Анализ опасности поражения током в различных электрических сетях

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.............................................................................. 4

2. АНАЛИЗ ОПАСНОСТИ ПОРАЖЕНИЯ ТОКОМ В РАЗЛИЧНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ....................................................................... 7

2.1. Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью  9

2.2. Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью. 10

3. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТНЫХ МЕР........................... 11

3.1. Зануление..................................................................................... 11

3.2. Защитное заземление.................................................................. 12

3.3. Компенсация емкостных токов замыкания на землю................ 13

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ................................................ 15

4.1.Анализ опасности поражения током........................................... 16

4.2. Оценка эффективности защитных мер....................................... 18

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......................................................................... 19

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ................................................................... 20

 

Цель работы: исследование опасности поражения электрическим током в трехфазных электрических сетях переменного тока напряжением до 1000 В при нормальном режиме работы, оценка эффективности заземления, зануления и компенсации емкостных токов замыкания на землю.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Электроустановкой называется комплекс взаимосвязанного оборудования и сооружений, предназначенный для производства или преобразования, передачи, распределения или потребления электрической энергии.

Электростанция - энергоустановка, предназначенная для производства электрической энергии, состоящая из строительной части, оборудования для преобразования электрической энергии и вспомогательного оборудования.

Электрическая подстанция - электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электрической энергии и состоящая из трансформаторов или других преобразователей энергии, устройств управления и вспомогательных устройств.

Линия электропередачи - электрическая линия, выходящая за пределы электростанции или подстанции и предназначенная для передачи электрической энергии.

Электрическая сеть - совокупность подстанций, распределительных устройств и соединяющих их линий электропередачи, предназначенная для передачи и распределения электрической энергии.

Нейтраль - общая точка соединенных в звезду обмоток (элементов) электрооборудования.

Заземлитель - проводник (электрод) или совокупность металлически соединенных между собой проводников (электродов), находящихся в соприкосновении с землей.

Заземляющий проводник - проводник, соединяющий заземляемые части с заземлителем.

Заземляющее устройство - совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

Заземлением какой-либо части электроустановки или другой установки называется преднамеренное электрическое соединение этой части с заземляющим устройством.

Рабочее заземление - заземление какой-либо точки токоведущих частей электроустановки, необходимое для обеспечения работы электроустановки.

Электрическая сеть с заземленной нейтралью - электрическая сеть, содержащая оборудование, нейтрали которого, все или часть из них, соединены непосредственно или через устройство с малым сопротивлением по сравнению с сопротивлением нулевой последовательности.

Глухозаземленной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, через трансформаторы тока).

Электрическая сеть с изолированной нейтралью - электрическая сеть, содержащая оборудование, нейтрали которого не присоединены к заземляющим устройствам или присоединены к ним через устройства измерения, защиты, сигнализации с большим сопротивлением.

Замыкание на землю - случайное соединение находящихся под напряжением частей электроустановки с конструктивными частями, не изолированными от земли, или непосредственно с землей.

Ток замыкания на землю - ток, стекающий в землю через место замыкания.

Электроустановки в отношении мер электробезопасности разделяются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) /1/ на:

электроустановки выше 1 кВ в сетях с эффективно заземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю);

электроустановки выше 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю);

электроустановки до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью;

электроустановки до 1 кВ с изолированной нейтралью.

При работе электроустановок возможно замыкание на корпус - случайное соединение находящихся под напряжением частей электроустановки с их конструктивными частями, нормально не находящимся под напряжением.

Согласно ПУЭ /1/ для защиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции должна быть применена, по крайней мере, одна из следующих защитных мер: заземление, зануление, защитное отключение, разделительный трансформатор, малое напряжение, двойная изоляция, выравнивание потенциалов. Кроме того, в дополнение к заземлению может применяться компенсация емкостной составляющей тока замыкания на землю.

В данной работе исследуются эффективности защитного заземления и зануления, а также компенсации емкостных токов замыкания на землю.

