4.2 Аварийный режим

Выделяют следующие виды аварийного режима работы электроустановок:

а) нарушение изоляции фаз относительно земли (например, при падении неизолированного провода электросети на землю);

б) появление напряжения на корпусе электроустановок, электроприборов из-за нарушения изоляции проводов внутри корпуса.

А. Нарушение изоляции фаз относительно земли.Рассмотрим ситуацию, возникающую при нарушении изоляции фаз относительно земли.

Четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью. При аварийном режиме, когда одна из фаз, например, фаза 3 (рисунок 1.5) замкнута на землю через сопротивлениеr_зам(обычно это составляет десятки Ом), а остальные фазы имеют исправную изоляцию, напряжение прикосновения определяется выражением

(1.6)

А ток I_h, проходящий через человека:

(1.7)

Рисунок 4.4

Согласно ПУЭr₀ обычно не превышает 4 Ом иr_зам>>r₀, поэтому напряжение, под которым оказывается человек, прикоснувшись в аварийном режиме к фазному проводу трехфазной сети с заземленной нейтралью,значительно меньше линейного, но несколько больше фазного:

U_л >> U_h >U_ф.

Таким образом, прикосновения человека к исправной фазе сети с заземленной нейтралью в период аварийного режима более опасно, чем при нормальном режиме.

Трехпроводная сеть с изолированной нейтралью. При аварийном режиме замыкания фазы на землю (пусть это будет, например, также фаза 3) через малое r_зам. (проводимости g₁, g₂, g₃ в формуле 1.3) значение тока, проходящего через человека при его прикосновении к исправной фазе:

(1.8)

а напряжение прикосновения U_hопределится как

, (1.9)

Если принять r_зам.= 0, то, согласно уравнению (1.9) человек окажется под линейным напряжением. В реальных условияхr_зам.cоставляет несколько десятков Ом, т.е. значительно меньшеR_сh, поэтомучеловек оказывается под напряжением, близким к линейному.

Этот случай является наиболее опасным, сравните выражения (1.2), (1.7), (1.8), имея в виду, что

.

Трехпроводные сети напряжением V< 1000 В с изолированной нейтралью применяются там, где невозможно обеспечить работающим сухие электроизолирующие полы и нормальные метеоусловия (например, в шахтах, рудниках), а также где велика вероятность прикосновения к токоведущим частям, например, в электротехнических лабораториях. Однако безопасность гарантируется только в случае исправной изоляции и малой емкости линии. В аварийном режиме они становятся намного опаснее, чем четырехпроводные сети с глухозаземленной нейтралью в том же аварийном режиме. Поэтомувсетях с изолированной нейтралью применяют устройства непрерывного контроля изоляции, в том числе автоматически отключающие поврежденные участки сети.

Б. Напряжения прикосновения и шага при замыкании на землю. Протекание тока через землю может происходить только при наличии замкнутого контура, т.е. соединения с землей как минимум двух точек сети с разными потенциалами.

Потенциал токоведущей части относительно земли, ₃, определяется выражением

₃ = I_зr_{з ,} (1.10)

где I_З – ток замыкания,r_З– сопротивление растеканию тока. При этом вокруг точки замыкания на поверхности грунта происходит снижение потенциала по закону, представленному на рисунке 1.6 Нахождение человека на расстоянии менее 20 м опасно для человека, т.к. он может попасть под опасную разность потенциалов (шаговое напряжение).

Рисунок 4.5 - Растекание тока в земле через полусферический заземлитель.

По мере удаления от места замыкания токоведущей части на землю значение потенциала грунта снижается и становится равным нулю теоретически в бесконечности. Практически на расстоянии 20 м от места замыкания потенциал грунта принимают равным нулю. Более точно форма потенциальной кривой определяется удельным сопротивлением грунта и формой заземлителя. Для сферического заземлителя потенциальная кривая представляет собой гиперболу.

Напряжение прикосновения.Напряжением прикосновенияU_прВназывается разность потенциалов между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, или, другими словами, падение напряжения на сопротивлении тела человекаR_h. Если пренебречь сопротивлением обуви и основания, на котором стоит человек, то

U_пр = I_hR_h , (1.11)

где I_h- ток, проходящий через человека.

В устройствах защитных заземлений, занулений и т.п. одна из этих точек имеет потенциал заземлителя _З, а другая - потенциал основания_ос (см. рисунок 4.6). Тогда

U_пр = ₃ - _ос = ₃ (1 - ) илиU_пр = ₃  , (1.12)

где  -коэффициент напряжения прикосновения.

 = 1 -. (1.13)

В зависимости от расстояния человека до заземлителя коэффициент напряжения прикосновения может принимать значения 0,1  1, однако в реальных условиях он близок к единице, поэтому в расчетах для одиночных заземлителей принимается  = 1.

Из рисунка видно, что из двух случаев расположения заземлителей случай I оказывается более опасным, так как напряжение прикосновения получается более высоким (U_пр1 > U_пр2). Наиболее опасным будет прикосновение, когда человек находится на расстоянии  20 м от заземлителя.

