Краткие теоретические сведения
Для защиты от поражения электрическим током в нормальном режиме должны быть применены по отдельности или в сочетании следующие меры защиты от прямого прикосновения:
- основная изоляция токоведущих частей;
- ограждения и оболочки;
- установка барьеров;
- размещение вне зоны досягаемости;
- применение сверхнизкого (малого) напряжения.
Для дополнительной защиты от прямого прикосновения в электро-установках напряжением до 1 кВ следует применять устройства
защитного отключения (УЗО) с номинальным отключающим диф-
ференциальным током не более 30 мА.
Для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции должны быть применены по отдельности или в сочетании следующие меры защиты при косвенном прикосновении:
- защитное заземление;
- автоматическое отключение питания;
- уравнивание потенциалов;
- выравнивание потенциалов;
- двойная или усиленная изоляция;
- сверхнизкое (малое) напряжение;
- защитное электрическое разделение цепей;
- изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки.
Основная изоляция токопроводящих частей надежно их прикрывает и выдерживает все возможные воздействия в процессе ее эксплуатации. В сети напряжением до 1 кВ сопротивление изоляции
каждого ее участка должно быть не менее 0,5 МОм на фазу.
В случаях, когда основная изоляция обеспечивается воздушным промежутком, защита от прямого прикосновения к токоведущим частям или приближения на опасное расстояние выполняется посредством применения оболочек, ограждений, барьеров или размещения вне зоны досягаемости.
|
|
|
Когда требования к автоматическому отключению питания
не могут быть выполнены, то применение других мер защиты нецелесообразно, для размещения электроустановок напряжением до 1 кВ используют изолирующие помещения. Изолирующие помещения, зоны, площадки – это такие помещения, в которых защита при прикосновении обеспечивается высоким сопротивлением пола и стен
и в которых отсутствуют заземленные проводящие части.
Сверхнизкое (малое) напряжение (СНН) – напряжение, не превышающее 50 В переменного и 120 В постоянного тока. СНН в электроустановках напряжением до 1 кВ может быть применено для
защиты от поражения электрическим током при прямом и/или
косвенном прикосновениях в сочетании с защитным электрическим разделением цепей или в сочетании с автоматическим отключением питания. СНН используют для питания электрифицированного инструмента, переносных светильников и местного освещения на станках в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и вне
помещений.
Уравнивание потенциалов – электрическое соединение проводящих частей для достижения равенства их потенциалов.
|
|
|
Выравнивание потенциалов – снижение разности потенциалов (шагового напряжения) на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу или на их поверхности и присоединенных к заземляющему устройству, или путем применения специальных покрытий земли.
Двойная изоляция – изоляция в электроустановках напряжением до 1 кВ, состоящая из основной и дополнительной изоляций. Дополнительная изоляция независима от основной и служит в случае
ее повреждения для защиты при косвенном прикосновении.
Защитное электрическое разделение цепей – отделение одной электрической цепи от других цепей в электроустановках напряже-
нием до 1 кВ с помощью:
- двойной изоляции;
- основной изоляции и защитного экрана;
- усиленной изоляции.
С помощью электрического разделения цепей можно существенно повысить степень безопасности разветвленной электрической сети большой протяженности, разделив ее на отдельные участки
с помощью разделительных трансформаторов.
Методические указания
Электрическое сопротивление цепи человека
(35)
|
|
|
где rч, rоб, rоп – соответственно сопротивление тела человека, обуви
и опорной поверхности.
При однофазном включении человека в четырехпроводную сеть с заземленной нейтралью, проходящей через него ток определяется:
А, (36)
где Uф – фазное напряжение, В; r0 – сопротивление рабочего заземления, Ом.
В случае двухфазного включения человека в сеть с глухозаземленной и изолированной нейтралью ток, проходящий через него,
будет равен
, А. (37)
При прикосновении к одной фазе в трехпроводной сети с изолированной нейтралью сила тока, протекающего через человека, определяется
А, (38)
где rиз – сопротивление изоляции проводов, Ом.
