Тема: « Электробезопасность»

1. Действие электрического тока на человека. Виды электротравм.

Воздействие электрического тока на человека.

Электрический ток, проходя через организм человека, производит термическое, электролитические, механическое (динамическое) и биологическое действия.

Термическое действие - ожоги отдельных участков тела, нагрев до высокой температуры органов находящихся на пути тока, что вызывает в них серьёзные функциональные растройства.

Электролитическое действие- разложение органической жидкости организма, например крови, что вызывает значительные нарушения их физико-химического состава.

Механическое действие- расслоение, разрыв различных тканей организма (мышечной ткани, стенок кровеносных сосудов, сосудов лёгочной ткани) в результате электродинамического эффекта, а также мгновенного образования пара от перегретой тканевой жидкости и крови.

Биологическое действие- раздражение живых тканей организма.

Указанные виды действия электрического тока на организм нередко приводят к различным электротравмам которые условно делят на местные, когда возникают местные поражения, и общие, когда поражается весь организм.

Примерное распределение электротравм в промышленности:

20%-местные;

25%-общие(электрические удары);

55%-смешанные

Т.е. местные возникают в 75%, а общие в 80%.

К местным электротравмам относятся:

Электрические ожоги- самая распространенная местная травма(возникает у 63% пострадавших), различают два вида ожога: токовый(или контактный)- в результате непосредственного прохождения и нагрева током(возникает обычно в электроустановках до 1000 в), и дуговой, обусловленный воздействием на человека электрической дуги(в электрических установках выше 1000 в, t°(дуги)> 3000°С).

Электрические знаки - резко очерченные пятна на коже серого или бледно-желтого цвета в точках входа и выхода тока из тела человека. Знаки имеют круглую или овальную форму и размеры 1-5мм. Электрические знаки появляются примерно у 11% пострадавших.

Металлизация кожи - проникновение в верхние слои кожи мельчайших частичек расплавленного метала(в результате электрической дуги).

Механические поражения- следствие резких непроизвольных судорожных сокращений мышц под действием электрического тока. В результате - разрывы сухожилий, кожи, кровеносных сосудов и даже переломы костей.(возникают редко- примерно у 1%)

Общие электротравмы- электрические удары (электрический удар - возбуждение живых тканей организма, проявляющееся в непроизвольных судорожных сокращениях мышц тела.)

- возникают примерно в 80% случаев поражения током. При этом нарушается работа сердца и органов дыхания (без потери или с потерей сознания). Возможна фибриляция сердца, когда волокна сердечной мышцы -фибриллы миокарды - сокращаются хаотично, движение крови прекращается, наступает кислородное голодание и гибель клеток коры головного мозга(нейронов) через 5-6 минут после поражения. Если за это время восстановить работу сердца, то возможно оживление. Поэтому это состояние называется мнимой(клинической) смертью. В более поздние сроки наступает необратимая биологическая смерть.

Нарушение дыхания выражается в виде удушья (асфиксии) в результате судорожного сокращения мышц груди при прохождении тока. Удушья наступают от недостатка кислорода и избытка углекислоты.

Электрические удары наиболее опасны - они приводят к смертельным случаям в 85-87% от общего числа смертельных поражений.

Причинами смерти от поражения электрическим током могут быть прекращение работы сердца, остановка дыхания и электрический шок, или действие двух или трех причин вместе.

Электрический шок - тяжелая нервно- рефлекторная реакция организма на чрезмерное раздражение электрическим током, сопровождающаяся глубокими расстройствами кровообращения, дыхания, обмена веществ и т.п. Шок длится от десятка секунд до суток.

Сердце: фибрилляция - нарушение ритмичности сокращения мышцы, что приводит к нарушению подачи крови и кислорода к органам

Непрямой массаж сердца.

При надавливании грудины человека она сжимает сердце, выталкивает тем самым кровь из сердца в кровеносные сосуды. При отпускании грудины кровь вновь входит в сердце. Частота надавливаний- 60 раз в минуту. Место надавливания – на 1-2 см выше окончания грудины.

Проверка эффективности проводится прекращением помощи на несколько секунд. При самостоятельном дыхании и пульсе помощь не возобновляют. В противном случае её продолжают до прибытия врача.

