Технические способы обеспечения безопасности эксплуатации электроустановок

Анализ безопасности электроустановок. Анализ опасности электропоражения практически сводится к определению значения тока, протекающего через тело человека в различных условиях, в которых он может оказаться при эксплуатации электроустановок, или напряжения прикосновения. Опасность поражения зависит от таких факторов, как схемы включения человека в электрическую цепь, напряжения сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали, степени изоляции токоведущих частей от земли, емкости токоведущих частей относительно земли и др.

При прикосновении к фазному проводу величина тока через тело человека в трехфазной сети прежде всего зависит от режима нейтрали источника питания.

Нейтралью (или нейтральной точкой) называется точка соединения обмоток питающего трансформатора (генератора). Нейтраль источника питания может быть изолированная или заземленная.

Изолированной называется нейтраль трансформатора или генератора, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление (приборы сигнализации, измерения, защиты, заземляющие дугогасящие реакторы).

Заземленной называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, через трансформаторы тока).

Выбор схемы сети, а следовательно, и режима нейтрали источника питания производят исходя из технологических требований и условий безопасности.

По технологическим требованиям при напряжении до 1 кВ практическое предпочтение отдается двум схемам трехфазных сетей: трехпроводной с изолированной нейтралью и четырехпроводной с заземленной нейтралью. В условиях промышленных предприятий наибольшее распространение имеет четырехпроводная сеть, позволяющая использовать два рабочих напряжения — линейное и фазное. Так, четырехпроводная сеть напряжением 380 В позволяет осуществлять питание как силовой, так и осветительной нагрузки. При этом электроустановка является достаточно выгодной в экономическом отношении, так как применяется меньшее число трансформаторов, обеспечивается меньшее сечение проводов и др.

По условиям безопасности выбор схемы сети производят, руководствуясь следующим положением: по условиям прикосновения к фазному проводу в период нормального режима работы сети более безопасной является сеть с изолированной нейтралью, а в аварийный период — сеть с заземленной нейтралью. В связи с этим сети с изолированной нейтралью целесообразно применять в условиях, когда есть возможность поддерживать высокий уровень сопротивления изоляции сети и когда ее емкость относительно земли невелика. Примером могут служить передвижные электроустановки, мало разветвленные сети небольших предприятий. При выполнении таких требований, как постоянный контроль за состоянием изоляции электроустановок, компенсация их емкости относительно земли, применение устройств защитного отключения, высокий уровень постоянного надзора квалифицированного персонала и некоторых других режим изолированной нейтрали может применяться в условиях предприятий взрывоопасных производств (подземные горные работы, объекты нефтегазовой промышленности и др.).

Сети с заземленной нейтралью применяют там, где затруднительно обеспечить высокий уровень сопротивления изоляции электроустановок или нельзя быстро отыскать и устранить повреждения изоляции, когда емкостные токи сети вследствие значительной ее разветвленности достигают больших значений, опасных для жизни человека. К таким сетям относятся городские распределительные сети и разветвленные сети крупных промышленных предприятий.

По степени надежности сети с разными режимами нейтрали примерно равнозначны.

При напряжениях более 1 кВ и вплоть до 35 кВ сети по технологическим причинам имеют изолированную нейтраль, а при напряжении более 35 кВ — заземленную. Обычно сети напряжением более 1 кВ имеют большую емкость относительно земли, поэтому для человека одинаково опасны прикосновения к токоведущим частям как в сетях с изолированной нейтралью, так и в сетях с заземленной нейтралью. В связи с этим режим нейтрали для сетей напряжением более 1 кВ по условиям безопасности не выбирается.

Схемы включения человека в электрическую цепь могут быть разными. Наиболее характерными являются две схемы включения: между двумя фазами сети, между одной фазой и землей. Возможно прикосновение к заземленным нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением, а также включение человека под шаговое напряжение.

Под двухфазным прикосновением понимается одновременное прикосновение к двум фазам электроустановки, находящейся под напряжением (рис. 8.1).

Двухфазное прикосновение является опасным. Ток, проходящий через тело человека по одному из самых опасных для организма путей (рука — рука), зависит от прикладываемого к телу человека напряжения, равного линейному напряжению сети, и от сопротивления тела человека:

где U„ — линейное напряжение, т.е. напряжение между фазными проводами, В; Лчсл — сопротивление тела человека, Ом.

Двухфазное включение человека в электрическую цепь

Рис. 8.1. Двухфазное включение человека в электрическую цепь

В сети с линейным напряжением 380 В при сопротивлении тела человека Л1СЛ = 1000 Ом — ток, проходящий через тело человека

Ток такой величины для человека, безусловно, смертельно опасен.

Так как при двухфазном прикосновении ток, проходящий через тело человека, практически не зависит от режима нейтрали сети, то такое прикосновение одинаково опасно как в сети с изолированной, так и с заземленной нейтралью (при условии равенства линейных напряжений этих сетей).

Случаи двухфазного прикосновения происходят довольно редко по сравнению с однофазными прикосновениями, под которыми понимаются прикосновения к одной фазе, находящейся под напряжением. Однофазное прикосновение менее опасно, так как напряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного, соответственно, меньше и ток, проходящий через тело человека. Кроме того, на этот ток оказывают влияние режим нейтрали источника питания, сопротивление изоляции проводов (фаз) сети относительно земли, сопротивление пола или основания, на котором стоит человек, сопротивление его обуви и другие факторы.

В сети с изолированной нейтралью (рис. 8.2) ток, проходящий через тело человека в землю, возвращается к источнику питания через изоляцию проводов сети.

