книги из ГПНТБ / Кузнецов Б.В. Электрооборудование и электроснабжение торфопредприятий учеб. пособие

Глава 8 ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ § 8-1. Общие сведения

Поражение человека электрическим током происходит глав­ ным образом из-за несоблюдения правил устройства электроуста­ новок, правил их эксплуатации, техники безопасности, неосторожно­ го обращения с электроприемниками, прикосновения к токоведущим частям, из-за дефектов конструкций электрооборудования и т. д.

Характер поражения электрическим током и его последствия определяются такими факторами, как род и величина тока, вели­ чина напряжения, путь и продолжительность протекания электри­ ческого тока через человека, состояние кожи в местах прикоснове­ ния к металлическим частям, степень утомления и нервного напря­ жения человека и т. п.

Наиболее существенное влияние на степень поражения челове­ ка оказывает величина протекающего через него тока. Многочис­ ленные наблюдения и анализы несчастных случаев показывают, что наименьшую опасность представляют токи до 0,005—0,012 А, при которых человек может самостоятельно, без посторонней помо­ щи освободиться от токоведущих частей. Токи промышленной час­ тоты и постоянные токи при величине 0,1 Л и выше считаются смер­ тельными.

Большое значение имеет также длительность воздействия тока на организм человека, так как в результате прогревания и проби­ вания рогового слоя кожи сопротивление тела человека резко уменьшается.

• Поражающее действие переменного тока зависит не только от его величины, но и от частоты. Токи промышленной частоты 50— 500 Гц являются одинаково опасными. При очень высоких частотах (десятки и сотни килогерц) поражающее действие тока заметно снижается, что объясняется явлением поверхностного эффекта. По­ этому токи очень высоких частот приводят чаще к нагреву поверх­

130

Вследствие непостоянства электрического сопротивления тела человека величина поражающего тока зависит от большого коли­ чества факторов, которые в каждом конкретном случае заранее учесть невозможно. Поэтому в технике безопасности объем и харак­ тер защитных мероприятий устанавливают по величине напряже­ ния. Так, например, в качестве малых напряжений для питания

и даже 12 В.

Безопасность обслуживания электрических установок в боль­ шой степени зависит от напряжения установки и окружающей про­ изводственной среды.

По напряжению электроустановки делятся на две группы: установки напряжением до 1000 В и выше 1000 В. Работа в уста­ новках напряжением выше 1000 В более опасна, поэтому здесь существуют более строгие регламентированные правила и допуски к работе, чем в установках напряжением до 1000 В.

Окружающая производственная среда — влага, пыль, высокая температура, .едкие пары.— разрушающе действует на изоляцию электрооборудования и определяет тяжесть поражения электриче­ ским током. В соответствии с этим все помещения разделяются по степени опасности поражения электрическим током на следующие группы:

помещения без повышенной бпасности: сухие, не жаркие, с по­ лом, не проводящим ток, без токопроводящей пыли, с небольшим количеством металлических предметов, конструкций, машин и т. п.; помещения с повышенной опасностью: сырые с относительной влажностью, длительно превышающей 75%; жаркие (при темпера­ туре выше 30°С); сухие, но не отапливаемые; с токопроводящими полами; с возможностью одновременного прикосновения к зазем­

ленным конструкциям и корпусам электрооборудования; помещения особо опасные: сырые с влажностью воздуха, близ­

кой к 100%; с химически активной средой, действующей разру­ шающе на изоляцию электрооборудования; с двумя и более при­ знаками, характеризующими повышенную опасность (например, сырые с токопроводящими полами).

Вопросы повышения электробезопасности тесно связаны с во­ просами устройства и эксплуатации производственных электроуста­ новок. Все электроустановки должны выполняться и обслуживать­ ся с соблюдением единых правил. В настоящее время сборниками таких правил являются «Правила устройства электроустановок» (ПУЭ)1, «Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей». В эти сборники включены общие

1 В дальнейшем изложении этот документ именуется сокращенно Правила.