Признаками оживления являются: цвет лица - розовый, дыхание устойчивое, сужение зрачков (указывает на питание мозга кислородом).

Врач возобновляет нормальную работу сердца с помощью дефибрилятора: 2 электрода на область сердца накладывают со стороны груди и спины. Осуществляют разряд конденсатора за время 0.01 мс при напряжении 4.5-6 кВ. Этим обеспечивается ток значением 15-20 А, который прекращает хаотическое сокращение сердца, восстанавливает ритмичные.

4. Привести схемы и аналитические выражения тока через человека, характеризующие опасность однофазного и двухфазного прикосновений в трехфазной сети с изолированной нейтралью.

Ток через тело человека.

Или (выражая через сопротивления и )

где Z – комплексное сопротивления изоляции провода относительно земли

В действительной форме этот ток равен

6. Защитное заземление: определение, область применения, принцип действия, защитные функции. Электрическая схема заземления.

Однофазные замыкания на корпус создают опасные потенциалы на нем и возле него из-за растекания тока с основания на землю. Существуют три способа защиты от поражения:

- автоматическое отключение за время менее допустимого; этот способ называется защитным отключением;

- снижение потенциала на корпусах до допустимой величины путем защитного заземления;

- зануление – обеспечивает автоматическое отключение и снижение потенциала на корпусах до допустимой величины.

В сетях с изолированной нейтралью токи замыкания (в случае попадания напряжения на корпус) недостаточны по величине для срабатывания автоматического отключения. Поэтому в таких сетях используют защитное заземление.

Нормирование заземлений по ГОСТ 12.1.030-81. Заземление применяется при в сетях с изолированной нейтралью, при - в сетях с любым режимом нейтрали.

Заземление обязательно при во всех случаях; при в помещениях особо опасных и с повышенной опасностью; независимо от U во взрывоопасных помещениях.

С целью обеспечения надежного контакта с землей корпуса, оболочки машин, аппаратов соединяют с заземлителем, находящимся в земле.

В этом случае при попадании фазы на корпус он окажется под напряжением


Рис.15.Схема заземления: а) принципиальная, б) замещения.

Ток через тело человека при прикосновении к корпусу будет равен.

Чем меньше , тем меньше ток .

R_з - сопротивление защитного заземлителя.

В нормальном режиме работы токов не возникает.

В аварийной ситуации изоляция уменьшается.

I_з потечет на 2 другие фазы.

Напряжение корпуса электроприбора без заземления в

аварийной ситуации при пробое равно Uфазы,

т.е. прикосновение к корпусу человеком

аналогично прикосновению к фазному проводу.

Контроль изоляции.

Существует 2 вида:

1. Периодический;

2. Постоянный (непрерывный).

Для контроля применяют:

1. Измерение в отключенной установке один раз в год, а также вне очереди при обнаружения дефектов и после ремонта.

2. Испытание повышенным напряжением в отключенной установке, т.е. испытывают эл. прочность изоляции (способность выдерживать рабочее напряжение) и выявляют дефекты.

в течении 1 минуты

3. Непрерывный контроль и измерение без отключения рабочего напряжения.

а) Метод 3-х вольтметров.

Рис.10.

В сеть между каждой фазой и землей включают вольтметры с большим омическим сопротивлением. Способ наиболее простой, но имеет недостатки:

· схема не реагирует на симметричное снижение всех фаз;

· на показания вольтметров оказывают влияние емкостные составляющие сопротивлений изоляции.

б) Метод наложения оперативного тока на рабочий.


Рис.11.

Ток утечки зависит от состояния изоляции

Преимущества: схема реагирует на симметричное и несимметричное снижение ; имеется сигнализация о предельно – допустимом снижении ; входное сопротивление схемы высокое, что обеспечивает надежность.

9. Виды изоляции, нормирование ее сопротивления. Понятие критического сопротивления изоляции.

R_из1 = R_из2 = R_из3 = R_из сопротивление изоляции.

С - емкость пров. относительно земли, активное С → 0.

χ - емкостное сопротивление. С → 0; χ₀ → ∞.

