Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электробезопасность. Часть ІІІ. Защита от напряжения прикосновения и шага. Учебное пособие
.pdf
ФГБОУ ВПО СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Е. Е. ПРИВАЛОВ
ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ
У Ч Е Б Н О Е П О С О Б И Е
В 3-Х ЧАСТЯХ
ЧАСТЬ ІІІ
ЗАЩИТА ОТ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИКОСНОВЕНИЯ И ШАГА
Ставрополь
2013
УДК 631.31
ББК 31.29н
П75
Рецензенты:
кандидат технических наук, доцент А. В. Гальвас;
кандидат технических наук, доцент И. И. Боровлёв
(электроэнергетический факультет СтГАУ)
Привалов, Е. Е.
П75 Электробезопасность. В 3-х ч. Ч. ІІІ. Защита от напряжения прикосно-
вения и шага : учебное пособие / Е. Е. Привалов. – Ставрополь, 2013. –
156 с.
Даны термины, определения и показана опасность воздействия напряжения
прикосновения и шага на человека и сельскохозяйственное животное в электроустановках. Рассмотрены меры защиты работников в электрических сетях от поражения током при косвенном прикосновении к электрооборудованию путем автоматического отключения питания, уравниванием и выравниванием потенциалов, двойной изоляцией, сверхнизким напряжением, защитным
разделением цепей, изолирующими помещениями, зонами и площадками. Даны
вопросы для самопроверки знаний, тесты и ответы на экзаменационные вопросы
четвертой модульной части.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям 110800.62 «Агроинженерия» и 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника», а также лаборантов, техников, мастеров производственного обучения,
аспирантов и преподавателей.
© ФГБОУ ВПО Ставропольский государственный
аграрный университет, 2013
электрическим
УДК 631.31
ББК 31.29н
ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина «Электробезопасность» является базовой частью обучения при подготовке бакалавров электротехнического профиля и формирует у студентов современное электрофизическое мировоззрение и обеспечивает фундаментальную основу для последующего изучения профильных дисциплин электроэнергетического факультета. В третьей части курса профессионального цикла рассмотрены опасности напряжений шага и
прикосновения в электрических сетях с системами заземления TN, IT и TT
электроустановок напряжением до и выше 1000В промышленного и сельскохозяйственного назначения.
Целями третьей части модульного учебного пособия для обучаемых
являются: формирование знаний об электромагнитных явлениях при возникновении напряжений прикосновения и шага и работе типовых защит в
электрических сетях систем заземлениях TN, IT и TT электроустановок
напряжением до и выше 1000В, а также о величинах характеризующих эти
явления, методах научного познания основ электробезопасности; безопасного выполнения работ на электроустановках; развитие познавательных
интересов, интеллектуальных и творческих способностей в ходе решения
технических задач и выполнения практических работ; способности к самостоятельному приобретению новых знаний по электробезопасности в
соответствии с жизненными потребностями и интересами; воспитание
убежденности в необходимости разумного использования достижений
науки и технологий для дальнейшего развития безопасной эксплуатации
электроэнергетики и электротехники; применение полученных знаний и
умений для решения практических задач с материалами электрооборудования в быту и в личной жизни, для обеспечения безопасности при работе
на производстве с электроустановками и системами электроснабжения.
Задачами третьей части модульного пособия являются ознакомление
студентов с основными организационными и техническими мероприятиями при выполнении работ, способами и средствами для реализации электрозащитных мероприятий, выборе способов и средств защиты от тока
электроустановок в сельском хозяйстве и электроэнергетике.
В результате изучения материала модуля студент должен знать: способы защиты человека и сельскохозяйственных животных от напряжения
прикосновения и шага; требования мер техники безопасности, организационные и технические мероприятия, обеспечивающие безопасность работы в действующих электроустановках.
3
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Правила устройства электроустановок (ПУЭ, седьмое издание) в главе 1.7 «Заземление и защитные меры электробезопасности» дают по третьему модулю термины и определения. Рассмотрим некоторые из них.
