Исследование опасности трехфазных электрических сетей напряжением до и более 1000 В. 3 Практика БЖД последовательность решения. Практическая работа 3 Исследование опасности трехфазных электрических сетей напряжением до и более 1000 В
 Скачать 201.86 Kb.
|
|
Практическая работа № 3 Исследование опасности трехфазных электрических сетей напряжением до и более 1000 В ЦЕЛИ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ 1. Ознакомление с действием электрического тока на организм человека и основными факторами, влияющими на исход поражения. 2. Изучение значения изоляции электрооборудования для обеспечения электробезопасности. 3. Ознакомление с областью применения, принципом действия защитного заземления. 4. Ознакомление с областью применения, принципом действия зануления. 5. Ознакомление с областью применения защитного отключения. 6. Выполнение расчета защитного заземления согласно указанному преподавателем варианту и ответов на контрольные вопросы. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 1.1. Действие электрического тока на организм человека и основные факторы, влияющие на исход поражения Действие электрического тока на организм человека носит своеобразный и разносторонний характер. Проходя через организм человека, электрический ток вызывает электрическое (проявляется в разложении крови и других жидкостей организма), термическое (заключается в ожогах отдельных участков тела, нагрева сосудов и т.п.) и биологическое (проявляется как раздражение и возбуждение живых тканей организма) воздействие. Это многообразие действий электрического тока может привести к двум видам поражения: местным электротравмам и общим электрическим ударам. Местные электрические травмы – это четко выраженные местные повреждения ткани организма. Различают следующие электротравмы: электрические ожоги, электрические знаки (пятна серого или бледно-желтого цвета на поверхности кожи размером 1...5 мм; встречаются знаки и другого вида), металлизация кожи, электроофтальмия (поражение наружных оболочек глаз излучением электрической дугой ультрафиолетовых лучей) и механические повреждения (из-за резких непроизвольных сокращений мышц под действием тока, а также из-за падения с высоты и т.п.). Электрический удар является следствием протекания тока через тело человека, при этом под угрозой поражения оказываются его органы и системы, в том числе сердце, лёгкие, центральная нервная система. Поэтому он является наиболее опасным. Характер и последствия воздействия на человека электрического тока зависит от следующих факторов. 1. Электрическое сопротивление тела человека Сопротивление тела человека электрическому току колеблется в широких пределах в зависимости от состояния кожи, площади и плотности контакта, места касания, приложенного напряжения и др. Поэтому в качестве расчетной величины при переменном токе промышленной частоты активное сопротивление тела человека току принимают равным 1000 Ом. 2. Величина тока Сила тока, проходящего через тело человека, является основным фактором, обусловливающим исход поражения электрическим током. Человек начинает ощущать воздействие переменного тока силой 0,5...1,5 мА, а постоянного — силой 5...7 мА. Указанные значения являются пороговыми ощутимыми токами. Переменный ток силой 10 ... I5 мА (для постоянного тока – 50 ... 60 мА) вызывает сильные и болезненные судороги мышц руки, т. е. человек не может разжать руку. Такой ток называется пороговым неотпускающим. При силе тока 100 мА для переменного и 300 мА для постоянного тока происходит фибрилляция сердца (быстрые хаотические и разновременные сокращения волокон сердечной мышцы), при которой сердце перестает работать. При прохождении через сердце тока больше 5А происходит его мгновенная остановка. 3. Продолжительность воздействия электрического тока Продолжительное воздействие электрического тока приводит к тяжёлым и смертельным поражениям. 4. Пути тока через тело человека Путь прохождения тока через тело человека играет существенную роль в исходе поражения в связи с тем, что ток может пройти через жизненно важные органы: сердце, легкие, головной мозг и др. Возможных путей тока в теле человека достаточно много. Наиболее часто встречаются пути тока: рука – рука, рука – ноги, нога – нога. 5. Род и частота электрического тока Постоянный ток примерно в 4...5 раз безопаснее переменного (до напряжения 250 ... 