ОХРАНА ТРУДА

Некоммерческое акционерное общество

«АЛМАТИНСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ  ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»

Кафедра охраны труда и окружающей среды

 

ОХРАНА ТРУДА

 

Методические указания к расчетно-графической работе
для студентов специальности 5В071800- «Электроэнергетика»

 

Алматы 2013 г.

 

СОСТАВИТЕЛЬ: Ж.С. Абдимуратов. Охрана труда. Методические указания к выполнению расчетно-графических работ для студентов - бакалавров специальности 5В071800- «Электроэнергетика» - Алматы: АУЭС, 2013 -  22с.

 

Методические указания содержат материал для проведения расчетно-графических работ по курсу «Охрана труда» предлагаются примеры и задачи, в частности по обеспечению электробезопасности на предприятиях. Приведены методические указания по их решению и указана литература, содержащая теорию или до­полнительные сведения, необходимые для проведения расчетов.

Ил. 5, табл. 8,  библиогр. - 6 назв.

 

Рецензент: АУЭС, доцент кафедры ЭПП  Башкиров М.В 

 

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский  университет энергетики и связи» на 2013 г.

 

                                       

© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2013 г.

 

Сводный план на 2013 г., поз. 42

 

Введение

 

Основной целью курса «Охрана труда» является обогащение будущих специалистов теоретическими знаниями и практическими навыками, необходимыми для создания безопасных условий в производс­твенной среде, а также в условиях чрезвычайных ситуаций.

При планировании и реализации мероприятий по улучшению окружающей производственной среды студенты специальности «Электроэнергетика» на энергетических предприятиях должны владеть методологией проведения основных расчетов, направленных на соблюдение требований охраны труда. Поэтому рассмотрены следующие вопро­сы:

- расчет соответствия заземляющих устройств (естественных  и  искусственных) эксплуатируемого электрооборудования установленным норма­тивам;

- расчет плавких предохранителей и отключающих устройств, предуп­реждающих возможность электрических травм на производстве;

Для проведения расчетно-графических работ по указанным направлениям предлагаются примеры и задачи, условия которых систематизированы по раз­делам охраны труда, в частности, по обеспечению электробезопасности производствен­ного оборудования.

В каждом из разделов даны условия задач, приведены методические указания по их решению и указана литература, содержащая теорию или до­полнительные сведения, необходимые для проведения расчетов.

В методических указаниях приведены основные рас­четные формулы,  требуемые для решения задач.

Рекомендуется следующий порядок приобретения навыка в решении за­дач. После ознакомления с условием задачи следует по памяти попытаться написать необходимые для ее решения формулы и проверить их соответс­твие приведенным в методических указаниях соответствующего раздела.

 

 

1    Задание для выполнения расчетно-графической работы №1

 

Цель работы: ознакомление и освоение расчетами тока, который пройдет через тело человека при различных случаях и расчетами искусственного защитного заземления.

 

1.1  Выбрать варианты исходных данных по таблицам 1.1-1.3.

1.2  Рассчитать ток Iч (мА), который пройдет через тело человека при различных случаях его включения в 3-х фазную элект­рическую сеть.

1.3  Определить силу тока Iч (мА), проходящего через человека при неблагоприятной и благоприятной ситуациях.

1.4  Рассчитать  искусственное защитное заземление.

 

Задача 1.1 

Определите величину тока Iч (мА), который пройдет через тело человека при следующих случаях его включения в 3-х фазную элект­рическую сеть: а) двухфазном; б) однофазном с заземленной нейтралью. Линейное напряжение сети Uл (В), сопротивление тела человека rч (Ом), сопротивление  обуви  rоб (Ом);  опорное сопротивление поверхности ног (сопротивление пола) rоп (Ом); сопротивление изоляции rиз (МОм); соп­ротивление рабочего заземления rо (Ом).

