просмотр попытки. Тема 10 Обеспечение электробезопастности на рабочих местах. Тема 10. Обеспечение электробезопасности
 Скачать 1.2 Mb.
|
|
специальным (основным!!!)техническим средствам защиты от поражения электрическим током относятся: - защитное заземление (в сетях с изолированной нейтралью), - защитное зануление (в сетях с заземленной нейтралью), - защитное отключение (может применяться в обоих типах сетей). Дадим определение специальным техническим средствам защиты от поражения электрическим током. Защитное заземление – это преднамеренное соединение с землей или ее эквивалентом (фундамент здания, металлические конструкции и т.д.) металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Защитное зануление – это преднамеренное электрическое соединение с 14 нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Защитное отключение – это быстродействующее автоматическое отключение электроустановки, которая может оказаться под напряжением. Это автоматические приборы, в основном реагирующие на изменение напряжения электрооборудования по отношению к земле и обеспечивающие защиту за счет очень короткого времени срабатывания (менее 0,2 с). Защитное заземление и зануление электроустановок выполняется при следующих условиях: 1) на всех электроустановках с напряжением 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока; 2) на всех электроустановках в помещениях с повышенной опасностью, особоопасных помещениях и на наружных установках с напряжением 42 В и выше переменного тока и 110 В и выше постоянного тока. Защитное заземление и зануление не требуется на электроустановках с напряжением до 42 В переменного тока и до 110 В постоянного тока. Принцип действия заземления состоит в уменьшении разности потенциалов между заземляемыми частями электрооборудования и землей до безопасной величины за счет малого сопротивления системы заземления по отношению к сопротивлению тела человека. Сопротивление тела человека 1000 Ом, а сопротивление системы заземления при напряжениях до 1000 Вольт не более 4 Ом. В соответствии с ПТЭЭП [4], периодичность проверки состояния заземляющих устройств (контура заземления) осуществляется: 1. Визуальный осмотр видимых частей заземляющих устройств должен проводится не реже 1 раза в 6 месяцев ответственным за электрохозяйство Потребителя или работником им уполномоченным. При осмотре оценивается состояние контактных соединений между защитным проводником и оборудованием, наличие антикоррозионного покрытия, отсутствие обрывов. 15 Результаты осмотров должны заноситься в паспорт заземляющего устройства. 2. Осмотр с выборочным вскрытием грунта должен проводится не реже одного раза в 12 лет. 3. Периодичность измерения сопротивления заземляющего устройства электроустановок проводят не реже 1 раза в 12 лет. Конструктивно заземление может быть контурным, когда заземлители располагаются снаружи здания по его периметру, или выносным. При устройстве системы заземления предпочтительнее использовать естественные заземлители: фундаменты зданий или металлические каркасы зданий; водопроводы и другие системы, по которым не перемещаются горючие и взрывоопасные газы и жидкости; рельсы железнодорожных путей, если дорога не электрофицирована. Принцип действия защитного зануления состоит в том, что при замыкании фазы на корпус электрооборудования происходит однофазное короткое замыкание, при этом срабатывает максимальная токовая защита и отключает поврежденную фазу. Для отключения используют плавкие предохранители (время срабатывания 5…7 сек) или автоматические выключатели (1…2 сек). Индивидуальные средства защиты: а) Основные. При напряжении до 1000 В – это диэлектрические перчатки, инструмент с изолирующими рукоятками и т.д. Обеспечивают защиту от напряжения прикосновения. б) Дополнительные индивидуальные средства (до 1000 В): диэлектрические резиновые коврики, изолирующие подставки, и т.д.; они обеспечивают защиту от шагового напряжения и усиливают действие основных средств. Трехфазные четырехпроводные сети с глухозаземленной нейтралью очень широко применяются при напряжениях до 1000 В. Нулевым защитным проводом в таких сетях называется проводник, соединяющий зануляемые части 16 электрооборудования с глухозаземленной нейтральной точкой трансформатора или генератора. На рисунках 10.6-10.8 показаны схемы заземления и зануления в трехфазных сетях. Рисунок 10.6. - Принципиальные схемы защитного заземления: а) – в сети с изолированной нейтралью до 1000 В и выше; б) – в сети с заземленной нейтралью выше 1000 В; 1 – заземленное оборудование; 2 – заземлитель защитного заземления; 3 – заземлитель рабочего заземления; r з , r 0 – сопротивления соответственно защитного и рабочего заземлений; I з – ток замыкания на землю а) б) 17 Рисунок 10.7. - Схема трехфазной трехпроводной сети до 1000 В с заземленной нейтралью Рисунок 10.8. - Принципиальная схема зануления: 1 – корпус оборудования; 2 - аппараты для защиты от токов короткого замыкания (плавкие предохранители , автоматы и т.