Если сеть находится в исправном состоянии, то сопротивление изоляции токоведущих элементов (проводов) достаточно высокое.

С учетом сопротивлений обуви RoC) и пола или основания Лп, на котором стоит человек, включенных последовательно с сопротивлением

Однофазное включение человека в электрическую цепь

Рис. 8.2. Однофазное включение человека в электрическую цепь

тела человека Лчел, ток, проходящий через тело человека, определяется уравнением:

где t/ф — фазное напряжение сети, В; Rm — сопротивление изоляции одной фазы сети относительно земли, Ом.

При наиболее неблагоприятном случае, когда человек имеет проводящую ток обувь и стоит на токопроводящем полу, т.е. при RoC) = = R„ = 0, выражение (8.2) имеет вид:

Для этого случая в сети с фазным напряжением 17ф = 220 В и сопротивлением изоляции фазы Rm = 90 кОм при R4ejI = 1 кОм ток, проходящий через человека

Значение этого тока близко к предельно допустимому значению тока в соответствии с ГОСТ 12.1.038—82. Как видно из выражений (8.2) и (8.3), величина тока, проходящего через тело человека, существенно зависит от уровня сопротивления изоляции сети: чем оно выше, тем меньше ток и, как следствие, тем выше уровень электробезопасности.

В сети с заземленной нейтралью (рис. 8.3) цепь тока, проходящего через тело человека, включает в себя сопротивления тела человека, его обуви, пола или основания, а также сопротивление заземления нейтрали источника питания. С учетом перечисленных сопротивлений ток, проходящий через тело человека, определяется из выражения:

где /?о — сопротивление заземления нейтрали источника питания, Ом.

Однофазное включение человека в сети с заземленной нейтралью

Рис. 8.3. Однофазное включение человека в сети с заземленной нейтралью

При наиболее неблагоприятных условиях, когда человек, прикоснувшийся к фазе, имеет на ногах токопроводящую обувь — сырую или подбитую металлическими гвоздями, стоит на сырой земле или на проводящем основании — металлическом полу или на заземленной металлоконструкции, т.е. когда Ro6 = Rn = 0, ток, проходящий через тело человека, определяется уравнением

Так как сопротивление заземления нейтрали R0 обычно во много раз меньше сопротивления Л,,ел, то им можно пренебречь. Тогда

При этих условиях однофазное прикосновение весьма опасно. Так, в сети с фазным напряжением Щ = 220 В при Л|ел = 1 кОм ток, проходящий через тело человека, будет иметь значение:

Такой ток смертельно опасен для человека.

Если человек имеет на ногах непроводящую ток обувь (например, сухие резиновые галоши) и стоит на изолирующем основании (например, на деревянном полу), то

где 45 — сопротивление обуви человека, кОм; 100 — сопротивление пола, кОм.

Поражение таким током не опасно для человека.

Из рассчитанных данных следует, что для обслуживающих электроустановки большое значение имеют изолирующие полы и непроводящая ток обувь.

Сравнение степени безопасности, обеспечиваемой в сетях с разным режимом нейтрали, показывает, что при прочих равных условиях прикосновение человека к одной фазе сети с изолированной нейтралью менее опасно, чем прикосновение к одной фазе в сети с заземленной нейтралью. Этот вывод справедлив лишь для нормальных (безаварийных) условий работы сетей и при наличии сравнительно небольшой емкости относительно земли.

В случае аварийного режима, когда одна из фаз замкнута на землю, сеть с изолированной нейтралью может оказаться более опасной. Объяснение этому заключается в том, что в сети с изолированной нейтралью напряжение неповрежденных фаз относительно земли может возрасти с фазного до линейного, в то время как в сети с заземленной нейтралью повышения напряжения обычно незначительны.

В условиях крупных промышленных предприятий электрические сети являются достаточно разветвленными и протяженными, они обладают значительной емкостной проводимостью между фазами и землей. В этом случае опасность прикосновения человека к одной и двум фазам практически одинакова. Каждое из таких прикосновений является опасным, так как ток, проходящий через тело человека, достигает высоких значений.

Более подробное рассмотрение сравнения степени безопасности сетей с разным режимом нейтрали приведено в [12].

Что касается опасности поражения в результате воздействия шагового напряжения, то напомним, что под последним понимается напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, и на которых одновременно стоит человек. Величина шага обычно принимается равной 0,8 м.

Шаговое напряжение возникает вокруг места перехода тока от поврежденной электроустановки в землю. Наибольшее значение тока будет около места перехода, наименьшее — на расстоянии более 20 м, т.е. за пределами, ограничивающими поле растекания тока в грунте.

На расстоянии 1 м от заземлителя падение напряжения составляет около 70% полного напряжения, на расстоянии Юм — около 90%, а на расстоянии 20 м потенциалы точек настолько малы, что практически могут быть приняты равными нулю. Такие точки поверхности почвы считаются находящимися вне зоны растекания тока и называются «землей».

Опасность напряжения шага увеличивается, если человек, подвергшийся его воздействию, падает. В этом случае напряжение шага возрастает, так как путь тока проходит уже не через ноги, а через все тело.

Случаи поражения людей из-за воздействия напряжения шага относительно редки. Они могут произойти, например, вблизи упавшего на землю провода (в такие моменты до отключения линии нельзя допускать людей на близкое расстояние к месту падения провода). Наиболее опасны напряжения шага при ударе молнии.

Оказавшись в зоне шагового напряжения, выходить из нее следует небольшими шагами (вплоть до приставления ноги к ноге — пятка к носку) в сторону, противоположную месту предполагаемого замыкания на землю и, в частности, лежащего на земле провода.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >