Электрические и магнитные цепи электрические цепи постоянного тока
 Скачать 3.06 Mb.
|
|
14.2. Основы электробезопасности 14.2.1. Условия поражения электрическим током Электрический ток является источником повышенной опасности для человека, что вызывает необходимость строго соблюдения правил эксплуатации электроустановок и соответствующей подготовки обслуживающего персонала. Поражение электрическим током возможно при прикосновении к токо- ведущим частям электроустановок или к металлическим частям оборудования, оказавшимся под напряжением вследствие нарушения изоляции. Возможно также поражение током в результате приближения человека куста- новкам с неисправной защитой и замкнутыми на землю токоведущими частями Тело человека обладает определённым электрическим сопротивлением, изменяющимся в широких пределах (от 500 до 100000 Ом) и зависящим от многих причин состояния здоровья, состояния и влажности кожного покрова, условий окружающей среды и т.п. В расчётах по технике безопасности сопротивление тела принимается равным 1000 Ом. Электрический ток вызывает ожоги, механические повреждения тканей, поражение нервной системы. Действие тока ощущается, начиная с 0,5 …1,5 мА. Притоке мА человек не может самостоятельно разорвать цепь поражающего его тока, возникает т.н. «приковывание». Ток 50 …60 мА поражает органы дыхания и сердечную мышцу. Считается, что ток в 100 мА представляет смертельную опасность. Степень воздействия на человека зависит также от характера тока. До напряжения в 300 В более опасен переменный ток. В диапазоне напряжений от 300 до 600 В постоянный и переменный ток представляют одинаковую опасность, а выше 600 В более опасным является постоянный ток. По степени опасности поражения током ПУЭ разделяют помещения, в которых находится электрооборудование, натри категории. К первой относятся помещения без повышенной опасности – сухие помещения с непрово- дящими полами, без металлоконструкций, токопроводящей пыли и влажности. К двум другим категориям относятся помещения с повышенной опасностью и особо опасные. Это влажные помещения с повышенной температурой, с токопроводящими полами, где существует возможность одновременного прикосновения к электрооборудованию и металлоконструкциям. Тяжесть поражения электрическим током определяется также контуром, по которому он замыкается в теле человека. Наибольшую опасность представляет прикосновение к токо- ведущим частям двумя руками, когда ток замыкается через органы грудной клетки (рис. 14.3). В сети с напряжениями 380/220 В при прикосновении к фазному и нулевому проводу ток может достигать значения ф мА, а при прикосновении к линейным проводам л U R = ≈ мА, где ф л , U U – фазное и линейное напряжение, а 1000 R ≈ Ом – сопротивление тела. Что, безусловно, смертельно опасно для человека. Прикосновение к неизолированному линейному проводу одной рукой или какой-либо частью тела также опасно, т.к. при этом тело человека и сопротивления изоляции проводов по отношению к земле из образуют несимметричную нагрузку с нейтральной точкой n (рис. 14.4). При этом к человеку прикладывается напряжение 3 nN U U U = − . В сети с глухозаземлённой Рис. 14.3 нейтралью риса и напряжение, приложенное к человеку, оказывается равным фазному. В случае изолированной нейтрали (рис. 14.4, б) к человеку прикладывается разность фазного напряжения и напряжения между нейтральными точками, значение которой стремится к нулю при из ∞ , т.к. из 3 R nN U U →∞ ⎯⎯⎯→ Поэтому сети с изолированной нейтралью более безопасны и применяются там, где велика вероятность поражения электрическим током. В случае пробоя изоляции и замыкании провода на землю в сети с глухо- заземлённой нейтралью возникает короткое замыкание (риса. После чего срабатывает защита и опасная ситуация ликвидируется. В сети с изолированной нейтралью короткого замыкания не возникает и аварийная ситуация может существовать длительно (рис. 14.5, б. При этом напряжения на двух других проводах относительно земли становятся равными линейному напряжению ( 2 3 2 23 nN U U U U U U = ⇒ = − = ), те. увеличиваются враз, что существенно увеличивает опасность поражения электрическим током в случае прикосновения. Кроме прикосновения к токоведущим проводам сети опасность для здоровья и жизни человека возникает при прикосновении к корпусам электроустановок, находящихся под напряжением в результате пробоя изоляции, а также в случае приближения к ним (рис. 