Прямое прикосновение - электрический контакт людей или животных с токоведущими частями, находящимися под напряжением. Косвенное прикосновение - электрический контакт людей или животных с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции. Защита от прямого прикосновения - защита для предотвращения прикосновения к токоведущим частям, находящимся под
напряжением. Защита при косвенном прикосновении - защита от поражения электрическим током при прикосновении к открытым проводящим
частям, оказавшимся под напряжением при повреждении изоляции.
Зона нулевого потенциала (относительная земля) - часть земли, находящаяся вне зоны влияния какого-либо заземлителя, электрический потенциал которой принимается равным нулю. Зона растекания тока (локальная земля) - зона земли между заземлителем и зоной нулевого потенциала. Термин земля следует понимать как земля в зоне растекания тока.
Замыкание на землю - случайный электрический контакт между токоведущими частями, находящимися под напряжением, и землей.
Напряжение на заземляющем устройстве - напряжение, возникающее при стекании тока с заземлителя в землю между точкой ввода тока в
заземлитель и зоной нулевого потенциала.
Напряжение прикосновения - напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном
прикосновении к ним
человека или сельскохозяйственного животного.
Ожидаемое напряжение прикосновения - напряжение между одновременно доступными прикосновению проводящими частями, когда человек или
сельскохозяйственное животное их не касается.
Напряжение шага - напряжение между двумя точками на поверхности земли, на расстоянии 1м (100см) одна от другой, которое принимается
равным условной длине шага человека.
Сопротивление заземляющего устройства -
отношение напряжения
на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю.
Эквивалентное удельное сопротивление земли с неоднородной структурой
- удельное электрическое сопротивление земли с однородной структурой,
в которой сопротивление заземляющего устройства имеет то же значение,
что и в земле с неоднородной структурой.
Защиту работника при косвенном прикосновении следует выполнять
во всех случаях, если напряжение в электроустановке (ЭУ) превышает
50В переменного и 120В постоянного тока.
4
Заземление - преднамеренное электрическое соединение какой-либо
точки электрической сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством. Защитное заземление – заземление объекта, выполняемое в целях электробезопасности.
Защитное зануление в электроустановках напряжением до 1000В преднамеренное соединение открытых проводящих частей с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного
тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях
электробезопасности.
Защита людей в сетях от поражения электрическим током при косвенном прикосновении к электроприемникам (ЭП), как в нормальном режиме работы ЭУ, так и при повреждении изоляции (послеаварийный режим) предусматривает, кроме защитного заземления, автоматическое отключение источника питания (ИП), уравнивание и выравнивание потенциалов ЭУ объекта, например, открытого распределительного устройства.
В электроустановках применяют меры защиты от прямого и косвенного прикосновения: двойную изоляцию, сверхнизкое напряжение, защитное электрическое разделение цепей, а также изолирующие помещения, зоны и площадки.
Термин «уравнивание потенциалов» понимают как - электрическое
соединение проводящих частей для достижения равенства их потенциалов. Соответственно «защитное уравнивание потенциалов» - уравнивание
потенциалов, выполняемое в целях электробезопасности персонала.
Выравнивание потенциалов - снижение разности потенциалов (шагового напряжения) на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу или на их поверхности и
присоединенных к заземляющему устройству, или путем применения специальных покрытий земли на территории электроустановки или других
промышленных и сельскохозяйственных объектов.
Защитное автоматическое отключение питания - автоматическое размыкание цепи фазных проводников (и, если требуется, нулевого рабочего
проводника), выполняемое в целях электробезопасности.
Электрические сети с электроустановками напряжением до 1000В
имеют различные виды изоляции токоведущих частей ЭУ, такие как:
• основная - обеспечивающая защиту персонала от прямого прикоснове-
ния;
• дополнительная - независимая изоляция, выполняемая дополнительно к
основной изоляции для защиты людей при косвенном прикосновении;
• двойная - комбинация основной и дополнительной изоляций;
5
• усиленная - обеспечивающая защиту персонала от поражения электри-
ческим током, равноценную двойной изоляции.
