Анализ опасности электропоражения в трехфазных сетях
1. Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью
Рис. 7. Прикосновение человека к проводу трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью: а — при нормальном режиме; б — при аварийном режиме
R1= R2=R3=R – сопротивление изоляции фаз относительно земли,
С – емкость фазы относительно земли.
Ток, проходящий через человека:
Напряжение прикосновения – напряжение между двумя точками электрической цепи, которых одновременно касается человек.
При аварийном режиме, т.е. когда происходит замыкание на землю через малое активное сопротивление замыкания. Активное сопротивление - сопротивление фазы. Сила тока через тело человека определяется следующим образом:
rзм – сопротивление замыкания фазы на землю.
2. Трехфазная четырехпроводная сеть с заземленной нейтралью
Рис. 8. Прикосновение человека к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью: а — при нормальном режиме; б — при аварийном режиме
В данной сети сопротивление и емкости равны. При нормальном(исправном) режиме ток через тело человека равен:
Ih = ,
r0 – сопротивление заземления, Ом.
r0<<Rh; r0<<R, следовательно Ih = . При аварийном режиме, т.е. когда одна из фаз замкнута на землю через относительно малое активное сопротивление сила тока через тело человека определяется следующим образом:
.
Выводы:
1. В нормальном режиме наименьшей опасностью электропоражения обладает 3х-фазное 3х-проводное сеть с изолированной нейтралью.
2. Сеть с заземленной нейтралью опасна в исправном режиме. В аварийном режиме опасность меньше, чем в сети с аварийным режимов с изолированной нейтралью.
3. Если в помещении есть опасность, что повреждена изоляция, то применяют сеть с заземленной нейтралью.
Средства и методы защиты от поражения электрическим током
К техническим способам и средствам защиты относятся
Зашита от прямого прикосновения
1. Изоляция токоведущих частей, рабочая изоляция должна быть рассчитана на перегрузку в 2-3 раза. Применяется двойная и одинарная изоляция
2. Оградительные устройства (экраны, кожухи)
3. Электрическое разделение сетей (для уменьшения емкостной составляющей)
4. Применение малых напряжений (до 42В)
5. Применение средств электрозащиты (основные (инструмент) и дополнительные (обувь, пояса, касик, коврики))
6. Блокировка - предотвращают случайные попадания под токоведущие части, бывает как механическая, так и электрическая
7. Защитное отключение
Косвенное прикосновение
8. 1. Применение малых напряжений (до 42В)
9. Сигнализация и знаки безопасности. Для предупреждения персонала о наличии или отсутствии напряжения на электроустановке. Бывает звуковая и световая.
Знаки безопасности делятся на предупреждающие, запрещающие, предписывающие и указательные
8.Защитное заземление
9. Зануление
10. Защитное отключение
Защитное заземление
Это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.
Назначение: устранение опасности электропоражения при замыкании на корпус оборудования (защита от косвенного прикосновения).
Принцип действия: уменьшение до безопасных значений напряжение прикосновения и напряжение шага.
Применение: 3х-фазные 3х-проводные сети с изолированной нейтралью при напряжении до 1000 В.
Принцип действия защитного заземления заключается в том, что человек, прикоснувшийся к корпусу оборудования, находящимся под напряжением, оказывается включенным параллельно заземлителю, имеющему значительно меньшее сопротивление, чем тело человека. В результате большая часть тока пройдет через заземлитель и незначительная через тело человека. В зависимости от напряжения и мощности электроустановки сопротивление заземлителя (rз ) должно быть 4 – 10 Ом.
Рис. 9. Защитное заземление
Различают защитное и рабочее заземление. Технически заземление реализуется путем установки заземлителей. Они бывают естественные и искусственные. Естественные заземлители – находящиеся в земле металлические предметы или конструкции иного назначения. В качестве естественных заземлителей могут применяться железобетонные конструкции зданий. Запрещено использовать для целей заземления трубопроводы с легко воспламеняющимися жидкостями и газами. Искусственные заземлители – это металлические предметы, применяемые исключительно для целей заземления. Могут быть горизонтальные и вертикальные заземлители. В качестве вертикальных используются стальные трубы и угловая сталь. В качестве горизонтальных электродов применяются стальные полосы. Помимо отдельных заземлителей применяются заземляющие устройства.