14.6). В соответствии с ПУЭ металлические корпуса электроустановок должны быть заземлены, те. электрически соединены землёй, ив случае пробоя изоляции по земле от точки заземления растекается ток замыкания на землю з I . Он создаёт на поверхности земли распределённую разность потенциалов ( ) U l , называемую напряжением на заземляющем устройстве, где l – расстояние от точки заземле- Рис. 14.4 Рис. 14.5 267 ния. В результате находящийся в этом поле человек подвергается действию напряжения равного разности потенциалов между точками его касания земли. Различают два воздействующих на человека значения напряжения напряжение прикосновения п U и напряжение шага ш U (рис. 14.6). Первое является разностью потенциалов между двумя точками цепи тока замыкания на землю при одновременном прикосновении к ним человека, а второе – разностью потенциалов при одновременном касании этих точек ногами человека. Нормативной шириной шага при этом считают один метр. 14.2.2. Защита от поражения электрическим током Для защиты людей от поражения электрическим током ПУЭ требуют применения, по крайней мере, одной из следующих защитных мер заземление, зануление, защитное отключение, разделение электрических цепей, понижение напряжения и применение двойной изоляции. Заземление и зануление являются главными средствами защиты отпора- жения. Под заземлением понимают преднамеренное электрическое соединение открытых токопроводящих частей электроустановок, не находящихся под напряжением, с заземляющими устройствами. В качестве заземляющих устройств используют естественные и искусственные металлические конструкции, находящиеся в земле и имеющие с ней электрический контакт, по возможности, большей площади. В качестве естественных заземляющих устройств используют проложенные в земле водопроводные трубы, трубы скважин, металлические и железобетонные конструкции зданий, находящиеся в контакте с землёй, свинцовые оболочки кабелей, рельсовые пути неэлектри- фицированных железных дороги т.п. Искусственные заземлители представляют собой стальные сварные конструкции с большой площадью поверхности, закопанные в плотный грунт. Занулением называется преднамеренное соединение открытых токопро- водящих частей электроустановок, не находящихся под напряжением, с глу- хозаземлённой нейтралью генератора или трансформатора. Заземлению и/или занулению подлежат все доступные прикосновению металлические корпуса и конструкции электрооборудования, которые при нарушении целостности изоляции могут оказаться под напряжением. Рис. 14.6 Электрические сети переменного тока согласно ПУЭ выполняются либо с глухозаземлённой нейтралью, либо с изолированной нейтралью (рис. 14.7). Системы питания с глухозаземлённой нейтралью обозначают буквами TN , ас изолированной нейтралью буквами IT . В зависимости от режима использования нулевого (нейтрального) провода реализация системы TN возможна в трёх вариантах с нулевым (нейтральным) проводом, используемым на всём протяжении как рабочий и как защитный проводник ( PEN )– система TN-C ; с раздельными рабочими защитным ( PE ) проводниками на всём протяжении система TN-S ; с совмещённым нулевым проводником (PEN) на начальном участке сети и последующим разделением его на рабочий и защитный проводники. – система TN-C-S . Под рабочим нулевым проводом понимают проводник, используемый для питания приёмников и соединённый с глухоза- землённой нейтралью, а подзащитным проводник, соединяющий с нейтралью зануляемые части электроустановок. В системах TN основным средством защиты является зануление. Использование заземления в таких сетях допускается только в сочетании с за- нулением. Это связано стем, что при отсутствии зануления в случае пробоя изоляции корпус электроустановки окажется под напряжением, примерно равным половине фазного напряжения. При этом защита от короткого замыкания может не сработать, если её уставка больше тока короткого замыкания Рис. 14.7 на землю з ф /( ) N e I U R R = + , где , N e R R – сопротивления заземляющих устройств трансформатора и заземлённой электроустановки. При нормативном значении сопротивлений 4 N e R R = = Ом и фазном напряжении 220 В ток замыкания на землю составит 27,5 А, что соответствует нагрузке 6 кВт. Следовательно, при пробое изоляции в сетях с защитой, рассчитанной на большую мощность, отключение не произойдет. В системах IT основным средством защиты является заземление, которое должно сочетаться с контролем сопротивления изоляции или защитным отключением. Защитное отключение является современным эффективным средством защиты для любой системы питания. Оно реализуется с помощью устройств защитного отключения (УЗО), основным элементом которых является дифференциальный трансформатор (ДТ) (рис. 14.8). Он представляет собой трансформатор с двумя одинаковыми обмотками w , включёнными последовательно встречно в линейный и нулевой провод цепи питания нагрузки. При одинаковых токах в обеих обмотках магнитный поток в сердечнике трансформатора равен нулю. Соответственно равна нулю и ЭДС, наводимая этим потоком в третьей обмотке ( w′ ). Если через изоляцию нагрузки (из) происходит утечка, то токи в линейном проводе ив нулевом рабочем проводе N будут отличаться ив обмотке управления трансформатора w′ появится ЭДС, величина которой будет пропорциональна разности токов, те. току утечки ут1 ут2 I I + . Причём, путь, по которому происходит утечка тока не имеет значения, и устройство одинаково реагирует как на старение или пробой изоляции ( ут1 I ), таки на прямое или косвенное прикосновение человека к токоведущим частям установки ( ут2 I ). При превышении током утечки заданного порогового значения сигнал с обмотки управления воздействует на ключи отсоединяет нагрузку от линейного провода. Ток срабатывания УЗО составляет величину не более 30 мА, а время срабатывания не превышает 10 мс, что практически полностью обеспечивает безопасность людей. Однако для повышения надёжности в УЗО Рис. 14.8 предусмотрен режим тестирования исправности, когда с помощью кнопки Тест имитируется утечка с номинальным пороговым значением. Понижение напряжения до безопасного уровня (менее 42 В) широко используется на производстве для питания ручного электроинструмента и местного освещения. Однако при этом не исключается опасность пробоя изоляции между обмотками высшего и низшего напряжений понижающего трансформатора, имеющего обычное исполнение, и поражение электрическим током, т.к. вторичная обмотка понижающего трансформатора и корпус должны быть заземлены или занулены. В ответственных случаях используют разделительные трансформаторы. Они имеют специальную конструкцию с усиленной изоляцией и заземлённым экраном между обмотками, исключающим возможность перехода напряжения первичной обмотки на вторичную при пробое изоляции. Напряжение вторичной обмотки разделительного трансформатора ограничено 380 В, и к нему можно подключать только один при- ёмник с мощностью соответствующей току первичной обмотки не превышающему А. При этом не допускается заземление вторичной обмотки. В некоторых случаях, например, для переносных приёмников защиту от поражения током осуществляют с помощью двойной или усиленной изоляции При использовании двойной, те. рабочей и защитной изоляция проводников, предполагается, что повреждение одной из её составляющих не приводит к появлению опасных напряжений в местах доступных прикосновению. Усиленная изоляция в соответствии с требованиями ПУЭ должна обеспечивать степень защиты эквивалентную двойной изоляции. Вопросы для самопроверки 1. Какая величина тока смертельно опасна для человека 2. Какой вид тока более опасен постоянный или переменный 3. Почему прикосновение двумя руками к токоведущим элементам оборудования наиболее опасно 4. Почему сеть с изолированной нейтралью считается более безопасной. Почему для электроснабжения жилых зданий и освещения используют сети с глухозаземлёной нейтралью 6. Какую опасность для человека создаёт пробой изоляции электрооборудования. Что такое напряжение прикосновения и напряжение шага 8. Какие меры предусмотрены правилами устройства электроустановок для защиты людей от поражения электрическим током 9. Что такое заземление (зануление)? 10. Что такое рабочий, защитный и совмещённый нулевой провод 11. Что такое защитное отключение 12. Как работает устройство защитного отключения 271 13. От каких опасных ситуаций в сети защищает устройство защитного отключения 14. Какой уровень напряжения считается безопасным для человека 15. Чем отличаются трансформаторы, используемые для понижения напряжения и для разделения электрических цепей Литература 1. Электротехника учебник для вузов/А.С. Касаткин, МВ. Немцов. – ее) изд, стер М Издательский центр Академия, 2007 (2005) . – 544 с. 2. Электротехника и электроника Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений/М.А. Жаворонков, А.