Файл: Лекция 1 введение. Теоретические, научные основы безопасности жизнедеятельности. Предмет, цели и задачи дисциплины.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.12.2023
Просмотров: 352
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ТЕМА 6. МЕРЫ ЗАЩИТЫ ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ
ТОКОМ ПРИ ПРЯМОМ И КОСВЕННОМ ПРИКОСНОВЕНИИ
Занятие 2. Защитное автоматическое отключение питания
Учебные вопросы
1. Назначение и область применения.
2. Устройство и требования к занулению.
Время: 2 часа.
Литература
1. Охрана труда в электроустановках. Под ред. проф. Б.А. Князевского. Учебник для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Энергия, 1977. – 320 с.
2. Правила устройства электроустановок. Раздел 1. Главы 1.1, 1.2, 1.7, 1.9. Раздел 7. Главы 7.5, 7.6, 7.10. Изд. 7-е. – СПб.: Изд. ДЕАН, 2002. – 176.
1. Назначение и область применения
В электроустановках напряжением до 1 кВ применяются защитное автоматическое отключение питания и защитное зануление одновременно.
Защитное автоматическое отключение питания – это автоматическое размыкание цепи одного или нескольких фазных проводников (и, если требуется, нулевого рабочего проводника), выполняемое в целях электробезопасности.
Зануление в электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью - это преднамеренное соединение частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением, с нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с глухозаземленной средней точкой источника в сетях постоянного тока [2].
Основное назначение зануления - обеспечить срабатывание максимально-токовой защиты при замыкании на корпус (защитного автоматического отключения питания).
В сети с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ защитное заземление неэффективно, так как ток глухого замыкания на землю зависит от сопротивления заземления. Очевидно, невозможно уменьшить напряжение корпуса, находящегося в контакте с токоведущими частями, устройством заземления в сети с заземленной нейтралью.
Другой путь - уменьшить длительность режима замыкания на корпус. Для этого прокладывается нулевой провод, соединяющийся с заземленной нейтралью источника и повторными заземлениями.
При занулении корпуса электрооборудования соединяются не с заземлителями, а с нулевым проводом (рисунок 1.1).
Р
исунок 1.1 – Принципиальная схема зануления
Зануление превращает замыкание на корпус в однофазное короткое замыкание, в результате чего срабатывает максимальная токовая защита и селективно отключает поврежденный участок сети. Кроме того, зануление снижает потенциалы корпусов, появляющиеся в момент замыкания на землю.
При замыкании на зануленный корпус ток короткого замыкания проходит через следующие участки цепи: обмотки трансформатора, фазный провод и нулевой провод. Величина тока определяется фазным напряжением и полным сопротивлением цепи короткого замыкания:
(1.1)
при этом сопротивления трансформатора и проводов имеют активную и индуктивную составляющие.
Если принять
то ток короткого замыкания равен:
(1.2)
Если сопротивление Zф+Zп = 0,2 Ом (в сетях напряжением 380/220 В обычно это сопротивление значительно меньше), то ток короткого замыкания Iк = 220/0,2 = 1100 А. Очевидно, что при таком токе защита должна сработать.
Напряжение корпуса относительно земли
Uз=IзRп, (1.3)
где Rп - сопротивление повторного заземления нулевого провода.
Ток замыкания на землю определяется из выражения
(1.4)
здесь UR - падение напряжения в нулевом проводе, равное падению напряжения на участке последовательно соединенных сопротивлений RО и Rп, где Rо - сопротивление рабочего заземления нейтрали трансформатора.
Из закона Ома имеем:
или с учетом (1.1)
(1.5)
Решая совместно уравнения (1.3) - (1.5), получаем при замыкании на корпус напряжение корпуса относительно земли:
(1.6)
Аналогично определяется напряжение нейтрали относительно земли
(1.7)
Роль повторного заземления нулевого провода сводится к снижению напряжения на корпусе в момент короткого замыкания, особенно при обрыве нулевого провода. Если повторное заземление отсутствует (RП ), выражения (1.6) и (1.7) принимают вид
(1.8)
(1.9)
При наличии повторного заземления второй множитель в выражении (1.6) меньше единицы, а в выражении (1.7) - больше нуля, т. е. потенциал корпуса меньше, чем UК, а потенциал нейтрали больше нуля.