300 В). С повышением частоты переменного тока (более 1...2 кГц) опасность поражения уменьшается, поэтому применяемый на практике переменный ток частотой 50 Гц представляет наибольшую опасность. 6. Индивидуальные свойства человека Установлено, что физически здоровые и крепкие люди легче переносят воздействие электрического тока. 7. Условия внешней среды Условия окружающей среды также влияют на опасность поражения электрическим током. Поэтому согласно ПУЭ все помещения по опасности поражения электрическим током делят на следующие классы: без повышенной опасности, с повышенной опасностью особо опасные. 1.2. Условия и основные причины поражения током Наиболее часто встречаются два случая замыкания цепи тока через тело человека: а) человек касается одновременно двух проводов – двухфазное замыкание; б) человек касается лишь одного провода – однофазное прикосновение. Двухфазное прикосновение более опасно, т.к. к человеку прикладывается наибольшее напряжение (обычно линейное). При двухфазном прикосновении ток через тело человека не зависит от режима нейтрали сети. При однофазном прикосновении ток, проходящий через тело человека, зависит от режима нейтрали источника тока, сопротивления изоляции проводов относительно земли, сопротивления пола, обуви и др. Согласно ПУЭ предусмотрено применение при напряжении до 1 кВ двух схем трехфазных сетей: трехпроводной с изолированной нейтралью и четырехпроводной с заземленной нейтралью. Следует иметь в виду, что при прочих равных условиях прикосновение человека к одной фазе сети с изолированной нейтралью менее опасно, чем в сети с заземленной нейтралью. Основные причины поражения электрическим током 1. Случайное прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением в результате ошибочных действий при проведении работ, неисправности защитных средств. 2. Появление напряжения на металлических частях электрооборудования из-за повреждения изоляции токоведущих частей, замыкания фазы сети на землю и конструктивные части электрооборудования. 3. Появление напряжения на отключенных токоведущих частях при ошибочном включении отключенной установки, замыканий между отключенными и находящимися под напряжением токоведущими частями, разряда молнии в электроустановку. 4. Возникновение напряжения шага на участке земли, где находится человек, при замыкании фазы на землю, неисправности в устройстве защитного заземления. 1.3. Защитные меры в электроустановках В соответствии с ГОСТ 12.1.009-76 (1999), ГОСТ 12.1.019-79 (2001), ГОСТ 12.1.030-81 (2001) электробезопасность обеспечивается: 1) конструкцией электроустановки; 2) техническими способами и средствами защиты; 3) организационными мероприятиями. Конструкция электроустановки должна соответствовать условиям их эксплуатации и обеспечивать защиту персонала от соприкосновения с токоведущими и движущими частями. К техническим способам и средствам относятся: изоляция токоведущих частей, защитное заземление, зануление, защитное отключение, малое напряжение и др. При выполнении данной лабораторной работы рассматриваются изоляция токоведущих частей и защитное заземление. 1.3.1. Изоляция токоведущих частей Изоляция токоведущих частей является одной из основных мер, обеспечивающих электробезопасность при эксплуатации электроустановок. Для изоляции токоведущих частей применяют несколько видов изоляции: рабочую, дополнительную, двойную и усиленную. Рабочая изоляция — это изоляция токоведущих частей электроустановки, обеспечивающая её нормальную работу и защиту от поражения электрическим током. Рабочей изоляцией являются эмаль и оплетка обмоточных проводов, пропиточные лаки, компаунды и др. Дополнительная изоляция предусматривается дополнительно к рабочей в случае её повреждения. Такой изоляцией могут быть пластмассовый корпус машины, изолирующая втулка и др. Двойная изоляция — изоляция, состоящая из рабочей и дополнительной. Разрешается пользоваться электроинструментом и другими устройствами с двойной изоляцией без применения других защитных средств. Усиленная изоляция — улучшенная рабочая изоляция, обеспечивающая такую же степень защиты, как и двойная изоляция. Согласно ПУЭ сопротивление изоляции для большинства электроустановок напряжением до 1 кВ должно быть не ниже 0,5 МОм на фазу. Измерения проводят на отключенной электроустановке обычно между каждой парой фаз в каждой фазе относительно земли или корпуса. Существует также контроль сопротивления изоляции под рабочим напряжением. Замер изоляции осуществляют при вводе в эксплуатацию вновь смонтированных и вышедших из ремонта электроустановок, а также периодически. 