из анализа выражения следует:

безопасность снижается;

Допустимое сопротивление изоляции 0,5МОм

Критическое сопротивление изоляции R_из.кр. определяется из расчета длительно допустимого (>1с) тока через человека I_h=6 мА по формуле:

Для сети 380/220 В и Rh=1000 Ом имеем: R_из.кр ≥ 107 кОм

С₁ = С₂ = С₃ = С

активное сопротивление высокое, R_из → ∞.

R_h = 1000 (Ом) сопротивление тела человека.

(*3)

приведена для расчета I_h когда

учитывается и емкостное и активное сопротивления.

за счет повышения, увелич. емкости

безопасность человека увеличивается

(*4)

10. Зануление: определение, область применения, защитная функция, принцип действия, условия эффективности, требование к занулению, электрическая схема.

Зануление.

Зануление применяют в сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000В.

Назначение зануления - устранение опасности поражения током в случае прикосновения к металлическим нетоковедущим частям, оказывающимся под напряжением.

Принцип действия защиты занулением заключается в автоматическом отключении поврежденного участка и одновременно – в снижении корпуса на время, пока не сработает отключающий аппарат (max токовая защита).

Рис.23. Схема зануления а) принципиальная; б) замещения.

Основные требования к занулению – обеспечить надежное и быстрое (доли секунды) срабатывание защиты для отключения поврежденного оборудования. Для этого необходимо обеспечить условие:

где - номинальный ток плавного предохранителя или ток установки (срабатывания) автоматического отключения аппарата;

k – коэффициент надежности срабатывания.

Нормирование зануления (ГОСТ 12.1.030 - 81):

а) Сопротивление нулевого проводника

б) сопротивление рабочего заземлителя

в) коэффициент надежности:

- для плавких выключателей ;

- для автоматических выключателей с электромагнитным расцепителем (осечкой) .

Расчет зануления.

Заключается в выборе нулевого защитного проводника с сопротивлением, обеспечивающим требуемый ток короткого замыкания и выборе отключающего аппарата, время срабатывания которого .

Ток к.з. в комплексной форме

- сопротивление трансформатора комплексное (принимается из таблицы).

В расчетах допустимо использовать формулу:

где и по формуле

где - удельное сопротивление проводника для Cu – 0,018 ,

для Al – 0,028 ;

l – длина проводника (м);

S – сечение проводника ( ).

и - для медных и алюминиевых проводников сравнительно малы ( ), ими можно пренебречь.

- взаимное индуктивное сопротивление петли «фаза – нулевой проводник»

;

В практических расчетах удельное взаимное индуктивное сопротивление

При прокладке нулевых проводов кабелем или в стальных трубах можно пренебречь.

Без защитного зануления ; с занулением .

Для выбранного нулевого защитного проводника ток через человека

Время отключения поврежденного участка цепи

Область применения:

сети с заземленным режимом нейтрали до 1000В.

Назначение:

обеспечить защиту человека от косвенного прикосновения.

Принцип действия:

а) автоматическое защитное включение поврежденного электрооборудования;

б) снижение напряжения на корпусе до допустимой величины на время срабатывания защитного аппарата.

Зануление - соединение метал. корпуса заземлением.

Требования к занулению:

1. Обеспечить надежное срабатывание защиты и малое время (доли секунды) отключения поврежденного оборудования (время срабатывания отключающего аппарата (предохранителя или автомата) зависит от Iк.з., протекающего через него);

2. Ток короткого замыкания должен отвечать условию: I_к.з. ≥ k∙I_ном, т.е. должен превосходить в k раз I_ном. (k - коэффициент надежности отключения (запаса); I_ном - номинальный ток предохранителя или ток установки защитного автомата);

а) k ≥ 3тогда, когда в качестве аппарата для предохранителей или автоматов с тепловым расцепителем;

б)k ≥ 1,25÷1,4когда используется автоматы с электромагнитным расцепителем;

3.Сопротивление нулевого защитного проводника: Z_н.пр. ≤ 2Z_ф.;

4.Сопротивление рабочего заземлителя нейтрали источника питания: R₀ ≤ 2;4;8 Ом при напряжениях источника 660;380;220 В соответственно;

5. t_отк ≤ t_доп , т.е. время отключения ≤ времени допустимому.

11. Методика проектирования зануления. Назначение повторного заземлителя нулевого провода.

Повторные заземлители.