Рисунок 4.6

Напряжение шага.Напряжением шага называется напряжение между двумя точками на поверхности грунта, находящимися одна от другой на расстоянии шага, которое принимается равным 0,8 м (см. рисунок 4.7),

Рисунок 4.7

U_ш=I_шR_ch, (1.14)

где I_ш- ток, , проходящий по пути “нога-нога”,R_ch- сопротивление цепи “человек-земля”. Если выразить напряжение шага через разность потенциалов, имеем

(1.15)

Чтобы выразить_хи_х+ачерез_з, разделим обе части (1.15) на_з .

, или(1.16)

где .

Коэффициент называетсякоэффициентом напряжения шага (коэффициентом шага) и учитывает форму потенциальной кривой. Значениялежат в диапазоне 0,150,6.

Напряжение шага зависит, таким образом, от величины потенциала в точке заземления, формы заземлителя и сопротивления грунта. Однако на практике, часто говорят о шаговом напряжении между условными точками поверхности, которых касаются ноги человека (а иногда, в случае его падения руки и ноги), расстояние между ними не обязательно 0,8 м. Вот почему, оказавшись в зоне растекания тока, выходить из нее следует, осторожно передвигаясь как можно более мелкими шажками или прыжками «ноги вместе».

Коэффициент напряжения шага играет большую роль в понимании механизма действия защитного заземления.

Лекция 11

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ

1. Классы электроустановок

2. Классы опасностей помещений

3. Требования к обслуживающему персоналу

4. Организационные и организационно-технические мероприятия по обеспечению электробезопасности

5. Технические средства защиты в электроустановках

1. Классы электроустановок

Для обеспечения электробезопасности необходимо строгое выполнение ряда организационно-технических мероприятий установленных ПУЭ («Правила устройства электроустановок») и ПТЭ и ПТБ потребителей (Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей).

Согласно ПУЭ ЭУ делятся на:

1. Выше 1000В с заземленной нейтралью

2. Выше 1000В с изолированной нейтралью

3. До 1000В с заземленной нейтралью

4. До 1000В с изолированной нейтралью

Такое деление позволяет разработать оптимальные требования к их конструкциям, а также комплекс мер и средств обеспечения безопасности обслуживающего персонала.

Режим работы нейтрали питания сети определяется системой энергоснабжения. При напряжении сети 1000 В провода имеют большую емкость относительно земли и для человека одинаково опасно прикосновение к проводу сети как с изолированной, так и с заземленной нейтралью. Поэтому режим нейтрали сети с напряжением1000 В по условиям безопасности не выбирается, а принимается по чисто технологическим требованиям:U- до 35 кВ - изолированная нейтраль, выше 35 кВ - заземленную.

2. Классы опасности помещений

Поскольку окружающая среда помещения воздействует на электрическую изоляцию приборов, устройств, а также на электрическое сопротивление человека, различают:

А: Производственные помещения с повышенной опасностью (ППО)^*

Б: Помещения особо опасные (ООП)^*

В: Помещения без повышенной опасности (ПБПО)_*

1. К классу ППО помещения относятся, если выполняется одно из условий: 1) относительная влажность 75%

2. токопроводящая пыль

3. повышенная температура t^35 ^C

4. возможность одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей конструкциями зданий, технологическому оборудованию и т.п., а с другой стороны - к металлическим корпусам электроустановок или токоведущим частям (в ВЦ - это машинные залы, помещения для сервисной и периферийной аппаратуры).

5. токопроводящие полы.

К классу ООПпомещения относятся, если выполняются следующие условия:

1) помещения особо сырые (d100%), потолок и стены, оборудование покрыты влагой и (или)

2. содержат постоянно химически активную среду, которая разрушает изоляцию электрооборудования.

В зависимости от категории помещения принимаются определенные защитные меры. Так в ППО - электроинструменты, светильники должны быть с двойной изоляцией, U_пит42в. В ООП - работы с электроинструментом42в - только с применением СИЗ (диэлектрические перчатки, коврики и т.п.), аU_кпереносных светильников12в.

При профилактическом обслуживании оборудования, ремонтно-монтажных работах все работы подразделяются на:

1. со снятием напряжения (напряжение снято со всех токоведущих частей) (например, замена неисправного электроинструмента, смена блока и т.д.);

2. без снятия напряжения на токоведущих частях и вблизи них (например, наладка отдельных узлов, блоков). Допускается на установках до 1000 В. При этом необходимы определенные технические или организационные меры (ограждение других токоведущих частей, работа в диэлектрической обуви или на коврике, инструмент с изолирующими рукоятками, если такого нетдиэлектрические перчатки. Работы 2-го вида не должны выполняться в одиночку!

3. без снятия напряжения вдали от токоведущих частей - случайное прикосновение к токоведущим частям исключено - специальных мер не требуется.