В. Кузин. – М Издательский центр Академия, 2005. – 400 с. 3. Электротехника/Б.А. Волынский, Е.Н. Зейн, В.Е. Шатерников: Учеб. пособие для вузов. – М Энергоатомиздат, 1987. – 528 с. 4. Общая электротехника Учеб. пособие для вузов/Под ред. АТ. Блажкина. – Л Энергоатомиздат, 1986. – 592 с. 5. Прянишников В.А. Электротехника и ТОЭ в примерах и задачах Практическое пособие / В.А. Прянишников, Е.А. Петров, Ю.М.. Осипов – СПб.: Корона принт, 2001. – 336 сил Глоссарий А Автотрансформатор – вид трансформатора, в котором между первичной и вторичной обмотками кроме магнитной существует также электрическая связь. Активная мощность – мощность, соответствующая электрической энергии, преобразуемой двухполюсником в неэлектрические виды приданном напряжении и токе на входе двухполюсника. Активная проводимость – вещественная часть комплексной проводимости, определяющая интенсивность преобразования двухполюсником электрической энергии в неэлектрические виды. Активное напряжение – составляющая входного напряжения двухполюсни- ка, совпадающая по фазе стоком и соответствующая активной мощности, преобразуемой двухполюсником приданном входном токе. Активное сопротивление – вещественная часть комплексного сопротивления, определяющая интенсивность преобразования двухполюсником электрической энергии в неэлектрические виды. Активный слой ротора гистерезисного двигателя – часть ротора в виде сплошного или состоящего из колец полого цилиндра, который в асинхронном режиме перемагничивается за счёт МДС статорной обмотки. Активный ток – составляющая входного тока двухполюсника, совпадающая по фазе с напряжением и соответствующая активной мощности, преобразуемой двухполюсником приданном входном напряжении. Асинхронный двигатель с двойной беличьей клеткой – двигатель с двумя беличьими клетками в пазах ротора, в результате чего пусковой момент увеличивается не только за счёт изменение сопротивления ротора, вызванного вытеснением тока в наружную клетку припуске, но также за счёт различия сопротивлений клеток. Асинхронный двигатель с экранированными (расщеплёнными) полюсами – явнополюсный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, у которого часть полюса охвачена (экранирована) короткозамкнутым витком, создающим фазовый сдвиг магнитного потока в экранированной части, в результате чего потоки экранированной и неэкранированной частей формируют вращающееся магнитное поле. Асинхронный пуск – ввод синхронного двигателя в синхронизм путём разгона ротора до скорости близкой к синхронной с помощью асинхронного вращающего момента, создаваемого пусковой короткозамкнутой обмоткой, расположенной на роторе, или присоединённым к валу пусковым асинхронным двигателем. Б Безредукторный электропривод – электропривод, не имеющий механических преобразователей координат движения, в котором управление движением осуществляется электрическим регулятором. Беличья клетка – название конструкции обмотки ротора асинхронного двигателя, состоящей из нескольких стержней и двух колец, замыкающих их по краями внешне напоминающая прототип, от которого произошло назва- ние. Беспазовый якорь – конструкция якоря исполнительного двигателя постоянного тока, в которой проводники обмотки якоря расположены на гладкой цилиндрической поверхности якоря, чем достигается уменьшение индуктивности обмотки и улучшение условий коммутации. В Вебер-амперная характеристика – зависимость потокосцепления участка электрической цепи от протекающего по нему тока. Векторная диаграмма – совокупность векторов, изображающая синусоидальные токи, напряжения и ЭДС, действующие в электрической цепи. Ветвь электрической цепи – связная совокупность элементов электрической цепи, образующих путь для протекания тока между двумя узлами. Вихревые токи (токи Фуко – электрический ток, возникающий под действием ЭДС индукции в проводящей среде, находящейся в изменяющемся магнитном потоке, и замыкающийся по концентрическим контурам, охватывающим магнитные линии. Внешняя характеристика автономного синхронного генератора – зависимость напряжения на выходе генератора от величины тока нагрузки при неизменном коэффициенте мощности нагрузки, номинальном токе возбуждения и скорости вращения. Внешняя характеристика источника электрической энергии – зависимость напряжения на выходе источника оттока в нагрузке. Внешняя характеристика трансформатора – зависимость напряжения на вторичной обмотке трансформатора от величины тока нагрузки. |