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
Uϕ= и 1
α
r
x
=
x
=
α
α
r
x10=
r
ϕαϕ
=
=
ϕ
ϕ
α
α
α
x
ЗПР
=
1
. При расстоянии
(случай 2) отношение 1=
r
,
поэтому напряжение 0=
U и коэффициент 0
ПР
1
. При расстояниях от
одиночного заземлителя x = 0…20м (случай 3), величины напряженияx =
0…20м и коэффициента
мер, если расстояние от одиночного заземлителя
α
1
10
r
1
9,0
=−=
, а напряжение
Таким образом, напряжение
определяются из выражений (6) и (7). Напри-
1
, то коэффициент
U
1
для человека, касающегося зазем-
U
ПР
9,0
.
ЗЗПР
ленного корпуса ЭП 1 и стоящего на земле, определяется величиной потенциала одиночного заземлителя
и зависит от: формы потенциальной
З
кривой I и расстояния между человеком и заземлителем ЭУ, т.е. чем
дальше от одиночного заземлителя находится человек, который касается
корпуса ЭП, тем больше напряжение прикосновения. Опасность попада-
ния под опасное напряжение
U снижается по мере приближения к оди-
ПР
ночному заземлителю ЭУ.
3. Напряжение прикосновения при групповом заземлителе
Если электрические поля растекания токов электродов группового
заземлителя накладываются одно на другое, то все точки поверхности
земли на участке между электродами имеют потенциалы, отличные от нуля. Поэтому в любом месте участка группового заземлителя напряжение
U <
ПР
эффициент
и коэффициент
З
< 1.
1
Как и в случае одиночного заземлителя, напряжение
= 0 тогда, когда человек, касаясь заземленного ЭП, стоит
1
U = 0 и ко-
ПР
непосредственно на электроде, входящем в состав группового заземлителя. Наибольшие значения напряжение
U и коэффициент
ПР
, будут
1
иметь на определенном расстоянии от электродов группового заземлителя, зависящем от их формы и взаимного расположения.
Пусть групповой заземлитель состоит из двух одинаковых полушаровых электродов радиусом r, расположенных на расстоянии
друг от
друга (рисунок 3).
Из уравнения потенциальной кривой полушарового группового заземлителя получим:
ϕ
ОСН
()
−
=
rsr
()
(8)
xsx
−
11
α
r
x
rsx
−
α
α
s
x
=
s
Рисунок 3 – Кривая напряжения прикосновения человека к корпусу по-
слеаварийного электрооборудования при групповом заземлителе
Тогда напряжение
()
−
U
⎡
−=−=
1
ϕϕϕ
ГРОСНГРПР
⎢
⎣
rsr
()
−
xsx
⎤
; (9)
⎥
⎦
а коэффициент
()
−
α
−=1
1
rsr
()
xsx
−
. (10)
Таким образом, напряжение
и коэффициент
U
ПР
, имеют наи-
1
меньшие значения в двух случаях: при наименьшем (случай 1) и наибольшем (случай 2) расстоянии x, а именно: при расстояниях
= и
= ,
т.е. когда человек стоит непосредственно на одном из электродов группового заземлителя. В этом случае опасности нет, т.к. напряжение
коэффициент
В опасном случае 3 наибольшими напряжение
ент
будут при расстоянии
1
= 0.
1
U и коэффици-
ПР
5,0
, когда человек стоит точно посереди-
U = 0 и
ПР
не между электродами заземлителя:
rs
−
⎤
(11)
2
⎥
s
⎦
МАКС
ϕ
⎡
41
rU
−=
ГРПР
⎢
⎣
α
1
МАКС
41
r
−=
(12)
2
rs
−
12
Например, если расстояние
r
s20=
ϕ
=
α
α
α
α
α
α
α
α
получим опасное напряжение
прикосновения
ды не шаровые, а другой формы, то точное вычисление напряжения
коэффициента
U
МАКС
89,0= , коэффициент 89,0
ГРПР
1
МАКС
. Если электро-
U и
, оказывается более сложным, а при большом числе элек-
1
ПР
тродов группового заземлителя практически невозможным.
При проектировании защитных заземлений ЭУ требуется знать максимальное в данной конструкции группового заземлителя напряжение
прикосновения. Для этой цели используют напряжения
циента
полученные опытным путем при эксплуатации ЭУ.