Защитное заземление - заземление частей электроустановки с целью обеспечения электробезопасности.

Нулевой защитный проводник - проводник, соединяющий зануляемые части с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока или ее эквивалентом.

Зануление - преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Область применения защитного заземления и зануления во многом определяется характеристикой помещения.

Сырыми помещениями называются помещения, в которых относительная влажность воздуха длительно превышает 75%.

Особо сырыми помещениями называются помещения, в которых относительная влажность воздуха близка к 100% (потолок, стены, пол и предметы, находящиеся в помещении, покрыты влагой).

Пыльными помещениями называются помещения, в которых по условиям производства выделяется технологическая пыль в таком количестве, что она может оседать на проводах, проникать внутрь машин, аппаратов и т.п.

Жаркими помещениями называются помещения, в которых под воздействием различных тепловых излучений температура превышает постоянно или периодически (более 1 суток) +35°С (например, помещения с сушилками, сушильными и обжигательными печами, котельные и т.п.).

Помещениями с химически активной или органической средой называются помещения, в которых постоянно или в течение длительного времени содержатся агрессивные пары, газы, жидкости, образуются отложения или плесень, разрушающие изоляцию и токоведущие части электрооборудования.

В отношении опасности поражения людей электрическим током различаются:

1. Помещения с повышенной опасностью, характеризующиеся наличием в них одного из следующих условий, создающих повышенную опасность:

а) сырости или токопроводящей пыли;

б) токопроводящих полов (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т.п.);

в) высокой температуры;

г) возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т.п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования, - с другой.

2. Особо опасные помещения, характеризующиеся наличием одного из следующих условий, создающих особую опасность:

а) особой сырости;

б) химически активной или органической среды;

в) одновременно двух или более условий повышенной опасности.

3. Помещения, без повышенной опасности, в которых отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность.

Заземление и зануление электроустановок следует выполнять /1/:

1) при напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока - во всех установках;

2) при номинальных напряжениях выше 42 В, но ниже 380 В переменного тока и выше 110 В, но ниже 440 В постоянного тока - только в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках.

К частям, подлежащим заземлению и занулению относятся, в основном, /1/:

1) корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников и т.п.;

2) приводы электрических аппаратов;

3) вторичные обмотки измерительных трансформаторов и др.

 

Зануление

Зануление должно быть выполнено в электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью /1/.

Аппаратом защиты, называется аппарат, автоматически отключающий защищаемую электрическую цепь при ненормальных режимах. В качестве аппаратов защиты должны применяться автоматические выключатели или предохранители.

Принцип действия зануления - превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (КЗ) между фазным и нулевым защитным проводниками с целью вызвать большой ток. способный обеспечить срабатывание аппарата защиты (рис.3).

 

Принципиальная схема зануления

 

 

Зануление осуществляет два защитных действия - быстрое автоматическое отключение поврежденной установки от питающей сети и снижение напряжения зануленных металлических нетоковедущих частей, оказавшихся под напряжением, относительно земли.

В электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью с целью обеспечения автоматического отключения аварийного участка проводимость фазных и нулевых защитных проводников должна быть выбрана такой, чтобы при замыкании на корпус или на нулевой защитный проводник возникал ток КЗ, превышающий не менее чем в 3 раза номинальный ток нерегулируемого расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратно зависимую от тока характеристику /1/.

При замыкании фазы на зануленный корпус электроустановка автоматически отключится, если значение тока короткого замыкания (т.е. между фазным и нулевым защитным проводниками) удовлетворяет условию

(8)

где  - коэффициент кратности номинального тока  аппарата защиты.

Защитное заземление

В электроустановках напряжением до 1000 В заземление должно быть выполнено в сетях с изолированной нейтралью (рис.4).

