Анализ условий безопасности в одно- и трехфазных заземленных электрических сетях

1.    Анализ условий безопасности в одно- и трехфазных заземленных электрических сетях.

2.    Анализ условий безопасности в зоне замыкания тока на землю.

== Вопрос 1 ==

Анализ условий безопасности в одно- и трехфазных заземленных электрических сетях.

R₀ — рабочее заземление электрической сети (не большее 40 Ом).

;

Пусть человек касается 2-го провода (не как на рис.) Тогда он не попадет под напряжение прикосновения, т.к. второй провод — нулевой рабочий проводник (в случае отсутствия нагрузки в сети).

Пусть человек касается 1-го фазного провода. Тогда, согласно нашему алгоритму, определяем вид сети, вид включения, замыкаем цепь тока (через пострадавшего потечет ток).

Пример: пусть напряжение U = 36 В, тогда

Поэтому для обеспечения безопасности обслуживающего персонала необходимо использовать средства защиты и тогда эта формула принимает вид:

;

Пусть в сеть включена нагрузка:

Вариант 1.

Если человек касается нулевого провода:

- напряжение падения на человеке – напряжение прикосновения;

;

Падения напряжения в сети должны быть не более 5% на каждый провод. Допустим, что напряжения на проводах 1 и 2 равны (U_с = 220 В, U_d = 220 В – 0,05U_с, U_a = 0). Если человек коснется второго провода в точке С, то он попадет под напряжение, равное 5% от U_c.

Пример: пусть напряжение U = 220 В, тогда: U_a = 0 В;

U_с = 11 В;

U_d = 210 В;

U_е = 220 В.

Вариант 2.

Рассмотрим аварийный режим, т.е. R_н ® 0 (короткое замыкание). В этом случае U_ed = U_ac = 110 В.

Рассмотрим трехфазную 4-проводную электрическую сеть с глухозаземленной нейтралью.

Человек касается фазового провода С.

 

U_ф < U_пр < U_лин;

;

В общем случае:

;

== Вопрос 2 ==

Анализ условий безопасности в зоне замыкания тока на землю.

Электрическим замыканием на землю называется случайное электрическое соединение находящихся под напряжением частей ЭУ с землей или с металлическими нетоковедущими частями не изолированными от земли.

Во всех случаях, кроме двухфазного прикосновения (см. варианты включения человека в электрическую сеть), в цепи тока через человека участвует земля. Одна из точек касания или обе находятся на поверхности земли. При этом ток, проходящий через человека зависит от тока замыкания на землю. Т.к. размеры электродов, их форма могут быть различными, а также состав и электрические свойства грунта неоднородны, то и закон распределения потенциала в земле имеет сложную зависимость.

С целью упрощения картины растекания тока замыкания в земле сделаем два допущения:

¨  заземлитель имеет полушаровую форму;

¨  грунт однородный, удельная проводимость (r) и сопротивление грунта в любой точке постоянны.

=

=

;

Т.е.

— потенциал заземления.

Примеры удельных сопротивлений:

— r _земли = r _глины = 40 Ом/м (при влажности 20%);

— r _{грунт.вод} = 20-70 Ом/м;

— r _меди­ = 1,72´10^-8 Ом/м (a = 0,0039⁰ С^-1 — температурный коэффициент);

— r _{алюминия} = 2,6´10^-8 Ом/м (a = 0,0004⁰ С^-1);

— r _железа = 5´10^-8 Ом/м.

На расстоянии более 20 м человек находится в зоне неизменного потенциала.

Анализ условий безопасности в зоне растекания тока в земле:

1.    Находится вблизи ЭУ А₁ и не касается ее;

2.    Находится вблизи А_1­ и еще ближе к месту электрического замыкания на землю;

3.    Находится вблизи электрического замыкания на землю и касается ЭУ А₂;

4.    Находится вблизи ЭУ А₃ и касается ее;

5.    Находится вблизи ЭУ А₃ и не касается ее;

Замыканием на корпус называется случайное электрическое соединение токоведущих частей ЭУ с нетоковедущими частями (с корпусом) в результате повреждения или старения изоляции.

Напряжение шага — напряжение между двумя точками, обусловленными растеканием тока замыкания в земле при одновременном касании их ногами человека.

Напряжение прикосновения — напряжение между двумя точками цепи тока замыкания на землю при одновременном касании их человеком.

Лекция 14: Анализ эффективности применения защитного заземления в электрических сетях.

Вопросы:

1.    Классификация технических средств и способов защиты.

2.    Анализ эффективности применения защитного заземления в заземленных электрических цепях.

3.    Анализ эффективности применения защитного заземления в электрических сетях изолированных от земли.

