 1 (рис.4.9), А:

.

б) при замыкании фазы на корпус двигателя 2, А:

.

Вывод: поскольку действительные значения токов однофазного короткого замыкания I_1k = 375 A и I_2k = 240 А, нулевой защитный провод выбран правильно, т. е. отключающая способность системы зануления обеспечена.

Варианты заданий для расчета зануления приведены в таблице 4.27.

Рис.4.9. Схема сети к расчету зануления.