22. Защита лэп, гпп, рп от внешних и внутренних перенапряжений.

Перенапряжение – опасное для изоляции повышение напряжения сверх рабочего. Подразделяются на грозовые (внешние) и коммутационные (внутренние) перенапряжения.

Грозовые перенапряжения возникают как при прямом ударе молнии на ЭУ (прямое), так и при ударе молнии в землю или на предметы или на объекты находящиеся в близи ЭУ (индуцированные перенапряжения).

Коммутационные перенапряжения могут быть вызваны резкими изменениями режима сетей, т.е. явиться следствием переходных электромагнитных процессов. Эти перенапряжения возникают при оперативных переключениях цепей высокого напряжения, при срабатывании АПВ, при внезапных изменениях нагрузок, при повреждениях в сетях (обрыв провода, КЗ между фазами, замыкания на землю).

Уровень грозовых перенапряжении не зависит от номинального напряжения ЭУ, а коммутационные зависят.

Зашита от перенапряжения: осуществляется в соответствии с ПУЭ и включает в себя:

1) защиту от прямых ударов молнии в воздушную ЛЭП; станцию или п/станцию путем использования молниеотводов. ОРУ защищается стержневыми молниеотводами, а для протяженных ЛЭП – грозозащитные тросы. Грозозащитные тросы подвешиваются на тех же опорах, что и провода ВЛ и закрепляют при помощи стеклянных изоляторов. При этом необходимо установка искровых промежутков с зазором 40 мм. Чтобы искровые промежутки не пробивали рабочее напряжение рекомендуется заземлять трос. Сопротивление ЗУ нормируется;

2) защиту ЭО от импульсных грозовых перенапряжении набегающих с ЛЭП при помощи электронных аппаратов, нелинейных ограничителей перенапряжения (ОПН), а так же вентильных разрядников;

3) защиту от внутренних перенапряжении при помощи различного рода аппаратов (разрядники, ОПН, искровые промежутки, шунтирование контактов коммутационных устройств).

23. Виды и характеристика электротравм. Оценки пороговых токов и напряжений. Электрическое сопротивление тела человека.

Электротравма – травма, вызванная воздействием эл. тока или эл. дуги, либо др. проявлений электричества.

Протекая через тело человека, ток вызывает тепловое, электрохимическое, механическое и биологическое действие.

Тепловое дейтсвие – нагрев и ожоги тела, через кот. протекает ток, вплоть до полного сгорания тканей.

Электрохимическое действие – разложение крови и жидкостей организма, что вызывает нарушения кровеносно-сосудистой системы.

Механическое – разрыв, расслоение кровеносных сосудов и тканей организма в результате электродинамического эффекта из-за повышения давления.

Биологическое действие – раздражение и перевозбуждение центр. нервной системы организма, что сопровождается судорогами мышц и органов => нарушение функционирования этих органов.

Местные электротравмы:

1) эл. ожог (при непосредств. контакте с токовед. частью);

2) электрометаллизация кожи;

3) эл. знаки, метки тока – омертвление уч-ков верхнего рогового слоя кожи;

4) электрофтальмия – поражение органов зрения из-за УФ лучей при горении дуги;

5) мех. повреждения.

Общие:

1) эл. удары.

Эл. удары классифицирутся по степени тяжести на 5 ступеней:

1) судорожные, едва ощутимые сокращения мышц;

2) едва переносимые судороги без потери сознания;

3) судороги с потерей сознания, с сокращением ф-ций сердцебиения и дыхания;

4) прекращение функций сердечно-сосудистой деятельности или дыхания;

5) клиническая смерть

Оценки пороговых токов и напряжений.

Ощутимый ток – значение эл. тока, проход. через организм человека, при кот. появляется первое ощещение от прохождения такого тока.

Пороговое значение ощутимого тока – наименьшее значение ощутимого тока. 0,6-1,5 мА при частоте 50 Гц, для цепи пост. тока: 5-7 мА

Неотпускающий ток – такое значение эл. тока, кот. вызывает непреодолимые судорожные сокращения мышц тела человека, кот. человек касается токоведущей части.

Пороговое – мин.