 

Принципиальная схема защитного заземления

 

Принцип действия защитного заземления - в данном случае снижение до безопасного значения напряжения прикосновения, обусловленного замыканием на корпус. Это достигается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования (уменьшением сопротивления заземлителя), а также путем выравнивания потенциала основания на котором стоит человек, до потенциала, близкого по значению к потенциалу заземленного оборудования. Ток, протекающий через тело человека, при  снижается до величины

(9)

где  - сопротивление заземляющего устройства, Ом.

Анализ этой формулы показывает, что ток, протекающий через тело человека, тем меньше, чем меньше .

Сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом. При мощности генераторов и трансформаторов 100 кВ А и менее заземляющие устройства могут иметь сопротивление не более 10 Ом /1/.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

Изучить методические указания и получить у преподавателя допуск к выполнению работы.

Внимание! Работа выполняется на стенде, питающемся от сети напряжением 380 В. Включение стенда производить только с разрешения преподавателя.

С помощью стенда анализируется опасность поражения человека электрическим током при работе электродвигателя в аварийном режиме (при замыкании фазы на корпус электродвигателя) в трехфазных электрических сетях переменного промышленной (50 Гц) частоты тока напряжением до 1000 В при нормальном режиме работы сетей и оценивается эффективность защитных мер.

На мнемопанели (верхней вертикальной части) стенда наглядно демонстрируются (высвечиваются): провода электрических сетей, сосредоточенные сопротивления изоляции и емкости фазных проводов относительно земли, подключение электродвигателя к сети, электродвигатель, прикосновение человека к корпусу электродвигателя, схемы зануления, защитного заземления, компенсации емкостных токов замыкания на землю, путь электрического тока при замыкании фазы на корпус электродвигателя.

На средней (наклонной) панели стенда расположены приборы измерения: амперметр А₁ - для измерения тока короткого замыкания в системе зануления, миллиамперметр А₂ - для измерения тока, протекающего через тело человека, и вольтметр V -для измерения напряжения прикосновения.

На левой (боковой) панели стенда расположен автоматический выключатель фазы А системы зануления.

На нижней панели стенда находятся: переключатели сопротивлений изоляций  и емкостей  проводов относительно земли; тумблер включения стенда "УСТР."; кнопка "ЗАМЫКАНИЕ", при двойном нажатии которой имитируется замыкание фазы А на корпус электродвигателя; тумблер "ШУНТИРУЮЩИЙ", при включении которого происходит задержка срабатывания аппарата защиты в системе зануления; тумблер "ЗАНУЛЕНИЕ", включающий систему зануления; тумблер , при включении которого моделируется четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью напряжением 380/220 В, а при выключении - трехпроводная с изолированной нейтралью напряжением 380 В; тумблер "КОМПЕНСАЦИЯ ", включающий компенсирующую катушку; тумблер , включающий защитное заземление; переключатель сопротивления тела человека .

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Правила устройства электроустановок. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 640 с.

2. ГОСТ 12.1.038-82. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов. С изменением 1 (МУС 4-88).

3. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках: Учеб.пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат. 1984. - 448 с.

4. Охрана труда в электроустановках: Учебник для вузов / Под ред. Б.А.Князевского. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 336 с.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.............................................................................. 4

2. АНАЛИЗ ОПАСНОСТИ ПОРАЖЕНИЯ ТОКОМ В РАЗЛИЧНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ....................................................................... 7

2.1. Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью  9

2.2. Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью. 10

3. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТНЫХ МЕР........................... 11

3.1. Зануление..................................................................................... 11

3.2. Защитное заземление.................................................................. 12

3.3. Компенсация емкостных токов замыкания на землю................ 13

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ................................................ 15

4.1.Анализ опасности поражения током........................................... 16

4.2. Оценка эффективности защитных мер....................................... 18

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ......................................................................... 19

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ................................................................... 20

 

Цель работы: исследование опасности поражения электрическим током в трехфазных электрических сетях переменного тока напряжением до 1000 В при нормальном режиме работы, оценка эффективности заземления, зануления и компенсации емкостных токов замыкания на землю.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Электроустановкой называется комплекс взаимосвязанного оборудования и сооружений, предназначенный для производства или преобразования, передачи, распределения или потребления электрической энергии.

