Охрана труда и техника безопасности в электроустановках. Учебное пособие
.pdfЗАЩИТА ОТ НАВЕДЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ
При рассмотрении вопросов электромагнитной совместимости электротехнических устройств следует говорить о влиянии отдельных цепей или устройств на другие цепи или устройства. Под влиянием понимают процесс, при котором в некоторых устройствах будут появляться дополнительные напряжения и токи за счет перекачки части электрической энергии из других устройств. При этом внешними влияниями назовем влияния на низковольтные цепи со стороны высоковольтных (или сильноточных) цепей, а взаимными – влияния от соседних цепей одной или однотипной линии.
Так, внешними будут влияния со стороны тяговой сети на линии связи, а взаимными – влияния друг на друга разных пар многопроводной линии связи. Влияющая линия создает в окружающем пространстве электрическое поле, определяемое напряжением в линии, а также магнитное поле, связанное с токами в линии.
Кроме того, различные виды влияний подразделяют по значениям наводимых напряжений, то есть по силе воздействия, на опасные и мешающие влияния. Опасные влияния могут вызвать поражения людей электрическим током или привести к повреждениям аппаратуры или пожарам, а мешающие влияния, которые меньше по величине и только снижают устойчивость работы линий связи или телемеханики, нарушают нормальную их работу и действуют как помехи. В связи со сказанным введены еще несколько понятий и определений. Так, сближением между электрифицированной железной дорогой и смежными линиями называют такое взаимное их расположение, при котором в цепях этих линий могут возникать опасные и мешающие напряжения и токи, то есть смежные линии находятся в зоне влияния электрических железных дорог (ЭЖД). Длиной сближения называют длину той части смежной линии, которая находится в
51
зоне влияния тяговой сети ЭЖД. Шириной сближения называется кратчайшее расстояние между осью железной дороги и проводами смежной линии.
Подверженными влиянию оказываются все смежные линии, расположенные в зоне влияния контактной сети или одной из перечисленных ниже линий: отключенная секция контактной сети, отключенная секция линии электропередачи, волноводный провод, линии низкого напряжения и линии связи. Влияние контактной сети 1x25 кВ вызывает также изменения режима работы линий 6-10 кВ, расположенных на опорах контактной сети, поскольку нарушается работа системы сигнализации от однофазных коротких замыканий.
В общем, наводимые напряжение тем больше, чем ближе смежная линия к влияющему проводу, поэтому провода, подвешенные на опорах контактной сети, подвержены наиболее сильному влиянию со стороны последней.
Тяговая сеть электрифицированной железной дороги оказывает электрическое, магнитное и гальваническое влияния на смежные линии. Электрическое влияние обусловлено емкостными связями между контактной сетью и смежным проводом, магнитное влияние возникает из–за переменного магнитного поля, создаваемого током контактной сети, а гальваническому влиянию подвержены цепи, имеющие общие заземляющие устройства.
На рис 16 показана схема ёмкостной связи между проводами при электрическом влиянии. Допустим, что влияющий провод Кс напряжением Uк имеет длину l1 и расположен над землей на высоте b, а подверженный влиянию изолированный провод А подвешен на высоте c, имеет длину l2 и проходит параллельно влияющему проводу К на расстоянии а. Между влияющим и подверженным влиянию проводами существует емкостная связь, величина которой C1, а провод А относительно земли
52
имеет емкость C2. Потенциал провода А относительно земли можно приближенно определить из выражения:
UА = UК C1 l1 / C2 l2
Рис. 16 – Схема ёмкостной связи между проводами при электрическом влиянии
Из формулы видно, что с увеличением расстояния а и уменьшением высоты подвеса c, наведенное напряжение на проводе А будет уменьшаться. По расчетам наведенное напряжение от электрического влияния на отключенной контактной подвеске станционных путей длиной 570 м, расположенной на расстоянии 4,8 м от ближайшего пути, контактная сеть которого
53
находится под напряжением 27 кВ, при b = с = 7 м, составит
5500 В.
Магнитное влияние обусловлено наведением ЭДС в замкнутых контурах при пересечении их переменным магнитным полем. Ток, протекающий в контактной сети, создает магнитное поле в окружающем пространстве. В контуре смежный провод – земля переменным магнитным полем наводится ЭДС, величина которой определяется законом электромагнитной индукции по выражению для синусоидальных токов E = – ωФ, где Ф – магнитный поток под смежной линией в воздухе и земле.
Можно говорить о существовании воздушного трансформатора, первичная обмотка которого образована контактной сетью и землей, а вторичная обмотка – это контур смежная линия – земля.