1.3.2. Защитное заземление Защитное заземление – наиболее распространенная, весьма эффективная и простая мера защиты от поражения током. Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Принцип действия защитного заземления – снижение напряжения между корпусом или другими частями электроустановки, оказавшимися под напряжением, и землей до безопасного значения. Это достигается созданием между корпусом защищаемого устройства и землей электрического соединения с достаточно малым сопротивлением. Область применения защитного заземления – трехфазные трехпроводные сети напряжением до I кВ с изолированной нейтралью и выше 1 кВ с любым режимом нейтрали. В соответствии с ГОСТ 12.1.030.81 (2001г.) защитное заземление или зануление электроустановок следует выполнять: - при номинальном напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока - во всех случаях; - при номинальном напряжении от 42 до 380 В переменного тока и от 110 до 440 В постоянного тока при работах в условиях с повышенной опасностью и особо опасных по ГОСТ 12.1.013-78. Во взрывоопасных помещениях защитное заземление выполняется независимо от величины напряжения. На рис. 1.1 приведена принципиальная схема защитного заземления.  Рис 1.1 Принципиальная схема защитного заземления: 1 – электроустановка; 2 – заземлитель; 3 – заземляющий проводник; 4 – плавкие предохранители Как видно из рис. 1.1, корпус заземляющего электрооборудования в случае его контакта может оказаться под напряжением, равным   ,где IЗ – ток замыкания на землю; RЗ – допустимое значение сопротивления заземления. Наибольшие допустимые значения сопротивления заземляющих устройств, установленные ПУЭ, приведены в табл.1.1. Наибольшее значение силы тока однофазного замыкания на землю в сетях напряжением 380 или 220 В с изолированной нейтралью может быть  . Поэтому имеем при наличии защитного заземления  , и ток, проходящий через человека, будет равен Из этого выражения следует, что для обеспечения электробезопасности заземленной установки необходимо, чтобы сопротивление заземления было как можно меньше. Таким образом, эффективность защитного заземления состоит в уменьшении напряжения, под которым может оказаться заземленный корпус до сравнительно небольшой величины. Поэтому оно называется защитным. Таблица 1.1 Допустимые значения сопротивления защитного заземления
3аземляющее устройство состоит из заземлителей и заземляющих проводников. Заземлитель – это металлический проводник или группа, находящиеся в непосредственном соприкосновении с землёй. Различают искусственные и естественные заземлители. Искусственные заземлители в основном выполняются в виде вертикально погруженных стальных труб диаметром 30...50 мм, уголков размером от 40 х 40 мм до 60 х 60 мм и стержней диаметром 10 ... 12 мм, сваренных по верхним концам горизонтальной соединительной полосой (сечением не менее 4 х 12 мм или круглого сечения диаметром не менее 6 мм). Естественные заземлители – это находящиеся в земле металлические предметы (водопроводы, подземные металлические конструкции зданий и сооружений, обсадные трубы скважин и т.д.). По расположению заземлителей относительно заземленных корпусов различают выносное (заземлители располагаются на некотором удалении от заземляющего оборудования) и контурное заземление (заземлители располагаются по контуру вокруг заземляемого оборудования на некотором расстоянии друг от друга). Измерение сопротивления защитного заземления производится после монтажа, через год после включения в эксплуатацию, а в последующем – после ремонта электроустановки, ежегодно – цеховых электроустановок и через 3 года – на подстанциях потребителей. Испытания проводятся летом при наибольшем просыхании почвы и зимой при наибольшем её замерзании. Проверку оформляют актом. Внешний осмотр проводят не реже 1 раза в 6 месяцев, а в помещении с повышенной опасностью и особо опасных не реже 1 раза в 3 месяца. 