 

Таблица 1.1

Пара-метры

Варианты исходных данных

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Uл, В

380

380

220

220

380

380

380

220

220

380

rч, Ом

1000

2000

800

200

3000

8500

3500

900

400

5000

rоб, Ом

0

500

100

1000

25

25

600

210

1100

250

rоп, Ом

1500

0

1500

800

2000

2000

15

1300

800

2300

rиз, Мом

5

0,5

10

1,1

0,1

0,1

0,7

6

1,4

0,7

rо, Ом

1

2

4

10

50

50

7

5

11

11

 

Продолжение таблицы 1.1

Пара-метры

Варианты исходных данных

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Uл, В

220

220

380

220

380

220

220

380

380

220

rч, Ом

2000

1000

5000

3000

1500

3500

6000

900

400

800

rоб, Ом

25

500

1000

1300

0

25

600

210

1100

250

rоп, Ом

0

1500

1500

800

2000

3500

3000

1300

800

2300

rиз, Мом

0,9

0,5

10

1,1

0,1

5

0,7

2,5

1,4

6

rо, Ом

4

2

13

10

25

15

7

5

30

8

 

Задача 1.2  

Определить силу тока Iч (мА), проходящего через человека при неблагоприятной и благоприятной ситуациях, в случаях однофазного вклю­чения в трехпроводную трехфазную сеть напряжением U = 380 В с изолиро­ванной нейтралью и четырехпроводную с глухозаземленной  нейтралью:

а) неблагоприятные условия: человек прикоснулся к одной фазе, стоит на токопроводящем полу (металлическом), обувь сырая. Сопротивле­ние - тела человека rч, обуви rоб = 0; опорной поверхности ног rоп = 0 (Ом); rо рабочего заземления,  rиз изоляции проводов;

б) благоприятные условия: обувь сухая на резиновой подошве: rоб = 50 (кОм); человек стоит на сухом деревянном полу: rоп = 150 (кОм).

 

Таблица 1.2

Пара-метры

Варианты исходных данных

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

rч, кОм

1,0

10

0,2

0,5

15

1,5

1,8

0,7

0,6

10

rо, Ом

4

10

4

10

10

4

10

4

4

10

rиз, МОм

0,5

0,1

10

0,9

1,0

0,8

1

10

0,5

1,5

 

Продолжение таблицы 1.2

Пара-метры

Варианты исходных данных

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

rч, кОм

3,0

6,0

0,5

2,0

5,0

1,5

1,8

0,7

0,6

7,0

rо, Ом

10

10

4

4

10

4

10

4

4

10

rиз, МОм

0,8

3,0

5,0

0,9

1,0

0,5

1

0,2

6,0

1,5

 

Задача 1.3

Электропитание цеха осуществляется от силового транс­форматора мощностью Р (кВА), напряжением U = 6,3/0,38 кВ. Нейтраль высоковольтной и низковольтной стороны трансформатора нормально изолирована от  земли.  Нагрузка  всех фаз равномерная.  Грунт возле завода с удельным сопротивлением r, Ом.м.

Требуется рассчитать искусственное защитное заземление  из сталь­ных труб диаметром d, длиной l и соединенных стальной полосой шири­ной b, к которому присоединяются корпуса электромеханического оборудо­вания. Расчетная глубина заложения соединительной контурной полосы hо (м), расстояние между вертикальными электродами а принять равным длине трубчатого электрода.

Определить сопротивление заземления R (Ом) и количество n вертикальных электродов.

 

Таблица 1.3

Параметры

Варианты исходных данных

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

P, кВА

90

50

1000

2000

300

900

500

100

200

1000

r, Ом ×м

40

100

500

600

300

0,03

0,03

0,06

0,12

0,7

d, м

0,025

0,03

0,06

0,12

0,1

2,5

2,0

4,3

4,1

3,5

l, м

2,5

3,0

4,0

4,2

3,5

0,02

0,02

0,03

0,08

0,08

b, м

0,02

0,02

0,03

0,08

0,08

0,5

0,6

0,75

1,0

0,7

hо, м

0,5

0,6

0,75

1,0

0,7

6

7

8

9

10

 