15 мА для переем. тока (50 Гц);

80 мА для пост. тока

Фибрилляционный ток – такое значение тока, при проходящем кот. возникает фибрилляция сердца (остановка). Перменный ток 100-350 мА; пост. ток 300 мА

Безопасно для человека: 50 Гц переменный ток 0,3 мА, U=2 В; пост. ток 1 мА, U=8 В

Эл. сопротивление тела человека.

Схема сопротивления человека при приложении к нему напряжения.

1 – внешний роговой слой кожи (сотни кОм)

2 – ростковый слой кожи

3 – подкожный слой кожи

4 – внутр. органы

I – эпидермис; II – внутр. сопр-ие тела человека

Эл. схема замещения тела человека.

Сопрот-ие костной ткани – Момы

Постоянный ток менее опасен.

Сопротивление наружного слоя кожи z_н состоит из активного и емкостного сопротивлений, включенных параллельно. Полное сопротивление наружного слоя кожи z_н зависит от площади электродов, частоты тока, а также от значения приложенного напряжения и при площади электродов в несколько квадратных сантиметров может достигать весьма больших значений (десятков и сотен тысяч Ом).

Внутреннее сопротивление тела считается чисто активным, хотя, строго говоря, оно также обладает емкостной составляющей. Внутреннее сопротивление R_в практически не зависит от площади электродов, частоты тока, а также от значения приложенного напряжения и равно примерно 500 – 700 Ом.

24. Условия и виды опасностей применения электрической энергии в подземных выработках. Факторы, оказывающие влияние на условия электробезопасности. Режимы нейтрали электрических сетей и оценка их электроопасности.

Применение электрической энергии в подземных горных выработках сопряжено со следующими опасностями: поражение персонала эл. током; пожарами, взрывами метановоздушной смеси вследствие дуговых разрядов, появление токов утечек. Все это зависит от: рода тока, заземления нейтрали; частоты питающего напряжения.

В подземных выработках применяются следующие виды эл. сетей:

1) кабельная линия переменного тока, работающего в режиме изолированной нейтрали;

2) контактные сети постоянного тока, для питания электровозной откатки, функционирующие в режиме заземленной нейтрали;

3) комбинированные сети (переменного и постоянного тока), работающие в режиме изолированной нейтрали трансформатора или источника тока и имеющие между питающим трансформатором и приемником преобразователь переменного тока в постоянный, либо наоборот (используются для питания или зарядки аккумуляторных батареи рудничных электровозов).

Факторы влияющие на условия безопасности в шахте:

1) необходимость постоянного перемещения большинства агрегатов или машин в процессе работы или периодического перемещения установок вслед за продвиганием горных работ, что приводит к повышенным требованием прочности ЭО и кабелей, к удобству монтажа и передвижки этого оборудования, быстроте монтажа/демонтажа, а также способам управления и эргономике данных механизмов.

2) неблагоприятные климатические условия (повышенная влажность, запыленность, температура (t воздуха не более 25град)), которые оказывают большое влияние на организм рабочего персонала и на ЭО. В калийных шахтах в связи с высокой агрессивностью пыли ЭО работает незначительный срок. Для кабельных сетей срок службы гибкого кабеля – не более года.

3) наличие взрывоопасной атмосферы: связано с постоянным или периодическим выделением метана, который в смеси с воздухом образует ВОС. Данные условия вызывают необходимость применения взрывозащищенного ЭО. 2 осн. фактора для пожара и взрыва: рудничный газ, уголная пыль.

4) ограниченность пространства горной выработки, обуславливает применение ЭО с минимальными габаритами, а также требует компактного размещения (и защиту от случайного прикосновения) и качественного защитного заземления;

5) давление боковых пород и возможность их частичного обрушения, что предъявляется требования к повышенной механической прочности ЭО, а также жесткости элементов, а также необходимости защиты от возникновения искрений при соударении мех. предметов;

6) необходимость непрерывной работы ЭУ связанных с обеспечением благоприятных климатических условий в шахтах, а также для предотвращения аварий в шахтах и выезда людей из шахты в случае аварии. Данный фактор предъявляет повышенные требования к надежности и бесперебойности вентиляционных, подъемных установок, систем аварийного освещения, пожаротушения, насос. установок, а также к системам ЭС, от кот. запитаны данные устройства.