п.); R 0 – сопротивление заземления нейтрали источника тока; R n - сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника; I k - ток короткого замыкания Заземляющие устройства подразделяются на естественные и искусственные. Искусственные заземляющие устройства подразделяются на 18 контурное, выносное, одиночное (рисунок 10.9). а) б) в) Рисунок 10.9 – Схемы искусственного защитного заземления: А – контурная система заземления; б – выносная система заземления; в – одиночный заземлитель; 1 – электрические установки; 2 – стена производственного помещения; 3 – соединительная полоса; 4 – заземлитель; 5 – наружная соединительная полоса 1 2 4 5 3 4 3 2 1 1 4 19 В качестве естественного заземляющего устройства используются: бетонные фундаменты и металлические конструкции зданий, имеющие соприкосновение с землей; кабели, проложенные в земле и предназначенные для других целей; трубопроводы, проложенные в земле и предназначенные для других целей. В качестве искусственного заземляющего устройства используются вертикально установленные трубы, прутки или уголки, соединенные металлической полосой. Контурное заземление применяется для производственных помещений больших габаритов. Выносное заземление применяется для производственных помещений небольших габаритов. Одиночных заземлитель применяется для отдельных электрических установок. Согласно ПУЭ допустимое сопротивление заземляющих устройств составляет: - на электроустановках с напряжением до 1000 В – не более 4 Ом; - на электроустановках с напряжением свыше 1000 В – не более 0,5 Ом. 10.4 Защитное автоматическое отключение Как отмечалось ранее, опасным фактором для здоровья становится прохождение через человека тока в течение более 1-ой секунды, что оказывает необходимость введения контроля времени опасного воздействия. Поэтому в дальнейшая разработка способов защиты человека от поражения электрическим током была связана с поиском возможностей ограничения длительности воздействия электрического тока на основе использования устройств автоматического отключения источника питания. Электроустановка при занулении защищается одним или несколькими устройствами автоматического отключения (предохранителями и автоматическими выключателями). В случае появления сверхтоков 20 (перегрузки, короткие замыкания) или недопустимой тепловой нагрузки происходит отключение от питания поврежденного участка цепи. В настоящее время используются в основном автоматические выключатели (АВ). Автоматический выключатель - механический или электронный коммутационный аппарат контактного действия, предназначенный для включения и соединения цепи при нормальных условиях и автоматического отключения в течение регламентированного времени при нормированных нерабочих условиях в цепи, таких как токи короткого замыкания (сверхтоки). Автоматические устройства защиты (1-, 2-х, 3-х и 4-х полюсные) должны выбираться с учетом параметров электроустановки, ожидаемых токов короткого замыкания, характеристик нагрузки, условий прокладки и тепловых характеристик проводников (рисунок 10.10). а) б) в) Рисунок 10.10 – Одно- (а), двух- (б) и четырех- (в) полюсные автоматические выключатели сноминальным током I н =16A. Автоматические выключатели разделяются по току мгновенного расцепления: типы B, C и D (с различной кратностью сверхтоков от 3…5 I н (тип В), 5…10 I н (типС), 10…20 I н тип D). Такой диапазон кратности 21 параметров контроля токов короткого замыкания позволяет учитывать структуру электросетей. На 1-м уровне потребления для контроля отдельных электрических цепей используются АВ типа В. При усложнении электроустановки (уже на группу отдельных цепей), следует использовать АВ типа С, а при дальнейшем усложнении электросети наступает необходимость установки автоматов типа D. Времятоковые рабочие характеристики автоматических выключателей всех типов приведены на рисунке 10.11. Рисунок 10.11 - Времятоковые рабочие характеристики автоматических выключателей типов B, C и D Технические характеристики выбора автоматических выключателей – номинальное напряжение (U н =220В и 380В) и номинальный ток нагрузки по предварительной оценке потребляемой энергии в электроустановке и привязке 22 к соответствующему значению принятой шкалы номинальных токов (I н – 6, 10, 16, 25, 40, 63, 80, 100, 125А и др.). Качество АВ определяется его возможностями по отключению возникающих в цепи КЗ. Это в первую очередь отключающая способность (I ос ). Нормативно в России приняты 4 уровня (ПУЭ, 7 