При расчете искусственного заземления сначала определяется электрическое сопротивление одиночного вертикального электрода по формуле
, Ом, (39)
где r – удельное сопротивление грунта, Ом × м; l, d – соответственно длина, диаметр труб (м); h0 – глубина заложения полосы, м.
|
|
|
Рассчитывается суммарная длина горизонтального электрода lr, соединяющего вертикальные электроды в контурном заземляющем устройстве,
м, (40)
где n – число вертикальных электродов, n ³ 4 шт.; а – расстояние
между электродами, м.
Оценивается электрическое сопротивление этого электрода
Ом, (41)
где b – ширина полосы, м.
Вычисляется расчетное электрическое сопротивление заземляющего устройства расстоянию тока
(42)
где hв, hг – соответственно коэффициенты экранирования стержней
и полосы.
Затем сопоставляется расчетное сопротивление R с допустимым сопротивлением заземления. Если R > Rдоп, то увеличивается число вертикальных электродов n и длина горизонтального электрода lr. Операции по расчету повторяются по формулам до тех пор, пока будет удовлетворено условие R < Rдоп. Значения hв и hг определяются для заданных условий по табл. 18. Величина Rдоп принимается равной 4 Ом, а при мощности генераторов и трансформаторов 100 кВА
и менее Rдоп = 10 Ом.
Таблица 18
Зависимость h В и h Г от числа электродов, при а = l
| Число вертикальных электродов n, шт | 4 | 6 | 10 | 20 | 40 | 60 | 100 |
| Значения, hг | 0,45 | 0,4 | 0,34 | 0,27 | 0,22 | 0,2 | 0,19 |
| Значения, hв | 0,69 | 0,61 | 0,56 | 0,47 | 0,41 | 0,39 | 0,36 |
При системе зануления электрооборудования пробой изоляции на корпус превращается в однофазное короткое замыкание. Сила тока короткого замыкания рассчитывается по формуле
А, (43)
где Rтр– сопротивление трансформатора; rф.пр и R0сопротивленияфазного и нулевого проводников соответственно.
Номинальная сила тока плавкого предохранителя определяется как
А, (44)
где K – коэффициент надежности.
Напряжение прикосновения
, (45)
где R0 – сопротивление нулевого провода.
При использовании железобетонных фундаментов промышленных зданий в качестве заземлителей сопротивление растеканию
заземляющего устройства R (Ом) должно оцениваться по формуле
(46)
где S – площадь, ограниченная периметром здания, м2; rэ – удельное эквивалентное электрическое сопротивление земли, Ом × м.
Для расчета rэ в Ом × м следует использовать формулу
, (47)
где r1 – удельное электрическое сопротивление верхнего слоя земли, Ом · м; r2 – удельное электрическое сопротивление нижнего слоя, Ом · м; h1 – толщина верхнего слоя земли, м; a, b – безразмерные коэффи-циенты, зависящие от соотношения удельных электрических сопротивлений слоев земли.
Если r1 >r2, a = 3,6, b = 0,1; если r1 < r2, a = 1,1 × 102, b = 0,3 × 10–2.
Напряжение шага – это напряжение между точками земли, обусловленное растеканием тока замыкания на землю при одновременном касании их ногами человека. Численно напряжение шага равно разности потенциалов точек, на которых находятся ноги человека.
При расположении одной ноги человека на расстоянии х
от заземлителя и ширине шага хш (обычно принимается хш = 0,8 м)
, В. (48)
Ток, обусловленный напряжением шага,
А. (49)
Условия задач
Задача 16. Определить силу тока Iч (мА), проходящего через
человека при неблагоприятной и благоприятной ситуациях, в случаях однофазного включения в трехпроводную трехфазную сеть напряжением U = 380 В с изолированной нейтралью и четырехпроводную
с глухозаземленной нейтралью:
а) неблагоприятные условия: человек прикоснулся к одной фазе, стоит на токопроводящем полу (металлическом), обувь сырая. Сопротивление – тела человека Rч, обуви rоб = 0, опорной поверхности ног rоп = 0; рабочего заземления rо, изоляции проводов rиз;
б) благоприятные условия: обувь сухая на резиновой подошве
rоб = 50 (кОм); человек стоит на сухом деревянном полу rоп = 150 (кОм).
Вычисления произвести в соответствии с вариантами задания, представленными в табл. 19.