7) специфические трудовые условия. Данный фактор предъявляет повышенные требования к шуму, вибрации и условию освещенности в шахте.

Режимы нейтрали электрических сетей и оценка их электроопасности.

Основными источниками являются силовые трансформаторы и генераторы. Если нейтраль связана металлическим отводом малого сопротивления с землей то это сеть с глухозаземленной нейтралью .

Э л. сеть подключенная к силовому трансформатору нейтраль которого не связана с землей либо подключена к земле ч/з аппараты с очень высоким сопротивлением (тр-р тока) называется сеть с изолированной нейтралью.

Согласно действующим П Б в подземных выработках создание линий ЭП должно осуществляться с помощью кабеля с медными токопроводящими жилами покрытыми изоляцией и заключенный в защитную оболочку из свинца ПВХ или резины не распространяющих горение. Применение в подземных выработках кабелей с алюминиевыми жилами или алюминиевой защитной оболочкой запрещено, т. к. алюминий обладает низкой температурой плавления а при замыкании жил плавится с образованием открытых искр и дуг. При взаимодействии кислорода(воздуха) алюминий окисляется и образует пленки приводящие к повышению переходного сопротивления в местах соединения и повышения их нагрева способствующего созданию температурных источников для воспламенения и взрыва. Наибольшую опасность для поражения человека возникает когда человек касается двух жил токоведущих элементов, но это бывает редко, часто человек касается одной из фаз сети. В этом случае величина утечки тока, проходящей через организм:

Iy=3Uф/ (Rч+Zсети)

Несмотря на наличие изоляции покрывающей жилы, между жилами имеются утечки тока а также между жилами и землей. Наличие изоляции приводит к тому, что токоведущие кабели обладают емкостью, поэтому полное сопротивление сети будет:

Ia=f(R_из);

Z²_c=R²_c+X²_c .

П олное утечка I²_y=I²_a+I²_c .при этом удельное емкостное сопротивление всегда меньше активного, поэтому Ic>Ia и Ic ,будет определять утечку. Величина активной составляющей зависит от качества изоляции, а емкостная составляющая зависит от сечения жил и протяженности линии. При рассмотрении эл. опасностей эл. сетей зависящей от полного сопротивления изоляции, возникновении утечки, тока прикасания человека к одной из фаз сети, либо замыкание одной из фаз определяется величиной полного сопротивлении сети. Однако величина утечек, и ее поражающее действие определяется также режимом нейтрали.

Рассмотрение эл. безопасности сетей с изолированной нейтралью.

В зависимости от эл. емкости сетей с изолированной нейтралью делят на

а) сети малой эл. емкости

б) сети большой эл. емкости.

К сетям малой емкости относятся низковольтные эл. сети с изолированной нейтралью небольшой протяженностью менее одного км. В которых из-за малой протяженности емкостным сопротивлением и емкостной утечкой пренебрегают, считая что эти утечки зависят от активного сопротивления. К сетям большей емкости относится все высоковольтные сети а также низковольтные длиной больше одного км, либо с большим количеством подключенных токоприемников. В которых активным сопротивлением пренебрегают считая что утечки тока определяются только емкостью сети.

Рассмотрение электробезопасности сетей малой эл. емкости.

С₁=С₂=С₃=С_c=0 I_c=0 При высоком уровне сопротивления фаз и сети r₁=r₂=r₃ → ∞ фазные напряжения будут равны между собой U₁=U₂=U₃=U_ф и утечки будут также одинаковы I₁=I₂=I₃=I_c . В симметричной системе Ū₁+Ū₂+Ū₃=0 При случайном касании человека одной фазы, проводимость данной фазы резко увеличивается, напряжение и сопротивление этой фазы снижается и нулевая точка сместится и в двух других фазах напряжение повышается. Запишем уравнение утечки в условиях прикосновения человека к одной из фаз сети