Заземляющее устройство — совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Они бывает выносные и контурные. Контурные заземляющие устройства - электроды его заземлителя размещаются по контуру площадки или основания, на котором находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки. Выносное заземляющее устройство - заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой находится оборудование.
Расчет защитного заземления
Целью расчета является определение основных параметров заземления: количество, размеры, порядок размещения элементов.
Порядок расчета:
1. Уточнение исходных данных:
а. характеристика электроустановки,
б. форма и размеры электродов,
в. данные измерений удельного сопротивления грунта,
г. данные о естественных заземлителях,
2. Определение расчетного тока замыкания на землю
,
где Z – сопротивление изоляции фаз.
Если ток замыкания определить невозможно, то его принимают равным 10А.
3. Определение требуемого сопротивления заземляющего устройства Rз.
4. Определение требуемого сопротивления искусственного заземлителя.
,
где Re - сопротивление естественного заземлителя.
5. Выбор типа заземлителя и составление предварительной схемы заземляющего устройства.
6. Определение расчетного сопротивления заземляющего устройства.
,
где Rв, Rг – сопротивление вертикальных и горизонтальных заземлителей,
ηв, ηг – коэффициент экранирования (взаимного влияния) вертикальных и горизонтальных заземлителей,
n – число вертикальных заземлителей.
Зануление
Зануление - преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением (рис.10).
Рис. 10.
1 – электроустановка,
2 – аппараты для защиты от токов короткого замыкания,
Принцип действия: превращение замыкания на корпус из-за пробоя изоляции в однофазное короткое замыкание в результате чего сработает защитный элемент – предохранитель или автоматический выключатель и размыкает поврежденную фазу.
Применяют в сетях с заземленной нейтралью.
Ток срабатывания предохранителя выбирают в зависимости от типа защитного элемента:
1.Если применяется плавкий предохранитель Iуст == 3 Iном.
2.При электромагнитной или электронной защите Iуст = 1.2...1.4 Iном если в качестве защитного элемента применяют эл. механическое или электрический размыкатель.
Расчет зануления
Цель - определение условия, при котором зануление способствует быстрому отключению поврежденной установки от сети.
Производится расчет на отключающую способность. При замыкании на зануленный корпус электроустановка автоматически отключается, если значение тока однофазного короткого замыкания удовлетворяет условию: Iз>=K*Iном, где K-коэффициент кратности тока, Iном-номинальный ток плавкого предохранителя.
Ток однофазного замыкания можно приблизительно определить следующим образом:
Iз= ,
где Zт - полное сопротивление трансформатора, Zn – полное сопротивление петли «фаза-нуль».
Zn= ,
где Rф и Rн - активные сопротивления фазного и защитного проводников, Хф, Хн - внутренние индуктивные сопротивления петли фаза,
Хп – внешнее индуктивное сопротивление петли «фаза-нуль».
R=l/(S∙p), где р-сопротивление удельное, Ом/м, l-длина, S – сечение.
Защитное отключение
Защитное отключение - быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности электропоражения.
Основными элементами устройств защитного отключения УЗО являются: прибор защитного отключения и исполнитель, т.е. автоматический выключатель.
Прибор защитного отключения – это совокупность отдельных элементов, которые воспринимают входную величину, реагируют на ее изменения и при заданном ее значении дают сигнал на отключения выключателя.
Этими элементами являются:
-датчик
-усилитель
-цепи контроля
-вспомогательные элементы.
Исполнитель обеспечивает отключение соответствующего участка электроустановки при получении сигнала от прибора защитного отключения.
Основные требования, предъявляемые к УЗО:
1. Высокая чувствительность – способность реагировать на малые изменения входной величины.
2. Малое время отключения – интервал времени с момента возникновения аварийной ситуации до момента прекращения тока.
t откл=tп(время действия прибора)+tв(время действия выключателя)
tп - период с момента возникновения аварийной ситуации до подачи импульса на отключение.
3. Селективность действия.
4. Способность осуществлять самоконтроль исправности.
5. Высокая надежность.