Таблица 19
Данные для решения задачи 16
| Параметры | Варианты исходных данных | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| Rч, кОм | 1,0 | 1,1 | 1,2 | 1,3 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 1,5 | 1,6 |
| rо,Ом | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 6 | 3 | 5 | 4 |
| rиз, МОм | 0,1 | 0,2 | 0,5 | 0,4 | 0,6 | 0,4 | 0,8 | 0,7 | 1,2 | 1,3 |
| Параметры | Варианты исходных данных | |||||||||
| 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | |
| Rч, кОм | 1,7 | 1,8 | 1,9 | 2,0 | 2,1 | 2,2 | 2,4 | 3,3 | 4,0 | 1,6 |
| rо,Ом | 2 | 10 | 9 | 8 | 8 | 5 | 6 | 4 | 3 | 4 |
| rиз, МОм | 1,5 | 1,4 | 0,3 | 0,9 | 0,8 | 0,4 | 0,5 | 0,7 | 0,9 | 1,3 |
| Параметры | Варианты исходных данных | |||||||||
| 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | |
| Rч, кОм | 1,5 | 1,9 | 1,8 | 1,7 | 2,0 | 2,3 | 2,2 | 2,4 | 3,2 | 4,0 |
| rо,Ом | 5 | 10 | 2 | 8 | 9 | 8 | 6 | 56 | 3 | 4 |
| rиз, МОм | 1,4 | 1,6 | 1,2 | 0,5 | 0,8 | 0,75 | 0,5 | 0,65 | 0,85 | 0,95 |
Задача 17. Электропитание цеха напряжением 380 В осуществляется от трансформатора с глухозаземленной нейтралью. Сопротивление трансформатора Rтр (Ом), сопротивление участков проводов, rпр (Ом). Требуется определить ток короткого замыкания Iкз (А) в случае пробоя изоляции на корпус электроустановки; номинальный ток плавких вставок предохранителей Iнп (А); величину напряжения прикосновения Uпр (В), коэффициент надежности равен 3, сопротивление нулевого провода R0 (Ом). Вычисления произвести в соответствии с вариантами задания, представленными в табл. 20.
Таблица 20
Данные для решения задачи 17
| Параметры | Варианты исходных данных | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| Rтр, Ом | 0,13 | 0,15 | 0,14 | 0,17 | 0,18 | 0,24 | 0,23 | 0,25 | 0,24 | 0,26 |
| rпр,Ом | 1,50 | 1,65 | 1,73 | 1,55 | 1,20 | 1,80 | 1,82 | 1,45 | 1,60 | 1,40 |
| R0, Ом | 1,75 | 1,80 | 1,85 | 2,00 | 1,90 | 1,95 | 2,50 | 2,00 | 1,80 | 1,70 |
| Параметры | Варианты исходных данных | |||||||||
| 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | |
| Rтр, Ом | 0,27 | 0,28 | 0,29 | 1,10 | 1,30 | 1,15 | 1,20 | 1,70 | 1,40 | 0,20 |
| rпр,Ом | 1,50 | 1,60 | 1,70 | 1,45 | 1,85 | 1,35 | 1,75 | 1,82 | 1,85 | 1,75 |
| R0, Ом | 1,82 | 1,85 | 1,95 | 1,94 | 1,98 | 2,00 | 2,40 | 2,80 | 3,00 | 1,10 |
| Параметры | Варианты исходных данных | |||||||||
| 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | |
| Rтр, Ом | 0,25 | 0,30 | 0,40 | 0,45 | 1,50 | 1,54 | 1,65 | 2,00 | 2,30 | 2,50 |
| rпр,Ом | 1,80 | 1,85 | 1,90 | 2,00 | 2,20 | 2,50 | 2,65 | 2,85 | 2,95 | 3,05 |
| R0, Ом | 1,30 | 1,50 | 1,70 | 1,80 | 1,90 | 2,10 | 2,20 | 2,30 | 2,40 | 2,50 |
Задача 18. Определить является ли опасным шаговое напряжение Uш (В) и величина переменного тока Iчш (мА) для человека, находящегося в зоне его растекания от упавшего на грунт с удельным электрическим сопротивлением r (Ом × м) провода под напряжением и создавшего ток замыкания Iз (А), в соответствии с вариантами задания представленными в табл. 21. Размер шага человека при расчете принять равным хш = 0,8 м, а сопротивление тела Rч (Ом). Он находится в зоне растекания тока на расстоянии х (м) от упавшего провода. Опасность напряжения оценить сравнением с пороговым значением безопасного напряжения Uб = 50 В, а силы тока – сравнением с пороговым отпускающим Iп = 10 мА.