Ū₁-Ū₀/r₁+Ū₁-Ū₀/R_ч+Ū₂+Ū₀/r₂+Ū₃-Ū₀/r₃= 0

В симметричной схеме сумма напряжений фаз равняется 0, а сопротивление всех фаз равны r₁=r₂=r₃=r_с, поставим в данное уравнение сумму напряжений и равенство получим Ū₁-Ū₀/R_ч+3U_с/r_с=0 → Ū_с=r_cU/3R_ч+r_c (*) Найдем величину тока участка проходящего через человека в условиях его прикосновения к фазе сети I_y= Ū₁- Ū₀/R_ч, подставим в это выражение (*), получим: I_y=3U₁/3R_ч+r_c, т.к. в условиях симметричной системы напряжение U₁=U_ф , то получим: I_y=3U_ф/3R_ч+r_c, т.е. в эл. сетях малой емкости с изолированной нейтралью случайное поражение током при прикосновении зависит от активного сопротивления фаз сети и при высоком уровне r_c, утечки тока будет безопасным. При повреждении изоляции 1-вой фазы и ее замыкании на землю, то в этом случае: U^//₂=U^//₃=(√3)*U_ф При этом прикосновение человека к этой фазе будет безопасным, однако прикосновение человека к двум другим фазам ставит человека под линейное напряжение I_y=√3*U_ф/R_ч

Р ассмотрение электробезопасности сетей большой емкости с изолированной нейтралью.

I_a=0, C₁=C₂=C₃=C_c=∞, x₁=x₂=x₃=x_a=∞, при случайном касании одной из фаз сети через тело человека будет течь ток утечки, который всегда будет опасным независимо от сопротивления фаз: I_y=3*U_ф*ω*C/√(9*R²_ч*ω²*C²+1). Т.о. в сетях большой емкости безопасность можно обеспечить за счет снижения емкости до безопасной величины.

К основным достоинствам сетей с изолированной нейтралью относят: Опасность поражения эл. током человека при случайном соприкосновении зависит от сопротивления изоляции и эл. емкости сети и в условиях высокого уровня сопротивления изоляции и применяемых технологических средств для снижения эл. емкости ее эксплуатация безопасна.

Недостатки: а) При снижении уровня сопротивления изоляции одной из фаз или при касании человеком напряжение фазы и напряжение прикосновения изменяется от 0 до линейного значения. С увеличением емкости фаз опасность поражения растет. б) Замыкание одной из фаз сети на землю может оставаться необнаруженным длительное время – до появления замыкания на другой фазе или до касания человеком. в) при замыкании одной из фаз на землю прикосновение человека к другой фазе с высоким уровнем изоляции ставиться под линейное напряжение. г) Трудность обнаружения однофазной утечки без постоянного контроля изоляции сети.

Оценка электробезопасности сетей с глухозаземленной нейтралью.

В условиях высокого уровня сопротивления изоляции прикосновение человека к фазе сети является однофазным к.з. и сопровождается возникновением тока однофазного к.з., смертельного для человека I_y=U_ф/(R_ч+r₃+z_тр) Т.к. сопротивление трансформатора и r_ч очень малы по сравнению с R_ч, то их значениями пренебрегают. При этом величина возникающих утечек не зависит ни от сопротивления ни от емкости сети, а напряжения в других фазах остаются постоянными и единственным путем обеспечения защиты человека является отключение сети. Поэтому в сетях с глухозаземленной нейтралью фазы оборудуются МТЗ (предохранители, реле), которое при касании человека немедленно срабатывают (0,2 с) и отключают фазы сети от источника питания.

Достоинства: Уровни сопротивления изоляции емкости сети не оказывает влияния на величину тока при касании человека. При этом напряжения в фазах остаются неизменными. Замыкание любой фазы на землю или при касании фазы человеком является однофазным к.з. обеспечивающий отключение сети с помощью МТЗ.

Недостатки: Замыкание любой фазы на землю является однофазным к.з. с образованием тока большой величины, которая может привести к образованию открытых искр и дуг и большому нагреву заземляющего провода от чего возможно возгорание, поэтому такие сети используют на поверхности шахт до 380В. При касании фазы человек оказывается под фазным напряжением, что опасно для жизни.