Дополнительно в сетях с системами TN-C, TN-S и TN-C-S для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции
применяют по отдельности или в сочетании следующие меры защиты
персонала электроустановок при косвенном прикосновении к электрооборудованию:
• сверхнизкое (малое) напряжение (СНН) - напряжение, не превышаю-
щее 50В переменного и 120В постоянного тока;
• разделительный трансформатор - трансформатор, первичная обмотка
которого отделена от вторичных обмоток при помощи защитного электрического разделения цепей;
• безопасный разделительный трансформатор - разделительный транс-
форматор, предназначенный для питания цепей сверхнизким напряжением;
• защитный экран - экран, предназначенный для отделения электриче-
ской цепи или проводников от токоведущих частей других цепей;
• защитное электрическое разделение цепей - отделение одной электри-
ческой цепи от других цепей в ЭУ напряжением до 1000В с помощью:
двойной изоляции; основной изоляции и защитного экрана; усиленной
изоляции;
• изолирующие помещения, зоны, площадки - помещения, зоны, пло-
щадки, в которых защита при косвенном прикосновении обеспечивается высоким сопротивлением пола и стен и в которых отсутствуют заземленные проводящие части.
При значениях малого напряжения выше 25В переменного или 60В
постоянного тока выполняют защиту от прямого прикосновения ограждениями (оболочками), которая выдерживает напряжение 500В переменного
тока в течение 1 мин. При применении малого напряжения, т.е. СНН в сочетании с электрическим разделением цепей открытые проводящие части
не присоединяют к заземлителю, защитным проводникам или открытым
проводящим частям других цепей. СНН в сочетании с электрическим разделением цепей применяют, когда необходимо обеспечить защиту работников от поражения электрическим током при повреждении изоляции не
только в цепи СНН, но и при повреждении изоляции в других цепях, например, в цепи, питающей источник.
6
ГЛАВА 1. ОПАСНОСТЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИКОСНОВЕНИЯ
В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ
1. Меры защиты от поражения током при косвенном
прикосновении
Рассмотрим общие требования к защите людей и сельскохозяйственных животных от поражения электрическим током при прикосновении
к электрооборудованию, как в нормальном режиме работы электроустановки (ЭУ), так и при повреждении изоляции.
Для защиты работников от поражения током в случае повреждения
изоляции ЭУ применяют следующие меры защиты при косвенном прикосновении:
• защитное заземление;
• автоматическое отключение питания;
• уравнивание потенциалов;
• выравнивание потенциалов;
• двойная или усиленная изоляция;
• сверхнизкое (малое) напряжение;
• защитное электрическое разделение цепей;
• изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки.
ПУЭ определяет прямое прикосновение как электрический контакт
людей с токоведущими частями, находящимися под напряжением, а косвенное - как контакт людей (сельскохозяйственных животных) с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции. Соответственно, напряжение прикосновения - напряжение между двумя проводящими частями электроприемника (ЭП) или
между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к
ним человека, а ожидаемое напряжение прикосновения как напряжение
между одновременно доступными прикосновению проводящими частями,
когда человек или сельскохозяйственное животное их не касается.
Рассмотрим пятипроводную электрическую сеть с системой заземления TN-C-S, в которой произошло замыкание фазы 3 на корпус электроприемника 1 (рисунок 1).
Напряжение прикосновения на корпусах электроприемников ЭП 1 и
ЭП 2 в нормальном режиме работы сети равно нулю. В послеаварийном
режиме, при повреждении изоляции линии (фазы)
L в электрической це-
3
пи: линия 3, сопротивление совмещенного защитного и рабочего проводника
R , сопротивление источника питания ИПR протекает опасный ток.
PEN
7
ϕ
ϕ
Рисунок 1 - Сеть TN-C-S с однофазным замыканием на корпус ЭП 1 до
точки разделения PEN-проводника на N- и РЕ-проводники:
U - напряжение прикосновения; ШU - шаговое напряжение;
ПР
литель источника питания;
R - сопротивление PEN-проводника.
PEN
R - зазем-
ип
В послеаварийном режиме напряжение
U на участке ЭП 2 (б) до
ПР
момента срабатывания защиты электроустановки принимают значения,
при которых возможно смертельное поражение человека и сельскохозяйственного животного электрическим током.
2. Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе
Оценим опасность напряжения прикосновения для человека и сельскохозяйственного животного в случае одиночного заземления электроустановки. Напряжением прикосновения это падение напряжения на электрическом сопротивлении тела человека:
RIU = (1)
hhПР
где
I - ток, проходящий через тело человека, например, по пути « правая
h
рука - ноги». В системе одиночного защитного заземления ЭУ одна из
этих точек имеет потенциал заземлителя
, а другая - потенциал основа-
З
ния
в том месте, где стоит человек.
ОСН
В этом случае напряжение прикосновения
8
U
ϕ
ϕ
α
ϕ
α
ϕ
ϕ
x
или
−= (2)
ОСНЗПР
U = (3)
1
ЗПР
где
- коэффициент напряжения прикосновения или просто коэффици-
1
ент прикосновения, учитывающий форму потенциальной кривой. Подставляя в формулу (2) зависимость (3) получим коэффициент
α
⎛
⎜
1
⎝
ОСН
−=
ϕ
⎞
11
≤
(4)
⎟
З
⎠
Пусть электроприемники ЭП 1,2 и 3, например асинхронные электродвигатели, заземлены с помощью одиночного заземлителя с сопротив-
лением
(рисунок 2).
R
З
Рисунок 2 - Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе:
I- зависимость потенциала
зующая изменение напряжения
от расстояния x; II - кривая, характери-
З
U при изменении расстояния
ПР
9
.
При замыкании на корпус ЭП 2 на одиночном заземлителе и всех
ϕ
А
x
∞→x
м
x
=
α
=
x
α
ϕ
ϕ
α
α
x
ϕ
xrx
ϕ
α
∞
x
x
присоединенных к нему частях ЭУ, в том числе на корпусах ЭП 2 и ЭП 3,
появится потенциал
. Поверхность земли вокруг одиночном заземлите-
З
ля также будет иметь потенциал, изменяющийся по кривой, зависящей от
формы и размеров заземлителя (электрода) с сопротивлением
R .
З
Напряжение прикосновения для человека, касающегося заземленного корпуса ЭП 2 и стоящего на земле (случай 3), определяется отрезком
В и зависит от формы потенциальной кривой и расстояния
между человеком и заземлителем ЭУ (чем дальше от одиночного заземлителя находится человек, тем больше напряжение
U и наоборот).
ПР
Рассмотрим наиболее характерные случаи.
Случай 1. При наибольшем расстоянии (
от одиночного заземлителя
большее значение:
Uϕ=
20≥ напряжение прикосновения имеет наи-
, а коэффициент 1
ЗПР
1
), т.е. при расстоянии
. Это самый опасный
случай непреднамеренного прикосновения человека к корпусу ЭП 3.
Случай 2. При наименьшем значении 0
ит двумя ногами на одиночном заземлителе, напряжение 0=
фициент 0
вергается воздействию напряжения
циалом одиночного заземлителя
=
1
. Это – наиболее безопасный случай, т.к. человек не под-
U , хотя он и находится под потен-
ПР
, но если человек сойдет с заземлителя
З
, т.е. когда человек сто-
U и коэф-
ПР
ЭУ, то окажется в опасности поражения током.
Случай 3. При других значениях расстояния от одиночного заземли-
теля x = 0…20м напряжение
циент
, - от 0 до 1 и опасность поражения током человека постепенно
1
U плавно возрастает от 0 до
ПР
, а коэффи-
З
увеличивается до максимальной величины.
Проанализируем изменение напряжения
и коэффициента
U
ПР
1
при полушаровом одиночном заземлителе радиусом r. В этом случае потенциал любой точки на поверхности земли вокруг заземлителя ЭУ:
ϕ
З
= (5)
поэтому напряжение:
U
φ
ЗПР
З
()
−=−= 1
ϕ
З
, (6)
r
а коэффициент:
xr−= 1
1
При расстоянии от одиночного заземлителя
большой (случай 1) отношение 0=
(7)
→
, опасность будет
r
, а напряжение прикосновения и
,
коэффициент прикосновения будут иметь максимальные значения:
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]