Правила монтажа, и эксплуатации всех электроустановок промыш­ ленности. На их основании разрабатываются внутриведомственные и внутризаводские правила, а также должностные инструкции и па­ мятки, более подробно отражающие требования к устройству и эк­ сплуатации электроустановок, характерных для данной отрасли Промышленности.

§8-2. Условия поражения электрическим током

втрехфазных сетях напряжением до 100 В

Поражение током в электроустановках можно разделить на следующие три случая:

поражения от непосредственного прикосновения к токоведу­ щим частям, находящимся под напряжением;

Рис. 8-1. Случаи поражения током при непосредственном прикосновении к неизо- I лированным проводам трехфазной сети:

а — двухполюсное прикосновение; б — однополюсное прикосновение в системе с изолиро­ ванной нейтралью при исправной изоляции двух других фаз; в — то же. прн однополюсном замыкании на землю; г — однополюсное прикосновение в системе с глухозаземленной нейтралью.

поражения, вызванные прикосновением к конструктивным ме­ таллическим частям электроустановок или корпусам электроприем­ ников, оказавшимся под напряжением в результате повреждения изоляции;

поражения «шаговым» напряжением при движении человека по участку вблизи места замыкания токоведущих частей на землю.

Случаи непосредственного прикосновения, характерные для электроустановок напряжением до 1000 В, делятся на двухфазные

132

(двухполюсные) и однофазное (однополюсное). Наиболее опас­ ным является случай двухфазного прикосновения (рис. 8-1, а), когда ток, протекающий через тело человека, ограничивается толь­ ко его внутренним сопротивлением:

/ч= - (8-2)

где и л — линейное напряжение, В.

Все же типичным является случай однофазного прикосновения, когда ток идет через тело человека и через землю. Последствия такого прикосновения зависят во многом от режима нейтрали трехфазной сети (изолирована она от земли или заземлена).

Наименее опасны однофазные прикосновения в сети с изоли­ рованной нейтралью (рис. 8-1,6) при исправной изоляции и малой длине линий. Величина поражающего тока в этих условиях опреде­ ляется суммарным сопротивлением Z, состоящим из последователь­ но включенных сопротивлений тела человека R4 и полного сопро­ тивления изоляции проводов ZH двух других фаз:

дов С незначительна. Если изоляция проводов будет при этом нор­ мальной, то полное сопротивление изоляции Z„ будет иметь высо­ кое значение (порядка нескольких миллионов Ом и более), а ток,

провода равно 0,5 Мом, то ток этой фазы на землю, называемый

кой-либо другой фазе. Этот случай аналогичен двухфазному при­ косновению (рис. 8-1, а). Ток / ч здесь будет определяться линей­

Рассмотренные случаи однополюсного прикосновения в трех­ фазных сетях с изолированной нейтралью показывают, что сопро­ тивление изоляции в этих сетях является серьезным фактором безопасности и требует к себе большого внимания. Уязвимым мес­

,133

том системы является возможность однополюсного замыкания на землю (на заземленный корпус), что приводит к повышению нап­

ряжения фаз в ] / 3 раз и соответствующему увеличению токов утечки. Такое ненормальное состояние сети может существовать длительное время и не отражаться на работе установки. Однако все это время в сети будут созданы крайне опасные условия эк­ сплуатации.

В трехфазных сетях с глухозаземленной нейтралью (рис.8-1, г) в случае однополюсного прикосновения образуется цепь поражения, которая замыкается через тело человека, обувь, пол, землю, зазем­ ление нейтрали. Величина тока, протекающего через тело человека (если пренебречь сопротивлением земли), £авна

водящем полу и в сухой обуви опасность поражения током меньше, чем при работе в сыром помещении с токопроводящим полом в сы­ рой обуви или при работе на металлических конструкциях.

При наиболее неблагоприятных условиях (если пренебречь сопротивлением земли, обувью человека и заземлением) величина

Следовательно, сопротивление изоляции проводов в отличие от изолированной нейтрали при глухом заземлении нейтрали не за­ щищает человека.