== Вопрос 1 ==

Классификация технических средств и способов защиты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Токоведущие части размещаются на недоступной высоте в тех случаях, когда их изоляция и ограждение нецелесообразны или невозможны. Поэтому провода воздушных линий подвешены над землей на высоте более 6 м для линий напряжением менее 1000 В, и не менее 7 м для линий напряжением до 110 кВ. Внутри производственных зданий не огражденные токоведущие части прокладываются на высоте более 3,5 м.

Электрические блокировки осуществляют разрыв цепи специальными контакторами, расположенными на дверях ограждений, дверцах кожухов.

Механические блокировки применяются в рубильниках, пускателях и т.д.

Звуковая и световая сигнализации применяются в большинстве случаев одновременно и являются наиболее распространенными и доступными.

Цветовое обозначение токоведущих частей предназначается для легкого распознавания токоведущих частей, для удобства обслуживания, для предотвращения травматизма л/с. Например, для переменного трехфазного тока:

v шина А - желтый;

v шина В - зеленый;

v шина С - красный;

v нулевая рабочая шина - голубой;

v нулевая защитная шина - продольные полосы желтого и зеленого цветов.

Двойная изоляция состоит из рабочей и дополнительной. Рабочая изоляция обеспечивает нормальную работу. Дополнительная предусматривается дополнением к рабочей для защиты от замыкания в случае повреждения рабочей изоляции.

Контроль сопротивления изоляции — измерение активного сопротивления R изоляции с целью предупреждения замыкания на корпус. В сетях с изолированной нейтралью R_{изоляции­} определяется током замыкания на землю, поэтому периодически производится замер R_{изоляции­}.

Применение малых напряжений. Наибольшая безопасность для человека достигается при напряжении до 10 В, т.к. при таком напряжении ток, проходящий через тело человека не превышает 1 мА.

== Вопрос 2 ==

Анализ эффективности применения защитного заземления в заземленных электрических цепях.

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут находится под напряжением.

Назначение защитного заземления — устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу или другим металлическим частям ЭУ, оказавшимися под напряжением (для изолированных сетей).

Область применения — сети напряжением до 1000 В переменного тока, изолированные от земли или сети напряжением выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали.

Рабочее заземление — заземление в какой-либо точке токоведущих частей ЭУ, необходимое для обеспечения нормальной работы ЭУ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема замещения:

U_зм = U_ф – U₀ = U_ф – I_зм´R₀ = U_ф - ;

U_зм = 0,5U_ф, т.е. если U_ф­­ = 220 В, то U_зм = 110 В, тогда I_ч = 110 мА è смерть.

Вывод: в заземленных электрических сетях защитное заземление неэффективно и его применение в качестве единственной меры защиты недопустимо! В данных сетях применяют зануление.

== Вопрос 3 ==

Анализ эффективности применения защитного заземления в электрических сетях изолированных от земли.

Схема замещения:

U_зм = ;

Если R_з ® 0, то ® 1, а U_зм ® 0.

Вывод: в сетях, изолированных от земли, защитное заземление является эффективной мерой защиты и может использоваться как единственная защита.

Лекция 15: Классификация и конструктивное исполнение заземляющих устройств.

Вопросы:

1.    Классификация заземляющих устройств.

2.    Конструктивное исполнение заземляющих устройств.

== Вопрос 1 ==

Классификация заземляющих устройств.

Каждая ЭУ должна быть непосредственно заземлена.

Заземлитель — проводник. имеющий непосредственный контакт с землей.

Магистраль заземления — проводник, имеющий два и более ответвлений.

Защитный (заземляющий) проводник — проводник, соединяющий заземляемые части ЭУ с заземлителем.

Заземляющее устройство — совокупность заземлителя и заземляющего проводника.

В зависимости от различных условий режимов работы, видов грунтов заземляющие устройства классифицируются:

1.    по числу электродов:

Ø одиночные;

Ø групповые.

2.    по месту размещения заземлителей:

Ø выносные;

Ø контурные.

3.    по исполнению заземлителей:

Ø естественные;

Ø искусственные.

Выносные заземляющие устройства характеризуются тем, что его заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено оборудование или сосредоточен на некоторой части этой площадки, поэтому его еще называют сосредоточенным.

Недостаток: отдаленность от защитного оборудования.

Достоинство: возможность выбора места размещения электродов заземлителей, наименьшая удельная проводимость.

Контурные заземляющие устройства характеризуются тем, что электроды его заземлителя размещаются по контуру площадки, где находится оборудование, а также внутри этой площадки (распределенные заземляющие устройства).

Достоинство: возможность выравнивания потенциалов.

Недостаток: при ремонтных работах возрастает возможность нарушения непрерывности соединения.

В качестве искусственных заземлителей применяют:

1.    вертикальные электроды:

¨    стальные трубы (диаметром 5-6 см, толщиной стенки не менее 3,5 мм и длиной 2,5-3 м);

¨    металлические уголки (40´40, 60´60 мм, высотой полки 4 мм и длиной 2,5-3 м);

¨    прутковую сталь (диаметром 10 мм и длиной до 10 м).