выпуск) ― до 10000А, до 6000А, до 4500А и до 3000А. В странах ЕС преобладает использование автоматов только первых двух уровней, что объясняется оправданно повышенными требования обеспечения электробезопасности. Кроме этого, важной характеристикой качества является показатель токоограничения АВ, определяющий количество энергии, которую устройство способно пропустить через себя без вреда до момента отключения тока короткого замыкания. Данный показатель характеризует стойкость устройства к динамической (ударной) и тепловой нагрузке при отключении КЗ. Это достигается с помощью специальных конструктивных решений – в частности, конструкции дугогасительной камеры и системы магнитного дутья для гашения дуги, в качественных выключателях. Класс токоограничения определяется временем с момента начала размыкания контактов АВ до полного гашения электрической дуги, возникающей при отключении автомата в случае короткого замыкания. Существует три класса токоограничения: 1, 2, 3. Самый высокий класс - 3. Время гашения дуги автомата этого класса токоограничения происходит за 2,5…6 мс , 2-го класса — 6…10 мс, 1 класса — за время более 10 мс. Класс токоограничения указывается под значением предельной коммутационной способности в черном квадрате. Автоматы с 1-м классом токоограничения не маркируются. Устройства защитного отключения (УЗО) Дальнейшим развитием систем электробезопасности стали устройства защитного отключения (УЗО), успешно контролирующего утечки токов малых значений порядка 0,001÷ 0,01А. В основу действия УЗО составляет ограничение времени протекания тока 23 через тело человека или его утечек за счет быстрого отключения, например, при нарушении изоляции и др. Это гарантирует сохранение жизни человек, как при прямом, так и при косвенном прикосновениях к токоведущим и нетоковедущим (металлическим) частям электроустановок. Наряду с этим, УЗО надежно обеспечивает защиту от возгораний и пожаров, возникающих при различных повреждениях в электросетях, что выгодно их отличает от других устройств электрозащиты. УЗО применяются для комплектации вводно-распределительных уст- ройств (ВРУ), распределительных щитов (РЩ), групповых щитков (квартирных и этажных), устанавливаемых в жилых и общественных зданиях, производственных помещениях и т.п. Применение УЗО целесообразно и оправдано по социальным и эконо- мическим причинам в электроустановках всех возможных видов и самого различного назначения. Затраты на установку УЗО несоизмеримо меньше возможного ущерба — гибели и травм людей от поражения электрическим током, возгораний, пожаров и их последствий, произошедших из-за неисправностей электропроводки и электрооборудования. А размеры предотвращаемых материальных ущербов на 4-5 порядков превышают стоимость использования данных устройств в системе защиты. Принцип действия УЗО. Функционально УЗО определяется как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный (разностный) ток в проводниках (фазном/фазных и нулевом), подводящих электроэнергию к защищаемой электроустановке. Принцип действия УЗО дифференциального типа основан на применении электромагнитного векторного сумматора токов − дифференциального трансформатора тока. Сравнение текущих значений двух и более (в четырехполюсных УЗО − 4- х) токов по амплитуде и фазе наиболее эффективно, т.е. с минимальной 24 погрешностью, осуществляется электромагнитным путем − с помощью дифференциального трансформатора тока (рисунок 10.12). Рисунок 10.12 - Принципиальная схема дифференциального трансформатора тока Суммарный магнитный поток в сердечнике − Ф Σ , пропорциональный разности токов в проводниках, являющихся первичными обмотками трансформатора, i N и i L , наводит во вторичной обмотке трансформатора тока соответствующую эдс, под действием которой в цепи вторичной обмотки протекает ток i Δвт ,также пропорциональный разности первичных токов. Следует отметить, что к магнитному сердечнику трансформатора тока электромеханического УЗО предъявляются чрезвычайно высокие требования по точности и качеству измерений – высокая чувствительность, линейность характеристики намагничивания, температурная и временная стабильность и т. д. По этой причине для изготовления сердечников трансформаторов тока, применяемых при производстве электромеханических УЗО, используется специальное высококачественное аморфное (некристаллическое) железо. Основные функциональные блоки УЗО представлены на рисунке 10.13. Важнейшим функциональным блоком УЗО является дифференциальный трансформатор тока 1. Пусковой орган (пороговый элемент) 2 выполняется, как правило, на чувствительных магнитоэлектрических реле прямого действия или электронных компонентах. Исполнительный механизм 3 включает в себя 25 силовую контактную группу