Электростанция - энергоустановка, предназначенная для производства электрической энергии, состоящая из строительной части, оборудования для преобразования электрической энергии и вспомогательного оборудования.

Электрическая подстанция - электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электрической энергии и состоящая из трансформаторов или других преобразователей энергии, устройств управления и вспомогательных устройств.

Линия электропередачи - электрическая линия, выходящая за пределы электростанции или подстанции и предназначенная для передачи электрической энергии.

Электрическая сеть - совокупность подстанций, распределительных устройств и соединяющих их линий электропередачи, предназначенная для передачи и распределения электрической энергии.

Нейтраль - общая точка соединенных в звезду обмоток (элементов) электрооборудования.

Заземлитель - проводник (электрод) или совокупность металлически соединенных между собой проводников (электродов), находящихся в соприкосновении с землей.

Заземляющий проводник - проводник, соединяющий заземляемые части с заземлителем.

Заземляющее устройство - совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

Заземлением какой-либо части электроустановки или другой установки называется преднамеренное электрическое соединение этой части с заземляющим устройством.

Рабочее заземление - заземление какой-либо точки токоведущих частей электроустановки, необходимое для обеспечения работы электроустановки.

Электрическая сеть с заземленной нейтралью - электрическая сеть, содержащая оборудование, нейтрали которого, все или часть из них, соединены непосредственно или через устройство с малым сопротивлением по сравнению с сопротивлением нулевой последовательности.

Глухозаземленной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, через трансформаторы тока).

Электрическая сеть с изолированной нейтралью - электрическая сеть, содержащая оборудование, нейтрали которого не присоединены к заземляющим устройствам или присоединены к ним через устройства измерения, защиты, сигнализации с большим сопротивлением.

Замыкание на землю - случайное соединение находящихся под напряжением частей электроустановки с конструктивными частями, не изолированными от земли, или непосредственно с землей.

Ток замыкания на землю - ток, стекающий в землю через место замыкания.

Электроустановки в отношении мер электробезопасности разделяются Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) /1/ на:

электроустановки выше 1 кВ в сетях с эффективно заземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю);

электроустановки выше 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю);

электроустановки до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью;

электроустановки до 1 кВ с изолированной нейтралью.

При работе электроустановок возможно замыкание на корпус - случайное соединение находящихся под напряжением частей электроустановки с их конструктивными частями, нормально не находящимся под напряжением.

Согласно ПУЭ /1/ для защиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции должна быть применена, по крайней мере, одна из следующих защитных мер: заземление, зануление, защитное отключение, разделительный трансформатор, малое напряжение, двойная изоляция, выравнивание потенциалов. Кроме того, в дополнение к заземлению может применяться компенсация емкостной составляющей тока замыкания на землю.

В данной работе исследуются эффективности защитного заземления и зануления, а также компенсации емкостных токов замыкания на землю.

Защитное заземление - заземление частей электроустановки с целью обеспечения электробезопасности.

Нулевой защитный проводник - проводник, соединяющий зануляемые части с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока или ее эквивалентом.

Зануление - преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Область применения защитного заземления и зануления во многом определяется характеристикой помещения.

Сырыми помещениями называются помещения, в которых относительная влажность воздуха длительно превышает 75%.

Особо сырыми помещениями называются помещения, в которых относительная влажность воздуха близка к 100% (потолок, стены, пол и предметы, находящиеся в помещении, покрыты влагой).

Пыльными помещениями называются помещения, в которых по условиям производства выделяется технологическая пыль в таком количестве, что она может оседать на проводах, проникать внутрь машин, аппаратов и т.п.

Жаркими помещениями называются помещения, в которых под воздействием различных тепловых излучений температура превышает постоянно или периодически (более 1 суток) +35°С (например, помещения с сушилками, сушильными и обжигательными печами, котельные и т.п.).

Помещениями с химически активной или органической средой называются помещения, в которых постоянно или в течение длительного времени содержатся агрессивные пары, газы, жидкости, образуются отложения или плесень, разрушающие изоляцию и токоведущие части электрооборудования.

В отношении опасности поражения людей электрическим током различаются:

1. Помещения с повышенной опасностью, характеризующиеся наличием в них одного из следующих условий, создающих повышенную опасность:

а) сырости или токопроводящей пыли;

б) токопроводящих полов (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т.п.);

в) высокой температуры;

г) возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т.п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования, - с другой.

2. Особо опасные помещения, характеризующиеся наличием одного из следующих условий, создающих особую опасность:

а) особой сырости;

б) химически активной или органической среды;

в) одновременно двух или более условий повышенной опасности.

3. Помещения, без повышенной опасности, в которых отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность.

Заземление и зануление электроустановок следует выполнять /1/:

1) при напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока - во всех установках;

2) при номинальных напряжениях выше 42 В, но ниже 380 В переменного тока и выше 110 В, но ниже 440 В постоянного тока - только в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках.

К частям, подлежащим заземлению и занулению относятся, в основном, /1/:

1) корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников и т.п.;

2) приводы электрических аппаратов;

3) вторичные обмотки измерительных трансформаторов и др.

 

АНАЛИЗ ОПАСНОСТИ ПОРАЖЕНИЯ ТОКОМ В РАЗЛИЧНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

 

Большой процент травм, вызванных воздействием электрического тока, имеет место при прикосновении человека к металлическим частям или корпусам электроустановок, случайно оказавшимся под напряжением вследствие неисправности изоляции.

Тяжесть электротравмы зависит от тока, протекающего через тело человека, частоты тока, физиологического состояния организма, продолжительности воздействия тока, пути тока в организме и производственных условий.

При этом человек оказывается под напряжением прикосновения - напряжением между двумя точками цепи тока замыкания на землю (на корпус) при одновременном к ним прикосновении

(1)

где  - ток, протекающий через тело человека, А;

 - сопротивление тела человека, Ом.

Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов, протекающих через тело человека, предназначенные для проектирования способов и средств защиты людей, при взаимодействии их с электроустановками нормируются /2/ и при аварийном режиме производственных электроустановок напряжением до 1000 В переменного 50 Гц тока при продолжительности воздействия свыше 1 с не должны превышать = 20 В и = 6 мА.

Значения напряжений прикосновения и тока, протекающего через тело человека, зависят от ряда факторов: схемы включения человека в электрическую сеть, напряжения сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали, степени изоляции токоведущих частей от земли, а также емкости токоведущих частей относительно земли и т.п. Эту зависимость необходимо знать при оценке той или иной сети по условиям техники безопасности, выборе и расчете соответствующих мер защиты и т.п.

При этом принимаем, что сопротивление основания, на котором стоит человек (грунт, пол и пр.), а также сопротивление его обуви незначительны, и равны нулю.

Сопротивление тела человека изменяется в широких пределах (от 400 до 100000 Ом) в зависимости от состояния кожи (сухая, влажная, чистая, поврежденная и т.п.), плотности контакта, площади контакта, тока, протекающего через тело человека и напряжения прикосновения, а также от времени воздействия тока на человека.

При напряжении до 1000 В в нашей стране применяют, в основном, две схемы сетей трехфазного тока - четырехпроводную с заземленной нейтралью напряжением 220/127, 380/220 и 660/380 В и трехпроводную с изолированной нейтралью напряжением 36, 42, 127, 220, 380 и 660 В.

Проанализируем опасность поражения током при нормальном режиме работы сетей.