1.3.3. Зануление Зануление – преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Недопустимый к применению термин – синоним «защитное зануление». Задача зануления – устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус. Разрешается эта задача отключением поврежденной электроустановки сети.  Рис. 1.2. Схема зануления Принцип действия зануления (смотри рисунок 1.2) – превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (т.е. замыкание между фазным и нулевым проводами), с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную установку от питающей сети. Такой защитой могут быть плавкие предохранители, магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой, контакторы в сочетании с тепловыми реле, автоматы, осуществляющие защиту одновременно от токов короткого замыкания и от перегрузки. Зануление применяют в трехфазных четырехпроводных сетях с изолированной нейтралью, а также в трехпроводных сетях постоянного тока с глухозаземленной средней точкой. В сети с заземлением корпус приемника нельзя заземлять, не присоединив его к нулевому защитному проводу. При занулении необходимо выполнение двух условий: 1)  ,где К=1,4...1,6 – для автомата; К=3...6 – для взрывоопасных помещений;  - ток срабатывания плавкой вставки;2) нулевой провод повторно заземляют (RП) через каждые 250 м, что позволяет снизить напряжение на корпусе относительно земли в момент короткого замыкания и особенно при обрыве нулевого провода. Одновременное зануление и заземление одного и того же корпуса, а точнее – заземление зануленного корпуса не только не опасно, а напротив, улучшает условия безопасности, т.к. создает дополнительное заземление нулевого защитного провода. 1.3.4. Защитное отключение Защитное отключение – быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током. При применении этого вида защиты безопасность обеспечивается быстродействующим (0,1 – 0,2 с) отключением аварийного участка или всей сети при однофазном замыкании на землю или на элементы электрооборудования, нормально изолированные от земли, а также при прикосновении человека к частям, находящимся под напряжением. Защитное отключение может служить дополнением к системам заземления и зануления, а также в качестве единственной и основной меры защиты. Схемы и конструкции устройств защитного отключения основаны на различных принципах действия. На рис.1.3 приведена наиболее простая схема защитного отключения, срабатывающего при появлении напряжения на корпусе относительно земли. В схемах этого типа датчиком может служить реле напряжения РЗ, включенное между корпусом и вспомогательным заземлителем.  Рис. 1.3. Схема защитного отключения, срабатывающего при появлении напряжения на корпусе относительно земли: РЗ – защитное реле; КЗ – замыкающие контакты РЗ; АВ – автоматический выключатель; КН – контрольная кнопка; RЗ – защитное заземление; RВ – вспомогательное заземление Защитное отключение - весьма перспективная мера защиты на предприятиях химической промышленности, особенно в помещениях, особо опасных в отношении поражения электрическим током, а также во взрывоопасных зонах. 2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ Расчет защитного заземления имеет целью определить необходимое число вертикальных электродов при принятых их размерах и размещении на плане электроустановки, длину соединительной полосы, исходя из условия, что общее сопротивление растеканию тока заземляющего устройства не превысит допустимых ПУЭ значений Rз. Для расчета необходимы следующие исходные данные. 1. Характеристика электроустановки – рабочее напряжение, мощность питающих трансформаторов, расчетный ток замыкания на землю. 2. Форма и размеры вертикальных электродов, глубина их погружения в землю, размеры соединительной полосы и план размещения заземлителей. З. Удельное сопротивление грунта на участке, где будут установлены электроды, а также климатическая зона района. 4. Сведения о возможности использования естественных заземлителей. Расчет производится в следующем порядке. 1. На основании исходных данных, и в соответствии с требованиями ПУЭ, определяется допустимое нормативное сопротивление заземляющего устройства (табл. 1.1). 