2.    горизонтальные электроды:

¨    полосовую сталь (сечением 4´12 мм);

¨    круглую сталь (диаметром от 6 мм).

В плохо проводящих грунтах для обеспечения минимального сопротивления заземления используют:

¨    глубинные заземлители (полоска стали длиной 10-12 м);

¨    укладку вокруг электродов грунта с повышенной проводимостью (влажная глина);

¨    используют обработку почвы раствором поваренной соли (нежелательно, т.к. поваренная соль приводит к коррозии);

¨    используют устройство выносных заземлителей на участках с хорошей проводимостью.

Лекция 16: Анализ эффективности применения зануления в электрических сетях.

Вопросы:

3.    Назначение, области применения, принцип действия зануления.

4.    Анализ эффективности применения зануления в заземленных электрических цепях.

5.    Анализ эффективности применения заземления в изолированных от земли электрических сетях.

== Вопрос 1 ==

Назначение, области применения, принцип действия зануления.

Зануление — преднамеренное электрическое соединение нетоковедущих частей электрической установки с глухозаземленной нейтралью источника трехфазного тока или с глухо-заземленным выводом источника однофазного тока с целью превращения замыкания на корпус в КЗ.

Нулевой защитный проводник — проводник, обеспечивающий вышеуказанное соединение.

Назначение зануления — устранение опасности поражения током человека, коснувшегося поврежденной электрической установки в следствие КЗ и быстрое срабатывание защиты.

Области применения зануления:

«  трехфазные четырехпроводные сети с ГЗН (ЭУ до 1000 В);

«  однофазные сети переменного тока с заземленным выводом источника тока.

== Вопрос 2 ==

Анализ эффективности применения зануления в заземленных электрических цепях.

Это – нормальная работа ЭУ в аварийном режиме.

Пусть фаза А замыкает на корпус. Ток замыкания потечет по нулевому заземленному проводнику (НЗП), по НРП на нейтраль, а с нейтрали на фазу А. Т.к., на пути тока замыкания малые сопротивления, то ток зануления равен току КЗ. ток КЗ вызывает срабатывание аппарата защиты (перегорает плавкая вставка), напряжение с ЭУ снимается. В данном случае ток КЗ не превышает тока ставки. Человек, касающийся поврежденной ЭУ, остается жив. Время перегорания плавкой вставки колеблется в интервале 0,02-0,5 сек.

Теперь рассмотрим аварийный случай.

Пусть фаза B замыкается на землю. Через человека потечет ток в 250 раз меньше (R_ч = 1000 Ом, R₀ = 40 Ом), и человек не будет поражен смертельно.

Зануление является эффективной мерой защиты в сетях с глухозаземленной нейтралью и его можно применять в качестве единственной.

== Вопрос 3 ==

Анализ эффективности применения заземления в изолированных от земли электрических сетях.

Пусть фаза А замыкает на корпус. Корпус находится под напряжением замыкания. Ток пойдет через НЗП на нейтраль и фазу А. Ток КЗ вызовет перегорание предохранителя, напряжение снято с ЭУ. Обеспечивается безопасность человека. При нормальном режиме работы сети, но аварийном режиме работы ЭУ зануление свои функции выполняет аналогично заземленным сетям.

В случае аварийного режима работы сети, если фаза В на земле, ток потечет через человека.

Зануление НЕ является эффективной мерой защиты в сетях, изолированных от земли.

Лекция 17: Анализ эффективности применения защитного отключения.

Вопросы:

1.    Назначение, области применения, основные элементы устройства защитного отключения (УЗО).

== Вопрос 1 ==

Назначение, области применения, основные элементы устройства защитного отключения (УЗО).

Защитное отключение (ЗО) — быстродействующая защита от поражения электрическим током, путем автоматического отключения ЭУ от сети при возникновении в ней опасности поражения человека. Безопасность обеспечивается путем ограничения времени протекания через человека опасного тока.

ЗО применяется в ЭУ до 1000 В с изолированной или глухозаземленной нейтралью.

Основные требования, предъявляемые к УЗО:

¨    высокая чувствительность, т.е. способность реагировать на малое изменение входной величины;

¨    малое время отключения: t_откл = t_{сраб.УЗО} + t_{сраб.автомата}. Существующие конструкции УЗО гарантируют время отключения от 0,05 до 0,2 секунд;

¨    селективность действия, т.е. избирающее свойство — способность отключать неисправную ЭУ не отключать исправную;

¨    достаточная надежность;

¨    потребление минимальной энергии;

¨    эргономическая целесообразность.

Основные элементы УЗО:

1.    прибор УЗО, куда входят: датчик, регистрирующий сигнал; преобразователь, сравнивающий с наперед установленным значением тока отключения и канал передачи аварийного сигнала (КПАС);

2.    автоматический выключатель (исполнительный орган).