Таблица 21
Данные для решения задачи 18
| Параметры | Варианты исходных данных | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| ρ, Ом∙м | 60 | 40 | 50 | 100 | 70 | 60 | 50 | 100 | 45 | 55 |
| Iз, А | 70 | 60 | 50 | 50 | 40 | 35 | 45 | 60 | 45 | 55 |
| Rч,Ом | 1 100 | 1 400 | 900 | 1 200 | 1 300 | 1 000 | 1 200 | 1 300 | 1 000 | 900 |
| х, м | 3 | 2 | 4 | 5 | 3 | 4 | 2 | 3 | 4 | 5 |
Окончание табл. 21
| Параметры | Варианты исходных данных | |||||||||
| 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | |
| ρ, Ом∙м | 65 | 75 | 120 | 45 | 60 | 80 | 70 | 110 | 70 | 50 |
| Iз, А | 50 | 65 | 60 | 75 | 70 | 40 | 45 | 50 | 60 | 80 |
| Rч,Ом | 850 | 1 050 | 1 200 | 1 100 | 800 | 850 | 950 | 1 000 | 1 100 | 1 200 |
| х, м | 3 | 2 | 4 | 2 | 3 | 4 | 5 | 2 | 4 | 3 |
| Параметры | Варианты исходных данных | |||||||||
| 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | |
| ρ, Ом∙м | 60 | 55 | 70 | 65 | 80 | 90 | 100 | 120 | 150 | 110 |
| Iз, А | 75 | 50 | 65 | 70 | 60 | 45 | 55 | 70 | 90 | 85 |
| Rч,Ом | 1 100 | 1 000 | 900 | 950 | 1 150 | 1 050 | 1 000 | 900 | 850 | 800 |
| х, м | 4 | 5 | 4 | 3 | 2 | 3 | 4 | 5 | 3 | 4 |
Задача 19. Определить силу тока короткого замыкания Iкз (А) фазы на корпус оборудования и соответствующее ему напряжение прикосновения Uпр (В) к нему, до срабатывания защиты для сети
с фазным напряжением Uф (В), питаемой трансформатором с заземленной нейтралью, имеющим сопротивления обмоток, фазного
и нулевого проводов соответственно rтр, rф.пр, R0, Ом, в соответствии
с вариантами задания в табл. 22. Величину напряжения прикосновения сопоставить с безопасным и равным Uб= 50 В.
Таблица 22
Данные для решения задачи 19
| Параметры | Варианты исходных данных | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| Uф,В | 220 | 127 | 220 | 127 | 220 | 127 | 220 | 127 | 220 | 127 |
| rтр, Ом | 0,70 | 0,80 | 0,75 | 0,90 | 0,85 | 1,00 | 0,95 | 1,10 | 0,65 | 0,90 |
| rф.пр,Ом | 1 | 2 | 4 | 3 | 2 | 4 | 1 | 2 | 2 | 4 |
| R0, Ом | 0,20 | 0,30 | 0,25 | 0,40 | 0,35 | 0,40 | 0,45 | 0,50 | 0,60 | 0,55 |
| Параметры | Варианты исходных данных | |||||||||
| 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | |
| Uф,В | 220 | 220 | 127 | 220 | 220 | 127 | 220 | 220 | 127 | 220 |
| rтр, Ом | 0,70 | 0,80 | 0,75 | 0,90 | 0,85 | 1,00 | 0,95 | 1,10 | 1,15 | 0,80 |
| rф.пр,Ом | 3 | 2 | 4 | 1 | 2 | 3 | 2 | 4 | 5 | 4 |
| R0, Ом | 0,45 | 0,50 | 0,30 | 0,25 | 0,40 | 0,35 | 0,40 | 0,45 | 0,50 | 0,45 |
| Параметры | Варианты исходных данных | |||||||||
| 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | |
| Uф,В | 127 | 220 | 220 | 127 | 220 | 220 | 127 | 220 | 220 | 127 |
| rтр, Ом | 0,75 | 0,90 | 0,85 | 1,00 | 0,95 | 1,10 | 1,15 | 0,70 | 1,20 | 1,00 |
| rф.пр,Ом | 3 | 2 | 4 | 1 | 2 | 3 | 2 | 4 | 5 | 3 |
| R0, Ом | 0,50 | 0,30 | 0,25 | 0,40 | 0,35 | 0,40 | 0,45 | 0,50 | 0,40 | 0,30 |
Задача 20. Установить, соответствует ли допустимому сопротивлению Rдоп (Ом) сопротивление растеканию тока Rз (Ом) железобетонного фундамента, используемого в качестве естественного
защитного заземления, площадью S (м2) производственного
здания, расположенного на грунте, верхний слой которого толщиной h1 (м) представлен песком с удельным электрическим сопротивлением r1 (Ом×м), а нижний – суглинком с r2 (Ом×м), в соответствии с вариантами задания в табл. 23. Безразмерные коэффициенты
α и β, зависящие от соотношения ρ1 и ρ2, равным соответственно 3,6
и 0,1. Допустимое сопротивление защитного заземления Rдоп не должно превышать 4 Ом.