Применяют для снижения напряженности на корпусе относительно земли в момент прохождения тока к.з. и особенно при обрыве нулевого защитного проводника. Повторное заземление выполняют путем заземления нулевого защитного проводника на вводе здания и на концах питающей ЛЭП. Общее сопротивление повторных заземлителей нулевого защитного проводника должно быть:

Повторное и рабочее заземления действуют как делитель напряжения.

При замыкании фазы на корпус и отсутствии обрыва ток через человека при использовании повторного заземлителя

При обрыве нулевого защитного проводника

Рис.23. Схема зануления а) принципиальная; б) замещения.

12. Защитное отключение: определение, область применения, защитная функция, основные требования к защитному отключению.

Защитное отключение.

Защитное отключение (а.з.о.) – быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении опасности поражения человека током.

В основе З.О. лежит принцип ограничения времени протекания тока через человека. Наибольшее распространение получили З.О. с , .

Основные требования к а.з.о.

а) быстродействие , где

время отключения а.з.о. складывается из времени срабатывания прибора з.о. (реле ) и времени срабатывания собственного автомата (0,06с электромагнитного и с теплового) ;

б) надежность, т.е. отсутствие отказов, а также ложных срабатываний;

в) высокая чувствительность, т.е. способность реагировать на малые изменения входного сигнала;

г) селективность – отключение только аварийного участка;

д) самоконтроль, а.з.о. могут применятся в сетях любого напряжения с любым режимом нейтрали (больше – до 1000В).

Принцип построения схем а.з.о. зависит от типа входного сигнала, поступающего к датчику:

- напряжение на корпусе (прямого действия);

- напряжение нулевой последовательности (косвенного действия);

- ток нулевой последовательности (косвенного действия);

- ток замыкания на землю (прямого действия);

- комбинированные.

Применяется в СССР:

- в передвижных устройствах;

- как дополнительная мера к защите заземления и заземления;

- в электроинструментах.

Пример: удар током от прикосновения к троллейбусу (если есть утечка на корпус).

Ежегодно от этого гибнет около 50 человек.

Схема а.з.о. (вх. сигнал – напряжение на корпусе). Схема осуществляет защиту от глухих замыканий на землю и пригодна для сетей с изолированной и заземленной нейтралью, любого напряжения.

Такие схемы могут применятся только совместно с заземлением или другими мерами защиты. Напряжение срабатывания , при этом воздействует на реле , нормально – замкнутые контакты которого размыкаются и отключают МП.

Достоинства - простая.

Недостатки:

1) нет контроля исправности и самоконтроля;

2) зависит от ;

3) трудности с селективностью при общем заземлении;

4) требуются вспомогательные заземления.

Схема а.з.о. (входной сигнал – ток нулевой последовательности). В этой схеме датчиком является трансформатор тока нулевой последовательности ТТНЛ. Первичная обмотка ТТНЛ – три фазных провода (1), вторичная обмотка (2) намотана на кольцевом магнитопроводе (3).

Схема а.з.о. по току н.п. а) принципиальная б) ТТНП

Схемы этого типа осуществляют защиту от глухих ( ) или неполных ( ) замыканий на землю.

Назначение – обеспечить безопасность при прикосновении и заземлении или занулении корпуса при попадании ан него фазы или при прикосновении к токоведущим частям электроустановки.

В нормальном режиме геометрическая сумма токов трех фаз равна нулю . При замыкании на корпус симметрия токов нарушается .

Реле тока Т срабатывает при и отключается с помощью МП оборудованное М.

Схема имеет:

1) высокое быстродействие;

2) чувствительность;

3) обеспечивает селективность;

4) не зависит от сопротивления заземления;

5) пригодность для схем с заземленной и изолированной нейтралью ( ).

13. Компенсация емкостных токов через человека: область применения, защитные функции, принцип действия, выражение для тока Ih.

Технические меры защиты.

Технические меры защиты обеспечивают безопасность персонала при выполнение работ с полным или частичным снятием напряжения с эл. установки.

а) отключение с видимым разрывом (или двойное);

б) вывешивание плакатов по ТБ (Например: «Не включать работают люди», «Работать здесь». И при необходимости установка временных ограждений.);

в) проверка отсутствия напряжения на токоведущих частях установки;

г) наложение временных заземлений.