Если принять Zф = ZП и RП = RО, потенциалы будут равны
UЗ=UО=U/4; (1.10)
при U = 220 В UО = UЗ = 55 В, что допустимо только в течение 1 с.
Без повторного заземления нулевого провода (RП ) в случае замыкания на корпус потенциал его UЗ=UК=U/2 при U = 220 В, UЗ = 110 В, а потенциал нейтрали равен нулю.
Таким образом, повторное заземление при замыкании на корпус уменьшает его потенциал и тем самым повышает безопасность.
Н
а рисунке 1.2 показано распределение потенциалов вдоль нулевого провода, между повторным заземлением (а значит, и корпусом) и заземлением нейтрали. Эти потенциалы будут существовать в течение времени срабатывания защиты.
Рисунок 1.2 – Распределение потенциалов вдоль нулевого провода:
I – без повторного заземления; II – с повторным заземлением.
При обрыве нулевого провода в случае замыкания на корпус короткого замыкания не произойдет. При этом потенциалы определяются из (1.6) и (1.7) при ZП
(1.11)
(1.12)
При этих условиях все корпуса, соединенные с нулевым проводом за местом обрыва, оказываются под напряжением относительно земли, равным UЗ. Те корпуса, которые занулены до места обрыва, находятся под напряжением, равным UО.
Такой режим принципиально не отличается oт замыкания на заземленный корпус в сети с заземленной нейтралью.
Очевидно, этот режим опасен. Но при oтсутствии повторного заземления нулевого провода опасность возрастает еще больше, так как замыкание происходит на корпус, не имеющий ни зануления, ни заземления.
К
орпуса, соединенные с поврежденным корпусом, оказываются под фазным напряжением относительно земли (рисунок 1.3).
Рисунок 1.3 – Замыкание на корпус при обрыве нулевого провода
Потенциалы зануленных корпусов при однофазном коротком замыкании зависят от длины участка нулевого провода между нейтралью источника и местом присоединения корпуса к нулевому проводу. При замыкании на один из корпусов по участку нулевого провода между этим корпусом и нейтралью трансформатора проходит ток короткого замыкания.
Падение напряжения на этом участке определяется из закона Ома
Поскольку сопротивление нулевого провода при постоянном сечении пропорционально его длине, падение напряжения также пропорционально длине.
Поэтому при отсутствии повторного заземления потенциал корпуса, на который произошло короткое замыкание, равен падению напряжения в нулевом проводе [см. выражение (1.5)].
Потенциалы по длине нулевого провода пропорциональны расстоянию от нулевой точки источника (см. рисунок 1.2, кривая I). Корпуса 1, 2и 3 также находятся под напряжением относительно земли, равным потенциалу нулевого провода в точке присоединения каждого корпуса. Потенциал корпуса 5 равен потенциалу корпуса 4, на который произошло замыкание, так как за местом короткого замыкания в нулевом проводе тока, а значит, и падения напряжения нет.
Если нулевой провод имеет повторное заземление (см. рисунок 1.2, кривая II), то потенциал нейтрали не равен нулю: он равен падению напряжения на сопротивлении заземления нейтрали. Потенциал корпуса поврежденного потребителя равен падению напряжения на повторном заземлении. Разность этих потенциалов равна Uк. Потенциалы в нулевом проводе распределяются по прямолинейному закону. Потенциал корпуса 3 ниже потенциала корпусов 5 и 4.Корпус 2 оказался в данном случае под нулевым потенциалом.
2. Устройство и требования к занулению
Защиту при косвенном прикосновении (зануление) следует выполнять во всех случаях, если напряжение в электроустановке превышает 50 В переменного тока и 120 В постоянного тока.
В помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках выполнение защиты при косвенном прикосновении может потребоваться при более низких напряжениях, например, 25 В переменного и 60 В постоянного тока или 12В переменного и 30 В постоянного тока при наличии требований соответствующих глав ПУЭ.
В качестве РЕ-проводников (защитных нулевых проводников) в электроустановках напряжением до 1 кВ могут использоваться:
1) специально предусмотренные проводники:
• жилы многожильных кабелей;
• изолированные или неизолированные провода в общей оболочке с фазными проводами:
• стационарно проложенные изолированные или неизолированные проводники;
2) открытые проводящие части электроустановок:
• алюминиевые оболочки кабелей;
• стальные трубы электропроводок;
• металлические оболочки и опорные конструкции шинопроводов и комплектных устройств заводского изготовления.
Металлические короба и лотки электропроводок можно использовать в качестве защитных проводников при условии, что конструкцией коробов и лотков предусмотрено такое использование, о чем имеется указание в документации изготовителя, а их расположение исключает возможность механического повреждения;
3) некоторые сторонние проводящие части:
Использование открытых и сторонних проводящих частей в качестве РЕ-проводников допускается, если они отвечают требованиям главы 1.7 [2] к проводимости и непрерывности электрической цепи.
Сторонние проводящие части могут быть использованы в качестве РЕ-проводников, если они, кроме того, одновременно отвечают следующим требованиям:
1) непрерывность электрической цепи обеспечивается либо их конструкцией, либо соответствующими соединениями, защищенными от механических, химических и других повреждений;
2) их демонтаж невозможен, если не предусмотрены меры по сохранению непрерывности цепи и ее проводимости.
Наименьшее допускаемое сечение защитных проводников приведено в таблице 1.1.
Таблица 1.1 - Наименьшее допускаемое сечение защитных проводников
ТОКОМ ПРИ ПРЯМОМ И КОСВЕННОМ ПРИКОСНОВЕНИИ
Занятие 2. Защитное автоматическое отключение питания
Учебные вопросы
1. Назначение и область применения.
2. Устройство и требования к занулению.
Время: 2 часа.
Литература
1. Охрана труда в электроустановках. Под ред. проф. Б.А. Князевского. Учебник для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Энергия, 1977. – 320 с.
2. Правила устройства электроустановок. Раздел 1. Главы 1.1, 1.2, 1.7, 1.9. Раздел 7. Главы 7.5, 7.6, 7.10. Изд. 7-е. – СПб.: Изд. ДЕАН, 2002. – 176.
1. Назначение и область применения
В электроустановках напряжением до 1 кВ применяются защитное автоматическое отключение питания и защитное зануление одновременно.
Защитное автоматическое отключение питания – это автоматическое размыкание цепи одного или нескольких фазных проводников (и, если требуется, нулевого рабочего проводника), выполняемое в целях электробезопасности.
Зануление в электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью - это преднамеренное соединение частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением, с нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с глухозаземленной средней точкой источника в сетях постоянного тока [2].
Основное назначение зануления - обеспечить срабатывание максимально-токовой защиты при замыкании на корпус (защитного автоматического отключения питания).
В сети с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ защитное заземление неэффективно, так как ток глухого замыкания на землю зависит от сопротивления заземления. Очевидно, невозможно уменьшить напряжение корпуса, находящегося в контакте с токоведущими частями, устройством заземления в сети с заземленной нейтралью.
Другой путь - уменьшить длительность режима замыкания на корпус. Для этого прокладывается нулевой провод, соединяющийся с заземленной нейтралью источника и повторными заземлениями.
При занулении корпуса электрооборудования соединяются не с заземлителями, а с нулевым проводом (рисунок 1.1).
Р
исунок 1.1 – Принципиальная схема зануления
Зануление превращает замыкание на корпус в однофазное короткое замыкание, в результате чего срабатывает максимальная токовая защита и селективно отключает поврежденный участок сети. Кроме того, зануление снижает потенциалы корпусов, появляющиеся в момент замыкания на землю.