1
МАКС
U и коэффи-
ПР
МАКС
При уменьшении расстояния между электродами группового заземлителя, т.е. при более частом расположении электродов, напряжение
и коэффициент
, снижаются, в результате происходит выравнивание
1
U
ПР
потенциалов на поверхности земли вокруг ЭУ. В пределах площади, на
которой размещены электроды группового заземлителя, напряжение
U и коэффициент
ПР
МАКС
наблюдаются, как правило, в точках, наибо-
1
МАКС
лее удаленных от электродов. Например, при размещении электродов по
вершинам или сторонам правильного многоугольника максимальные значения напряжения
U и коэффициента
ПР
оказываются в центре этих фи-
1
гур. Если электроды группового заземлителя образуют сетку, состоящую
из квадратных или прямоугольных клеток, то внутри каждой такой клетки
напряжение
U и коэффициент
ПР
МАКС
будут точно в центре. Причем в
1
МАКС
угловых клетках сетки электродов группового заземлителя значения напряжения
U и коэффициента
ПР
будут больше, чем в других.
1
4. Напряжение прикосновения с учетом падения напряжения
в сопротивлении основания, на котором стоит человек
Опасный электрический ток, стекающий в землю через человека,
стоящего на земле или другом основании, преодолевает сопротивление не
только тела человека, но и этого основания с которым имеют контакт подошвы ног человека (в данном случае во внимание не принимается сопротивление обуви, носков и т. п.).
Сопротивление основания, на котором стоит человек, (сопротивлением растеканию тока с основания), зависит от ряда факторов.
Все положения, рассмотренные выше, справедливы для случаев, когда сопротивление растеканию тока основания (земли), на котором стоит
человек, равно нулю (
ЭУ сопротивление 0≠
R =0). В действительных условиях эксплуатации
ОСН
R и в ряде случаев бывает очень велико, при ис-
ОСН
пользовании электрозащитных средств (диэлектрические коврики).
13
Следовательно, разность потенциалов
ϕ
ϕ
−
α
ϕ
женной не только к сопротивлению
ному с ним сопротивлению
R , на котором стоит человек (рисунок 4):
ОСН
оказывается прило-
ОСНЗ
R , но и к последовательно соединен-
h
Рисунок 4 – Схемы и графики напряжения
жения в сопротивлении
R , на котором стоит человек:
ОСН
с учетом падения напря-
U
ПР
1 - потенциальная кривая; 2 - кривая, характеризующая падение напряже-
ния
U с изменением расстояния от заземлителя с сопротивлением
ПР
R
З
В соответствии с законом Ома для участка электрической сети
1
()
RRI +=
(13)
ОСНhhЗ
Заменив в выражении (13) ток
U
ПР
αϕ
З
1
()
R
h
RR
+=
(14)
ОСНh
I получим
h
Определим напряжение прикосновения с учетом падения напряжения в сопротивлении растеканию с основания:
R
U
αϕ
==
ЗПР
1
h
RR
+
(15)
ОСНh
14
или
ααϕ
α
ρ
U =
ЗПР
(16)
21
где
- коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий падение
2
напряжения в сопротивлении растеканию тока основания, на котором стоит человек:
α
=
2
h
RRR+
(17)
ОСНh
Сопротивление
R или сопротивление растеканию тока с ног че-
ОСН
ловека, можно определить следующим образом. Подошвы обуви человека,
создающие контакт с основанием, принимаем эквивалентными дисковому
заземлителю, лежащему на поверхности земли. Если площадь подошвы
одной ноги
S = 0,0225м
H
2
, то диаметр эквивалентного ей диска
d = 0,17м.
Э
Сопротивление растеканию тока с одной ноги:
R
H
2≈=d
3
(18)
ρ
Полагая, что ступни ног отстоят одна от другой на расстоянии шага
и считая, что их поля растекания токов не влияют одно на другое, получим сопротивление растеканию тока с обеих ног человека:
R
R
ОСН
H
2
ρ
5,1
==
(19)
Подставив значение (19) в выражение (17), получим окончательную
формулу для коэффициента напряжения прикосновения:
R
h
α
=
2
R
+
h
(20)
ρ
5,1
Таким образом, опасность поражения людей током
в ЭУ не одно-
I
h
значна: в одних случаях случайное включение человека в электрическую
цепь ЭУ сопровождается прохождением через него малых токов и окажется неопасным, в других - токи могут достигать больших значений, способных вызвать смертельное поражение человека. Напряжение
U
ПР
для
человека, касающегося заземленного корпуса ЭП и стоящего на земле, определяется величиной потенциала и зависит от: формы потенциальной
кривой IЗ расстояния x между человеком и заземлителем, причем, чем
дальше от заземлителя находится человек, тем больше напряжение
U и
ПР
наоборот.
15
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Что такое прямое прикосновение к токоведущим частям электроус-
тановки?
2. Что такое косвенное прикосновение к токоведущим частям электро-
установки?
3. Что такое защита от прямого прикосновения к токоведущим частям
электроустановки?
4. Зона нулевого потенциала (относительная земля) защита от косвен-
ного прикосновения к токоведущим частям электроустановки?
5. Что такое зона нулевого потенциала (относительная земля) электро-
установки?
6. Что такое зона растекания тока (локальная земля) электроустановки?
7. Что такое напряжение на заземляющем устройстве?
8. Что такое напряжение прикосновения к проводящим частям элек-
троустановки?
9. Что такое ожидаемое напряжение прикосновения к проводящим час-
тям электроустановки?
10. Что такое напряжение шага на территории электроустановки?
11. Что такое сопротивление заземляющего устройства?
12. В каких случаях следует выполнять защиту работника при косвен-
ном прикосновении в электроустановке?
13. Что такое заземление электрической сети, электроустановки или
оборудования?
14. Что такое защитное заземление электрической сети, электроустанов-
ки или оборудования?
15. Что такое защитное зануление в электроустановках напряжением до
1000В?
16. Что предусматривает защита людей в сетях от поражения электриче-
ским током при косвенном прикосновении к электроприемникам?
17. Какие меры защиты от прямого и косвенного прикосновения приме-
няют в электроустановках?
18. Что такое термин «уравнивание потенциалов» в электроустановке?
19. Что такое термин «защитное уравнивание потенциалов» в электро-
установке?
20. Что такое выравнивание потенциалов на территории электроуста-
новки?
21. Что такое защитное автоматическое отключение питания электроус-
тановки?
22. Какие виды изоляции токоведущих частей имеют электрические се-
ти с электроустановками напряжением до 1000В?
16
23. Какие меры защиты персонала применяют по отдельности или в со-
ϕ
ϕ
четании при косвенном прикосновении к электрооборудованию?
24. Какую защиту выполняют при значениях малого напряжения выше
25В переменного или 60В постоянного тока?
25. Какие меры защиты людей при косвенном прикосновении применя-
ют в случае повреждения изоляции электроустановки?
26. Нарисуйте пятипроводную электрическую сеть с системой заземле-
ния TN-C-S, в которой произошло замыкание фазы 3 на корпус электроприемника 1.
27. Когда в послеаварийной пятипроводной электрической сети с систе-
мой TN-C-S, в которой произошло замыкание фазы 3 на корпус
электроприемника 1 возможно смертельное поражение человека?
28. Чему равно напряжения прикосновения для человека и сельскохо-
зяйственного животного в случае одиночного заземления электроустановки?
29. Нарисуйте зависимость потенциала
от расстояния x для напря-
З
жения прикосновения на ЭП при одиночном заземлителе.
30. Объясните зависимость потенциала
от расстояния x для напря-
З
жения прикосновения на ЭП при одиночном заземлителе по участкам.
31. Нарисуйте кривую характеризующую изменение напряжения
U
ПР
при изменении расстояния x.для напряжения прикосновения на ЭП
для одиночного заземлителя.
32. Объясните кривую характеризующую изменение напряжения
U
ПР
при изменении расстояния x.для напряжения прикосновения на ЭП
для одиночного заземлителя по участкам.
33. Нарисуйте кривую напряжения прикосновения человека к корпусу
послеаварийного электрооборудования при групповом заземлителе
по участкам.
34. Объясните кривую напряжения прикосновения человека к корпусу
послеаварийного электрооборудования при групповом заземлителе
по участкам.
35. Нарисуйте потенциальную кривую с учетом падения напряжения в
сопротивлении
36. Нарисуйте кривую характеризующую падение напряжения
менением расстояния от заземлителя с сопротивлением
R , на котором стоит человек.