Для обеспечения безопасности при работах на проводах, подверженных электромагнитному влиянию, предусматривают следующие защитные мероприятия:
–увеличивают расстояние между влияющим и подверженным влиянию проводами;
–заземляют изолированные от земли металлические конструкции сооружений, находящихся в зоне электромагнитного влияния (крыши вагонов с деревянными кузовами, крыши помещений стрелочных постов, трубопроводы и др.). Для повышения надежности эти сооружения соединяют с «землей» двумя специальными заземлителями;
–по фронту работ на расстоянии не более 200 м друг от друга на отключенную, подверженную электромагнитному влиянию линию завешивают заземляющие штанги. Расстояние между штангами выбирают исходя из того, чтобы наведенные потенциалы при этом не превышали по величине допустимые для человека. С целью повышения надежности контакта провода с «землей» с каждой стороны от работающих завешивают по две заземляющие штанги;
54
– для выравнивания потенциалов между проводами контактной сети и заземленными конструкциями, не связанными с рельсами, устанавливают шунтирующие перемычки.
ЗАЩИТА ОТ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Термин «статическое электричество» означает совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности или в объеме диэлектриков или на изолированных проводниках.
Электризация материалов часто препятствует нормальному ходу технологических процессов производства, а также создает дополнительную пожарную опасность вследствие искрообразования при разрядах и наличия в помещениях, резервуарах и ангарах горючих паро- и газовоздушных смесей.
Электростатическая искробезопасность (ЭСиБ) – состояние объекта защиты, при котором исключена возможность возникновение пожара или взрыва от разрядов статического электричества. Электризация возникает, главным образом, в диэлектрических и плохо проводящих телах в результате трения друг о друга или соударения диэлектрических жидкостей с ёмкостями при переливании, а также твердых диэлектриков при размельчении, просеивании и т.п.
Согласно теории контактной электризации тел при соприкосновении двух разных диэлектрических веществ, происходит перераспределение электронов (в жидкостях и газах еще и ионов) с образованием двойного электрического слоя с противоположными знаками электрических зарядов. Таким образом, между соприкасающимися телами, особенно при их трении, возникает контактная разность потенциалов. Интенсивность образования электрических зарядов определяется различием диэлектрических свойств материалов, а также силой и скоростью трения. Чем больше сила и скорость трения и больше различие
55
электрических свойств, тем интенсивнее происходит образование электрических зарядов. При последующем разделении этих тел каждое из них сохраняет свой электрический заряд, с увеличением расстояния между ними (при уменьшении электрической емкости системы) за счет совершаемой работы по разделению зарядов, разность потенциалов возрастает и может достигнуть десятков и сотен киловольт. Так, например, при движении резиновой ленты транспортера в устройствах ременной передачи на ленте (ремне) и на роликах транспортера (шкивах) из–за некоторой пробуксовки возникают заряды противоположных знаков, а разность потенциалов может достигать 45 кВ. Аналогично происходит электризация при сматывании (наматывании) тканей, бумаги, полиэтиленовой пленки и др.
В ряде случаев статическая электризация тела человека и затем последующий разряд с человека на землю или заземленное производственное оборудование, или электрический разряд с незаземленного оборудования через тело человека вызывают небольшие и очень кратковременные токи. Электротравм не возникает. Однако разряд, как правило, вызывает рефлекторное движение человека, что в ряде случаев может привести к резкому движению, падению человека с высоты.
При образовании заряда с большим электрическим потенциалом вокруг них создаётся электрическое поле повышенной напряжённости, которое вредно для человека. При длительном пребывании его в таком поле наблюдаются функциональные изменения в центральной нервной, сердечно-сосудистой и других системах организма человека.
Допустимые уровни напряжённости электростатических полей установлены в ГОСТ 12.1.045-84 Система стандартов безопасности труда (ССБТ). «Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля».
56
Применение средств защиты, работающих обязательно в тех случаях, когда фактические уровни напряжённости электростатических полей на рабочих местах превышают 60кВ/м. Защита от статического электричества осуществляется двумя путями:
–уменьшением интенсивности образования электрических зарядов;
–устранением образовавшихся зарядов статического электричества.
Уменьшение интенсивности образования электрических зарядов достигается за счет снижения скорости и силы трения, различия в диэлектрических свойствах материалов и повышения их электропроводимости. Уменьшение силы трения достигается смазкой, снижением шероховатости и площади контакта взаимодействующих поверхностей. Скорости трения ограничивают за счет снижения скоростей обработки и транспортировки материалов.
Поскольку интенсивность образования зарядов тем выше, чем меньше электропроводность материала, то желательно применять по возможности материалы с большей электропроводностью или повышать их электропроводность путем введения электропроводных (антистатических) присадок.