В аварийном режиме при замыкании, например, второй фазы на землю, напряжения неповрежденных фаз не претерпевают заметных изменений, как это имело место в сети с изолированной нейтралью, и поэтому величина поражающего тока значительно при этом не изменяется.

Рассматривая случаи поражения током при однополюсном при­ косновении, можно сделать следующие выводы. Более предпочти­ тельной с точки зрения электробезопасности является трехфазная система с изолированной нейтралью. Если же электроустановка эксплуатируется в условиях, при которых не обеспечивается высо­ кий уровень изоляции и малая емкость проводов, а вероятность

134

замыкания на землю одной из фаз не исключена, более безопасной будет система с глухозаземленной* нейтралью. Поэтому такая сис­ тема преимущественно и применяется на промышленных пред­ приятиях.

На торфяных предприятиях применяются обе системы трехфаз­ ного тока напряжением до 1000 Л.

Система с изолированной нейтралью напряжением 500 В ис­ пользуется для питания электрифицированных машин, применяе-

Рис. 8-2. Распределение .потенциалов при однополюсном замыкании на землю.

мых для подготовки торфяных месторождений, для добычи, сушки, уборки и погрузки торфа.

В поселках торфопредприятий, в мастерских и подсобных це­ хах применяется четырехпроводная трехфазная система с глухоза­ земленной нейтралью напряжением 380/220 В.

Нейтраль трехфазных генераторов передвижных электростан­ ций напряжением до 500 В по соображениям электробезопасности выполняется изолированной от земли. Заземлять нейтраль, соглас­ но Правилам, запрещается.

Поражение током при замыкании частей электроустановок на землю происходит под действием падения напряжения, обусловлен­ ного, растекающимся в земле током замыкания на землю, В каче­ стве примера на рис. 8-2 рассмотрен случай пробоя изоляции на ікорпус электрического аппарата. Корпус аппарата заземлен с по­ мощью одиночного заземлителя. Аналогично здесь можно рассмат­ ривать также случай обрыва и падения провода действующей ли­

135

нии на землю. В подобных аварийных режимах при замыканиях на землю отдельные точки почвы на некотором расстоянии от места замыкания получают различные потенциалы. Распределение потен­ циалов на поверхности почвы происходит по гиперболической кри­ вой (рис. 8-2). На расстоянии 20 м от места замыкания (от заземлнтеля) практически потенциалы всех точек земли можно принято равными нулю, и поэтому точки почвы, находящиеся вне зоны рас­ текания тока, называют «землей» в электротехническом смысле слова.

Напряжение, возникающее при замыкании частей электроуста­ новок на землю, между заземленной частью электроустановки и точками земли называют напряжением относительно земли U3. Отношение этого напряжения к току /3, протекающему через заземлитель в землю, называют сопротивлением заземлителя:

При пробое изоляции на корпус, соединенный с заземлителем, все оборудование, имеющее металлическую связь с этим корпусом, получит потенциал относительно земли такой же, как и заземлитель:

этого человека получат потенциал тех точек почвы, с которыми он соприкасается. Следовательно, между рукой и ногой человека (на расстоянии 0,8 м от заземлителя) возникает разность потенциа­ лов, которую называют напряжением прикосновения (рис. 8-2). Напряжение прикосновения по мере удаления от заземлителя уве­

Поражение током может произойти и под действием шагового напряжения £/шаг, равного разности потенциалов между двумя точ­ ками поверхности земли на расстоянии одного шага (ширина шага человека при расчетах принимается равной 0,8 м). Шаговое напря­ жение возрастает по мере приближения к точке соединения токо­ ведущих частей с землей (к заземлителю) и может быть равно >• напряжению прикосновения. По мере удаления от заземлителя ша­ говое напряжение уменьшается и на расстоянии более 20 м прак­ тически равно нулю.

§ 8-3. Основные мероприятия по повышению электробезопасности

136

Заземлением какой-нибудь части электроустановки называется преднамеренное электрическое соединение ее с заземляющим устройством. Основными элементами заземляющего устройства являются заземлители ■(металлические проводники), имеющие не­

ном напряжении 380 В и ниже.