ОСН
R .
З
U
ПР
с из-
37. Чему равно напряжение прикосновения с учетом падения напряже-
ния в сопротивлении растеканию с основания?
17
ГЛАВА 2. ОПАСНОСТЬ НАПРЯЖЕНИЯ ШАГА
В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ
1. Напряжение шага человека при одиночном заземлителе
Рассмотрим сеть с системой TN-C с оборванным PEN – проводником, где уравнивание и выравнивание потенциалов ЭУ отсутствуют.
Рисунок 5 - Сеть TN-C с оборванным PEN - проводником. Система урав-
нивания и выравнивания потенциалов ЭУ отсутствует:
прикосновения;
U - шаговое напряжение; ипR - заземлитель ИП;
Ш
- напряжение
U
ПР
R -
пов
заземлитель для повторного заземления PEN - проводника;
ОЭ - однофазный электроприемник
Стрелками показан электрический ток, стекающий с заземлителя в
землю и частично проходящий через ноги по телу человека. На участке
(в), в зоне действия повторного заземлителя возникает опасное напряжение
U .
Ш
Напряжение шага - напряжение между двумя точками на поверхности земли, на расстоянии 1м одна от другой, которое принимается равным
длине шага человека или от же, что и падение напряжения на сопротивлении тела человека:
RIU = , (21)
hhШ
18
где
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
– ток, проходящий через человека по пути «нога – нога»;
I
h
R
h
– со-
противление тела человека.
При эксплуатации защитных устройств от поражения током - заземления и других - надо знать в первую очередь напряжения между точками
на поверхности земли в зоне растекания тока с заземлителя ЭУ. В этом
случае напряжение
U - это разность потенциалов двух точек на поверх-
Ш
ности земли в зоне растекания тока, которые находятся на расстоянии x и
ax+ от заземлителя на которых одновременно стоит человек (рисунок 6):
U
+=
. (22)
axxШ
+
Рисунок 6 – Потенциальная кривая и схема изменения напряжения шага
работника при одиночном заземлителе
Поскольку потенциалы
землителя
, то их разность также есть часть этого потенциала. Поэтому
З
x
и
являются частями потенциала за-
ax+
выражение (22) можно записать в виде:
19
β
ϕ
β
ϕ
ϕ
А
β
β
β
β
β
r
x
U = , (23)
1
ЗШ
где
- коэффициент шага, учитывающий форму потенциальной кривой и
1
с учетом формул (22) и (23):
−
axx
ϕ
+
< 1. (24)
З
β
=
1
Напряжение шага определяется отрезком
В , длина которого зави-
сит от формы потенциальной кривой и изменяется от максимального значения до нуля с изменением расстояния от заземлителя.
Наибольшие величины напряжения
U и коэффициента
Ш
, наблю-
1
даются при наименьшем расстоянии от заземлителя, когда человек одной
ногой стоит непосредственно на заземлителе, а другой - на расстоянии
шага от него. Объясняется это тем, что потенциал вокруг заземлителей
распределяется по вогнутым кривым и, следовательно, наибольший перепад оказывается, как правило, в начале потенциальной кривой.
Наименьшие величины напряжения
U и коэффициента
Ш
будут за
1
пределами поля растекания тока с заземлителя (практически дальше 20м),
где напряжение
При расстояниях меньше 20м величины напряжения
циента
имеют промежуточные значения и зависят от типа заземлителя.
1
U = 0 и коэффициент
Ш
= 0.
1
U и коэффи-
Ш
При полушаровом одиночном заземлителе радиусом r напряжение:
U
r
−=
x
r
ϕϕϕ
=
ax
+
ra
ЗЗЗШ
()
, (25)
axx
+
а коэффициент шага:
β
=
1
()
, (26)
axxra+
где x - расстояние от центра заземлителя.
При x ≥ 20м напряжение
U = 0 и коэффициент
Ш
= 0. Этот же ре-
1
зультат получим, если расстояние a = 0, т. е. когда ступни ног человека
находятся рядом или на одной эквипотенциальной линии, т.е. на одинаковом расстоянии от заземлителя (точки c и d на рисунке 6). При значении
= , т.е. когда человек одной ногой стоит на заземлителе, а другой - на
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]