Так, для покрытия полов нужно использовать антистатический линолеум, желательно периодически проводить антистатическую обработку ковров, ковровых материалов, синтетических тканей и материалов с использованием препаратов бытовой химии.
Соприкасающиеся предметы и вещества предпочтительнее изготовлять из одного и того же материала или материалов, имеющих близкие значения диэлектрических проницаемостей, так как в этом случае не будет происходить контактной электризации. Устранение зарядов статического электричества достигается, прежде всего, заземлением корпусов оборудования. Заземление для отвода статического электричества можно объединять
57
с защитным заземлением электрооборудования. Если заземление используется только для снятия статического электричества, то его электрическое сопротивление может быть существенно больше, чем для защитного сопротивления электрооборудования (до 100 Ом).
Влажный воздух имеет достаточную электропроводность, чтобы образующиеся электрические заряды стекали через него. Поэтому во влажной воздушной среде электростатических зарядов практически не образуется, и увлажнение воздуха является одним из наиболее простых и распространенных методов борьбы со статическим электричеством
Еще один распространенный метод устранения электростатических зарядов – ионизация воздуха. Образующиеся при работе ионизатора ионы нейтрализуют заряды статического электричества. Таким образом, бытовые ионизаторы воздуха не только улучшают аэроионный состав воздушной среды в помещении, но и устраняют электростатические заряды, образующиеся в сухой воздушной среде на коврах, ковровых синтетических покрытиях, одежде.
В качестве индивидуальных средств защиты могут применяться антистатическая обувь, антистатические халаты, заземляющие браслеты для защиты рук и другие средства, обеспечивающие электростатическое заземление тела человека.
58
МОЛНИЕЗАЩИТА
Молния – это гигантский электрический искровой разряд между облаками или между облаками и земной поверхностью, проявляющийся обычно вспышкой света и сопровождающийся громом. Наиболее часто молнии возникает в кучево-дождевых облаках. Длина молнии может составлять несколько километров, диаметр десятки сантиметров и длительность – десятые доли секунды. Энергия, выделяемая при ударе молнии, достигает многих миллиардов джоулей. Температура в канале молнии составляет по разным источникам от 10 до 30 тысяч градусов и даже более.
Плотность ударов молнии в землю сильно колеблется по регионам земного шара и зависит от геологических, климатических и других факторов. Есть на нашей планете места, где грозовая активность практически не прекращается, а есть такие, где гроз не бывает десятилетиями. Существуют и закономерности в распределении ударов молнии. Количество гроз возрастает от полюсов земного шара к экватору. Кроме того, число молний резко сокращается в пустынях и увеличивается в регионах с интенсивными процессами испарения (во влажных тропических зонах плотность ударов молнии составляет до 20-30 разрядов на 1 км2 земли за год).
Принимая во внимание столь большую интенсивность ударов молнии, не удивительно, что молния уносит множество жизней, так, ежегодно от удара молнии во Франции погибает несколько десятков людей, в США около 100 человек, а в небольшом государстве Зимбабве – до 160. Кроме человеческих жертв удары молний влекут и большое количество пожаров. Только в нашей стране 7% пожаров в жилых домах происходит от попадания молнии. При прямом ударе в результате высокой температуры в канале молнии происходит мгновенный нагрев конструкций здания и воздуха. Воздух, расширяясь, образует
59
ударную воздушную волну, разрушающую здания и сооружения.
Помимо прямого удара проявления молнии могут быть в виде электростатической и электромагнитной индукций. В результате действия электромагнитного поля тока молнии, ударяющей в объект или на расстоянии от него, возникает ЭДС, которая может вызвать искрение или сильное нагревание в местах с недостаточно плотным контактом между металлическими элементами конструкций, что в свою очередь может привести к пожару или взрыву. Молния во всех случаях опасна высокими потенциалами, которые вызывают поражения людей прямым ударом, а также напряжением прикосновения и шага.
Молниезащита – комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий и сооружений, оборудования и материалов от возможных взрывов, загораний и разрушений, вызванных ударом молнии.
Систему молниезащиты проектируют на основании документов: РД 34.21.122-87 «Инструкция по молниезащите зданий и сооружений» и СО 153-34.21.122-2003 «Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций».
Молниезащита зданий разделяется на внешнюю и внутреннюю. Внешняя молниезащита представляет собой систему, обеспечивающую перехват молнии и отвод её в землю. В состав внешней молниезащиты входит:
–молниеприёмник (молниеотвод громоотвод) – служит для приёма разряда молнии и располагается в зоне возможного контакта с каналом молнии:
–токоотвод – часть молниеотвода, предназначенная для отвода тока молнии от молниеприёмника к заземлителю;
–заземлитель – проводящая часть или совокупность соединённых между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землёй.
60