Таблица 23
Данные для решения задачи 20
| Параметры | Варианты исходных данных | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| S, м2 | 1 500 | 2 000 | 3 000 | 3 000 | 1 500 | 1 000 | 2 500 | 3 500 | 2 500 | 3 100 |
| h1, м | 3,0 | 2,5 | 3,7 | 3,0 | 2,5 | 3,5 | 2,5 | 3,5 | 3,3 | 3,1 |
| ρ1, Ом ∙ м | 75 | 180 | 250 | 150 | 100 | 70 | 200 | 140 | 120 | 110 |
| ρ2, Ом ∙ м | 200 | 300 | 200 | 130 | 150 | 400 | 250 | 150 | 225 | 155 |
| Параметры | Варианты исходных данных | |||||||||
| 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | |
| S, м2 | 3 800 | 1 600 | 2 300 | 3 200 | 3 000 | 1 500 | 1 200 | 2 300 | 3 200 | 1 200 |
| h1, м | 2,9 | 3,2 | 2,2 | 3,6 | 3,7 | 2,2 | 3,3 | 2,7 | 3,4 | 3 |
| ρ1, Ом ∙ м | 160 | 170 | 120 | 240 | 140 | 180 | 90 | 210 | 150 | 110 |
| ρ2, Ом ∙ м | 175 | 210 | 310 | 215 | 135 | 155 | 410 | 260 | 170 | 220 |
| Параметры | Варианты исходных данных | |||||||||
| 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | |
| S, м2 | 2 300 | 3 100 | 3 200 | 1 800 | 1 900 | 2 400 | 3 600 | 2 600 | 3 300 | 3 700 |
| h1, м | 2,5 | 3,7 | 3 | 2,5 | 3,5 | 2,5 | 3,5 | 3 | 2,5 | 3,5 |
| ρ1, Ом ∙ м | 100 | 140 | 130 | 115 | 225 | 135 | 130 | 160 | 165 | 190 |
| ρ2, Ом ∙ м | 150 | 170 | 215 | 315 | 210 | 130 | 150 | 415 | 265 | 175 |
Контрольные вопросы
1. В чем разница средств индивидуальной (СИЗ) и коллективной (СКЗ) защиты?
2. Объясните принцип действия защитного заземления, его назначение и конструктивное исполнение.
3. Объясните принцип действия защитного зануления, его назначение и конструктивное исполнение.
4. Каково назначение устройств защитного отключения?
5. Перечислите факторы, влияющие на исход поражения человека электрическим током.
6. Дайте определения следующим понятиям: напряжение шага, напряжение прикосновения, токоведущая часть, электроустановка.
7. Какие существуют средства защиты человека от прямого
и косвенного прикосновения?
8. Перечислите существующие системы заземления.
9. Действие электрического тока на человека, виды поражения электрическим током.
10. Перечислите наиболее опасные пути тока в теле человека.
Практическая работа 5
ПРОФИЛАКТИКА ТРАВМАТИЗМА
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 767; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!