с механизмом привода. Рисунок 10.13 - Принцип действия УЗО В нормальном режиме, при отсутствии дифференциального тока − тока утечки, в силовой цепи по проводникам, проходящим сквозь окно магнитопро- вода трансформатора тока 1 протекает рабочий ток нагрузки. Проводники, проходящие сквозь окно магнитопровода, образуют встречно включенные первичные обмотки (контроля баланса токов в фазном и нулевом проводниках) дифференциального трансформатора тока. Если обозначить ток, протекающий по направлению к нагрузке, как I 1 , а от нагрузки как I 2 , то можно записать равенство: I 1 = I 2 Равные токи во встречно включенных обмотках наводят в магнитном сердечнике трансформатора тока равные, но векторно противоположно направленные магнитные потоки Ф 1 и Ф 2 Результирующий магнитный поток равен нулю, ток во вторичной 26 обмотке дифференциального трансформатора также равен нулю. Пусковой орган 2 находится в этом случае в состоянии покоя. При прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприемника, на который произошел пробой изоляции, по фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки I 1 протекает дополнительный ток − ток утечки (I Δ ), являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным). Неравенство токов в первичных обмотках (I 1 + I Δ в фазном проводнике и I 2 , равный I 1 , в нулевом рабочем проводнике) вызывает небаланс магнитных потоков и, как следствие, возникновение во вторичной обмотке трансформированного дифференциального тока. Если этот ток превышает значение уставки порогового элемента пускового органа 2, последний срабатывает и воздействует на исполнительный механизм 3. Исполнительный механизм, обычно состоящий из пружинного привода, спускового механизма и группы силовых контактов, размыкает электрическую цепь. В результате защищаемая УЗО электроустановка обесточивается. УЗО изготавливаются в 2-х полюсном (для контроля однофазных цепей) и в 4-х полюсном вариантах (для контроля трехфазных цепей). Для осуществления периодического контроля исправности (работоспособности) УЗО предусмотрена цепь тестирования 4. При нажатии кнопки «Тест» искусственно создается отключающий дифференциальный ток. Срабатывание УЗО означает, что оно в целом исправно. Типы УЗО. 1. По условиям функционирования УЗО подразделяются на следующие типы: АС, А, В, S. УЗО типа АС — устройства защитного отключения, реагирующие на переменный синусоидальный дифференциальный ток, возникающий внезапно, либо медленно возрастающий. В настоящее время во многих странах их использование ограничено – либо запрещено, либо не рекомендуется, т.к. 27 основная масса используемых устройств и электрооборудования с тиристорным управлением и с бестрансформаторным питанием (с питанием импульсным и пульсирующим током). УЗО типа А – устройства защитного отключения, реагирующие на переменный синусоидальный дифференциальный ток и пульсирующий постоян- ный дифференциальный ток, возникающие внезапно, либо медленно возрастающие. Самый распространенный тип используемых устройств. УЗО типа В – устройства защитного отключения, реагирующие практически на все виды потребляемого тока (переменный, постоянный гладкий и прерывистый, выпрямленный дифференциальный). Наиболее универсальный тип устройств. УЗО типа S, G – устройства защитного отключения, селективные (с выдержкой времени отключения). В схемах электроснабжения, в которых необходимо каскадное включение защитных устройств при возникновении опасных утечек в разветвленных электросетях, необходимо применять подобные УЗО. Объясняется это тем, отключение должно произойти только в той части сети (в конкретной цепи), где происходит утечка, а не всей сети. Это можно осуществить лишь с наличием в УЗО общего контроля сети функции задержки срабатывания минимум на 4-6 периодов тока (0,08…0,12 сек), поскольку селективность (избирательность) работы устройств по дифференциальному току по другим техническим параметрам обеспечить невозможно. 2. Принципиальное значение при рассмотрении конструкции УЗО имеет разделение устройств по способу технической реализации на следующие два типа: 2.1. УЗО, функционально не зависящие от напряжения питания (элек- тромеханические). Источником энергии, необходимой для функционирования выполнения защитных функций, включая операцию отключения, является для устройства сам сигнал дифференциальный ток, на который оно реагирует. Данные 28 устройства являются самыми надежными, поскольку укомплектованы наиболее точной измерительной системой (дифференциальный трансформатор) из аморфного железа. Принципиальная схема электромеханических УЗО показана на рисунке 10.13, внешний вид – на рисунке 10.14. а) б) Рисунок 10.14 - Электромеханические устройства защитного отключения (УЗО): 2-х полюсное |