При замыкании на зануленный корпус ток короткого замыкания проходит через следующие участки цепи: обмотки трансформатора, фазный провод и нулевой провод. Величина тока определяется фазным напряжением и полным сопротивлением цепи короткого замыкания:
(1.1)при этом сопротивления трансформатора и проводов имеют активную и индуктивную составляющие.
Если принять
то ток короткого замыкания равен: (1.2)Если сопротивление Zф+Zп = 0,2 Ом (в сетях напряжением 380/220 В обычно это сопротивление значительно меньше), то ток короткого замыкания Iк = 220/0,2 = 1100 А. Очевидно, что при таком токе защита должна сработать.
Напряжение корпуса относительно земли
Uз=IзRп, (1.3)
где Rп - сопротивление повторного заземления нулевого провода.
Ток замыкания на землю определяется из выражения
(1.4)здесь UR - падение напряжения в нулевом проводе, равное падению напряжения на участке последовательно соединенных сопротивлений RО и Rп, где Rо - сопротивление рабочего заземления нейтрали трансформатора.
Из закона Ома имеем:
или с учетом (1.1)
(1.5)Решая совместно уравнения (1.3) - (1.5), получаем при замыкании на корпус напряжение корпуса относительно земли:
(1.6)Аналогично определяется напряжение нейтрали относительно земли
(1.7)Роль повторного заземления нулевого провода сводится к снижению напряжения на корпусе в момент короткого замыкания, особенно при обрыве нулевого провода. Если повторное заземление отсутствует (RП ), выражения (1.6) и (1.7) принимают вид
(1.8) (1.9)При наличии повторного заземления второй множитель в выражении (1.6) меньше единицы, а в выражении (1.7) - больше нуля, т. е. потенциал корпуса меньше, чем UК, а потенциал нейтрали больше нуля.
Если принять Zф = ZП и RП = RО, потенциалы будут равны
UЗ=UО=U/4; (1.10)
при U = 220 В UО = UЗ = 55 В, что допустимо только в течение 1 с.
Без повторного заземления нулевого провода (RП ) в случае замыкания на корпус потенциал его UЗ=UК=U/2 при U = 220 В, UЗ = 110 В, а потенциал нейтрали равен нулю.
Таким образом, повторное заземление при замыкании на корпус уменьшает его потенциал и тем самым повышает безопасность.
Н
а рисунке 1.2 показано распределение потенциалов вдоль нулевого провода, между повторным заземлением (а значит, и корпусом) и заземлением нейтрали. Эти потенциалы будут существовать в течение времени срабатывания защиты.
Рисунок 1.2 – Распределение потенциалов вдоль нулевого провода:
I – без повторного заземления; II – с повторным заземлением.
При обрыве нулевого провода в случае замыкания на корпус короткого замыкания не произойдет. При этом потенциалы определяются из (1.6) и (1.7) при ZП
(1.11) (1.12)При этих условиях все корпуса, соединенные с нулевым проводом за местом обрыва, оказываются под напряжением относительно земли, равным UЗ. Те корпуса, которые занулены до места обрыва, находятся под напряжением, равным UО.
Такой режим принципиально не отличается oт замыкания на заземленный корпус в сети с заземленной нейтралью.
Очевидно, этот режим опасен. Но при oтсутствии повторного заземления нулевого провода опасность возрастает еще больше, так как замыкание происходит на корпус, не имеющий ни зануления, ни заземления.
К
орпуса, соединенные с поврежденным корпусом, оказываются под фазным напряжением относительно земли (рисунок 1.3).
Рисунок 1.3 – Замыкание на корпус при обрыве нулевого провода
Потенциалы зануленных корпусов при однофазном коротком замыкании зависят от длины участка нулевого провода между нейтралью источника и местом присоединения корпуса к нулевому проводу. При замыкании на один из корпусов по участку нулевого провода между этим корпусом и нейтралью трансформатора проходит ток короткого замыкания.