Основная задача защитного заземления — снизить относитель­ но земли до безопасной величины напряжение, возникающее на не­ токоведущих металлических частях электроустановок в случае пробоя изоляции. Величина такого напряжения, согласно Прави­ лам, не должна превышать 40 В,

. В трехфазных установках напряжением до 1000 В защитное заземление имеет свои особенности, обусловленные режимом ней­ трали.

В установках с изолированной нейтралью (рис. 8-3) при про­ бое изоляции на корпус электродвигателя Д последний относитель­ но земли окажется под некоторым напряжением, величина которого

жение корпуса электродвигателя по отношению к земле в случае пробоя изоляции будет мало и прикосновение к нему человека малоопасно.

Но допускать длительное существование такой «земли» нель­ зя, так как при всяком однофазном замыкании в сети с изолиро­ ванной нейтралью напряжения исправных фаз по отношению

137

к земле возрастают до линейных. Это способствует возникновению второго замыкания на землю в другой фазе. Образовавшееся двой­ ное замыкание на землю создает более серьезную опасность для человека по сравнению с однофазным замыканием. Поясним это на примере.

Пример 8-1. В сети 500 В, питающейся от одного трансформатора, произо­ шли два замыкания на корпус в удаленных одна от другой установках (рис. 8 -4 ). Сопротивления заземлений установок: г3 1 = 1,50 Ом; г32=40 Ом. Вставки предохра­

нителей на аварийных линиях имеют номинальный ток 100 А.

Рис. 8-4.’Двойное замыкание на землю в сети с изолиро­ ванной нейтралью.

Р е ш е н и е . В цепи замыкания действует линейное напряжение. Ток замыкамня равен

т. е. вставки предохранителей в обеих установках не расплавятся.

Напряжения по отношению к земле на заземленных частях установок будут

Полученные напряжения очень опасны.

Учитывая большую опасность, которую представляют однофаз­ ные замыкания в сетях с изолированной нейтралью, Правила тре­ буют при эксплуатации таких сетей создания надёжных устройств-

138

непрерывного контроля изоляции, а в ряде установок (например, торфяные, горные электроустановки) также автоматического мгно­ венного отключения участка сети с поврежденной изоляцией.

Для непрерывного контроля состояний изоляции в сетях до 1000 В можно использовать схемы, приведенные на рис. 8-5. В ка­ честве индикаторов И можно применять высокоомные вольтметры, а лучше — электронные или газоразрядные лампы (неоновые, аргоновые и др.). Нельзя применять обычные лампы накаливания. Лампы и вольтметры, применяемые для контроля изоляции, долж-

J 500§

Рис. 8-5. Схемы включения приборов контроля изоляции:

а — схема включения ламп или вольтметров; б — схема включения аснмметра

б ы обладать достаточно, большим сопротивлением, чтобы при под­ ключении их между проводами и землей самим не быть причиной ухудшения изоляции сети, а следовательно, и причиной опасной эксплуатации электроустановки.

В нормальных условиях, когда изоляция сети исправна, токи, протекающие через индикаторы И (рис. 8-5, а) или через конденса­

одинаковые показания (лампы светятся одинаково ярко или вольт­

При пробое изоляции на землю соединенная с поврежденной фазой

.лампа гаснет (вольтметр показывает нуль), а в схеме (рис. 8-5, б) по обмотке реле Р потечет ток, реле сработает и своим размыкаю­ щим контактор подаст сигнал дежурному или команду на отклю­ чение поврежденного участка. Если замыкания на землю нет, но сопротивление изоляции одной из фаз резко уменьшилось и ей угрожает пробой, вольтметры в схеме (рис. 8-5, а) будут давать различные показания.

Схема, приведенная на рис. 8-5, б относится к типу асимметров. Подобные асимметры типа РА-74/2 предназначены для защитного ■отключения в электроустановках торфяных разработок напряже­ нием 500 В. Асимметр РА-74/2 — простое и надежное устройство для защиты сетей от однофазных замыканий на землю. Использо­

139