2. Определяется расчетное значение удельного сопротивления грунта для вертикальных электродов и горизонтальной соединительной полосы:  ,  ,где  – удельное сопротивление грунта (принимается в зависимости от грунта, приложение 1);Ψв и Ψг – коэффициент сезонности, учитывающий климатическую зону (принимается по приложению 2). 3. Рассчитывается сопротивление одиночного заземлителя по соответствующей формуле (приложение 3) в зависимости от типа заземлителя. 4. Определяется в первом приближению необходимое количество вертикальных электродов  .Если число не целое, то оно округляется в большую сторону. 5. Находятся коэффициент использования ηв вертикальных электродов для найденного числа n1 электродов с учетом расположения электродов и отношения расстояния между электродами к их длине а/l (приложение 4). 6. Определяется сопротивление группы вертикальных электродов с учетом коэффициента использования:  .7. Определяется длина горизонтальной соединительной полосы Ln. Длина полосы принимается Ln = 1,05•a•n1 – для электродов, расположенных по контуру; Ln = 1,05•a•(n1 – 1) – для электродов, расположенных в ряд. 8. По формулам, приведенным в приложении 3, вычисляется сопротивление растеканию тока соединительной полосы R1n. 9. Находится коэффициент использования ηг горизонтальной соединительной полосы для найденного числа n1 электродов (с учетом отношения расстояния между электродами к их длине и учетом размещения электродов (приложение 5)). 10. Вычисляется сопротивление соединительной полосы с учетом коэффициента использования:  11. Результирующее сопротивление растеканию тока всего заземляющего устройства равно  .12. Сравнивается вычисленное значение Rзу с допустимой величиной R3. Если Rзу ≤ Rз , то оставляют число n1. Если Rзу > Rз, то увеличивают n1 до n2 (принимают n2 = n1 + (1...3)) и расчет повторяют для n2 c пункта 5. Если и при n2 имеет место Rзу > Rз, то методом последовательного увеличения добиваются того, чтобы Rзу < Rз. Варианты для выполнения расчета защитного заземления представлены в табл. 3.1. Таблица 3.1 Варианты для выполнения расчета защитного заземления
Обозначение 30 вариантов с учетом № грунта (см. Приложение 1):
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Приближенные значения удельных сопротивлений различных грунтов
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Признаки климатических зон и соответствующие им коэффициенты сезонности Ψ для однородного грунта
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Формулы для вычисления сопротивления растеканию тока одиночных заземлений
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Коэффициенты использования ηв вертикальных электродов группового заземлителя (труб, уголков и т.п.) без учета влияния полосы связи
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 Коэффициент использования ηг горизонтального полосового электрода, соединяющего вертикальные
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Какое действие оказывает электрический ток, проходя через организм? 2. Виды поражений электрическим током. 3. Укажите основные факторы, влияющие на исход поражения электрическим током. 4. Значение порогового не отпускающего тока. 5. Значение смертельного тока для человека. 6. Значение активного сопротивления тела человека, принимаемое при расчетах. 7. Что понимается под “двухфазным” и “однофазным” прикосновением? 8. Основные причины поражения электрическим током. 9. Укажите виды изоляции. 10. Минимальное сопротивление изоляция для электроустановок до 1 кВ. 11. Что понимается под защитным заземлением? 12. Принцип действия защитного заземления. 13. Область применения защитного заземления. 14. Укажите значения наибольшего допустимого сопротивления заземляющего устройства. 15. Укажите виды заземлителей. 16. Каким прибором осуществляется измерение сопротивления изоляции? Его устройство и принцип действия. 17. Каким прибором осуществляется измерение сопротивления заземляющего устройства? Его устройство и принцип действия. 18. В каком порядке осуществляется расчет защитного заземления? 19. Что понимается под занулением? 20. Область применения зануления. 21. Что понимается под защитным отключением? 22. Область применения защитного отключения. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
но не более 10
>>d