Падение напряжения на этом участке определяется из закона Ома
Поскольку сопротивление нулевого провода при постоянном сечении пропорционально его длине, падение напряжения также пропорционально длине.
Поэтому при отсутствии повторного заземления потенциал корпуса, на который произошло короткое замыкание, равен падению напряжения в нулевом проводе [см. выражение (1.5)].
Потенциалы по длине нулевого провода пропорциональны расстоянию от нулевой точки источника (см. рисунок 1.2, кривая I). Корпуса 1, 2и 3 также находятся под напряжением относительно земли, равным потенциалу нулевого провода в точке присоединения каждого корпуса. Потенциал корпуса 5 равен потенциалу корпуса 4, на который произошло замыкание, так как за местом короткого замыкания в нулевом проводе тока, а значит, и падения напряжения нет.
Если нулевой провод имеет повторное заземление (см. рисунок 1.2, кривая II), то потенциал нейтрали не равен нулю: он равен падению напряжения на сопротивлении заземления нейтрали. Потенциал корпуса поврежденного потребителя равен падению напряжения на повторном заземлении. Разность этих потенциалов равна Uк. Потенциалы в нулевом проводе распределяются по прямолинейному закону. Потенциал корпуса 3 ниже потенциала корпусов 5 и 4.Корпус 2 оказался в данном случае под нулевым потенциалом.
2. Устройство и требования к занулению
Защиту при косвенном прикосновении (зануление) следует выполнять во всех случаях, если напряжение в электроустановке превышает 50 В переменного тока и 120 В постоянного тока.
В помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках выполнение защиты при косвенном прикосновении может потребоваться при более низких напряжениях, например, 25 В переменного и 60 В постоянного тока или 12В переменного и 30 В постоянного тока при наличии требований соответствующих глав ПУЭ.
В качестве РЕ-проводников (защитных нулевых проводников) в электроустановках напряжением до 1 кВ могут использоваться:
1) специально предусмотренные проводники:
• жилы многожильных кабелей;
• изолированные или неизолированные провода в общей оболочке с фазными проводами:
• стационарно проложенные изолированные или неизолированные проводники;
2) открытые проводящие части электроустановок:
• алюминиевые оболочки кабелей;
• стальные трубы электропроводок;
• металлические оболочки и опорные конструкции шинопроводов и комплектных устройств заводского изготовления.
Металлические короба и лотки электропроводок можно использовать в качестве защитных проводников при условии, что конструкцией коробов и лотков предусмотрено такое использование, о чем имеется указание в документации изготовителя, а их расположение исключает возможность механического повреждения;
3) некоторые сторонние проводящие части:
-
металлические строительные конструкции зданий и сооружений (фермы, колонны и т. п.); -
арматура железобетонных строительных конструкций зданий при условии выполнения требований 1.7.122 [2]; -
металлические конструкции производственного назначения (подкрановые рельсы, галереи, площадки, шахты лифтов, подъемников, элеваторов, обрамления каналов и т. п.).
Использование открытых и сторонних проводящих частей в качестве РЕ-проводников допускается, если они отвечают требованиям главы 1.7 [2] к проводимости и непрерывности электрической цепи.
Сторонние проводящие части могут быть использованы в качестве РЕ-проводников, если они, кроме того, одновременно отвечают следующим требованиям:
1) непрерывность электрической цепи обеспечивается либо их конструкцией, либо соответствующими соединениями, защищенными от механических, химических и других повреждений;
2) их демонтаж невозможен, если не предусмотрены меры по сохранению непрерывности цепи и ее проводимости.
Наименьшее допускаемое сечение защитных проводников приведено в таблице 1.1.
Таблица 1.1 - Наименьшее допускаемое сечение защитных проводников
| Сечение фазных проводников, мм2 | Наименьшее сечение защитных проводников, мм 2 |
| S10 16 S35 S35 | S 16 S/2 |