16. Организационные меры обеспечения электробезопасности: обучение, проверка знаний, аттестация, условия производства работ в действующих электроустановках.

а) наряд или устное распоряжение с записью в журнал; в наряде указывают состав бригады, квалификацию по ТБ, меры электрозащиты, лицо ответственное за безопасность;

б) допуск бригады к работе (дежурный указывает отключенный участок и показывает, что напряжение отсутствует указателем или рукой);

в) надзор за бригадой во время работы;

г) оформление переходов (на другие участки) и окончание работы.

17. Предложите в дополнение к защитному заземлению второй технический метод, обеспечивающий повышение уровня электробезопасности эксплуатации электроустановки в сети с изолированной нейтралью. Приведите общую принципиальную схему.

Защитное отключение.

Основные требования к а.з.о.

а) быстродействие , где

б) надежность, т.е. отсутствие отказов, а также ложных срабатываний;

в) высокая чувствительность, т.е. способность реагировать на малые изменения входного сигнала;

г) селективность – отключение только аварийного участка;

д) самоконтроль, а.з.о. могут применятся в сетях любого напряжения с любым режимом нейтрали (больше – до 1000В).

Принцип построения схем а.з.о. зависит от типа входного сигнала, поступающего к датчику:

- напряжение на корпусе (прямого действия);

- напряжение нулевой последовательности (косвенного действия);

- ток нулевой последовательности (косвенного действия);

- ток замыкания на землю (прямого действия);

- комбинированные.

Применяется в СССР:

- в передвижных устройствах;

- как дополнительная мера к защите заземления и заземления;

- в электроинструментах.

Пример: удар током от прикосновения к троллейбусу (если есть утечка на корпус). Ежегодно от этого гибнет около 50 человек.

Достоинства - простая.

Недостатки:

5) нет контроля исправности и самоконтроля;

6) зависит от ;

7) трудности с селективностью при общем заземлении;

8) требуются вспомогательные заземления.

Схема а.з.о. по току н.п. а) принципиальная б) ТТНП

Схемы этого типа осуществляют защиту от глухих ( ) или неполных ( ) замыканий на землю.

Реле тока Т срабатывает при и отключается с помощью МП оборудованное М.

Схема имеет:

6) высокое быстродействие;

7) чувствительность;

8) обеспечивает селективность;

9) не зависит от сопротивления заземления;

10) пригодность для схем с заземленной и изолированной нейтралью ( ).

18. Охарактеризуйте понятия и укажите пороговые значений ощутимого, неотпускающего и фибрилляционного токов частоты 50 Гц.

Токи поражения (ГОСТ 12.1.009-76)

Электрические токи подразделяют на ощутимые, неотпускающие и фибрилляционные.

Ощутимый ток – электрический ток, вызывающий ощутимые раздражения при прохождении через организм человека
Неотпускающий ток – электрический ток, вызывающий при прохождении через организм человека непреодолимое судорожное сокращение мышц руки, в которой зажат проводник, находящийся под напряжением.
Фибрилляционный ток – вызывает при прохождении через организм фибрилляцию сердца.

Пороговый ток – наименьшее значение тока вызывающий соответствующую реакцию. Пороговыезначения различны для переменного и постоянного тока. Кроме того, они неодинаковы для различных людей.

Повторные заземлители.

Повторное и рабочее заземления действуют как делитель напряжения.

При обрыве нулевого защитного проводника

Рис.23. Схема зануления а) принципиальная; б) замещения.

21. Привести электрическую принципиальную схему зануления. Сравнить напряжения на корпусе поврежденного электроприбора: а) при отсутствии зануления и повторного заземления; б) при наличии только зануления; в) при наличии только повторного заземления

г) при наличии зануления и повторного заземления.

Зануление.

Зануление применяют в сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000В.

Рис.23. Схема зануления а) принципиальная; б) замещения.

k – коэффициент надежности срабатывания.

Нормирование зануления (ГОСТ 12.1.030 - 81):

а) Сопротивление нулевого проводника

б) сопротивление рабочего заземлителя

в) коэффициент надежности:

- для плавких выключателей ;

- для автоматических выключателей с электромагнитным расцепителем (осечкой) .

Расчет зануления.