         Продолжение таблицы 1.3

Параметры

Варианты исходных данных

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

P, кВА

800

500

600

1000

300

900

700

200

1000

100

r, Ом ×м

50

200

3,0

500

300

100

5,0

200

1,0

600

d, м

0,03

2,0

4,5

6,0

0,1

2,5

0,05

0,8

0,06

3,0

l, м

0,06

0,02

4,0

4,2

3,5

1,0

3,0

2,0

0,08

2,5

b, м

1,0

1,5

0,03

0,06

0,08

0,5

0,6

0,9

1,0

0,7

hо, м

2,0

0,6

1,5

1,0

0,7

6

3,5

8

0,9

10

 

 

2    Задание для выполнения расчетно-графической работы №2

 

Цель работы: ознакомление и освоение расчетов тока короткого замыкания, шагового напряжения и напряжения прикосновения.

 

2.1  Выбрать варианты исходных данных по таблицам 2.1-2.4.

2.2  Рассчитать ток ко­роткого замыкания I кз (А).

2.3 Определить опасность шагового напряжение Uш (В) и величину переменного тока Iч.ш. (мА).

 

Задача 2.1  

Электропитание цеха напряжением 380 В  осуществляется  от трансформатора с глухозаземленной нейтралью. Сопротивление транс­форматора Rтр (Ом), сопротивление участков проводов длиной 100 м rпр (Ом), сопротивление магистрали Rм (Ом).

Требуется определить ток ко­роткого замыкания I кз (А) в случае пробоя изоляции на корпус электроустаново­ки; номинальный ток плавких вставок предохранителей I нп (А); величину напряже­ния прикосновения U пр (В). Коэффициент надежности равен 3. Сопротивление нуле­вого провода: Rо (Ом).

          Таблица 2.1

Парамет-ры

Варианты исходных данных

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Rтр, Ом

0,15

0,1

0,2

0,25

2,5

0,12

0,9

0,9

1,25

1,5

rпр, Ом

2,5

1,84

3,5

2,0

0,1

2,1

1,8

1,5

1,0

1,8

Rм,  Ом

0,85

2,8

1,0

0,75

0,5

0,95

2,1

1,2

0,75

0,51

Rо,  Ом

1,76

5,6

0,3

2,5

2,0

1,3

6,6

1,3

2,5

2,0

 

Продолжение таблицы 2.1

Парамет-ры

Варианты исходных данных

 

1

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Rтр, Ом

0,6

1,5

0,2

0,3

2,5

1,8

0,9

2,0

0,1

1,7

rпр, Ом

3,5

3,0

1,5

1,8

0,1

2,1

1,7

2,5

1,0

2,0

Rм,  Ом

0,75

2,5

0,52

1,5

1,2

0,7

2,8

0,5

0,8

1,0

Rо,  Ом

1,3

2,0

3,5

1,3

0,3

2,5

6,2

1,75

3,0

5,0

Задача 2.2  

Является ли опасным шаговое напряжение Uш (В) и величина переменного тока Iч.ш. (мА) для человека, находящегося в зоне его растекания от упавшего на грунт с удельным электрическим сопротивлением r (Ом×м) провода под напряжением и создавшего ток замыкания Iз  (А). Размер шага человека при расчете принять равным хш=0,8 м, а сопротивление тела rч (Ом). Он находится в зоне растекания тока на расстоянии х (м) от упавшего провода. Опасность напряжения оценить сравнением с пороговым значением безопасного напряжения Uб = 50 В, а силы тока – сравнением с пороговым отпускающим: Iп = 10 мА.

 

          Таблица 2.2

 Парамет-ры

Варианты исходных данных

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

r, Ом×м

70

 

100

 

30

 

150

 

90

40

 

50

 

100

 

110

 

70

I з , А

 

80

 

50

 

40

 

60

 

30

60

 

40

 

40

 

60

 

50

rч, Ом

 

1000

 

1500

 

800

 

1000

 

1200

1000

 

1500

 

500

 

1000

 

1000

х, м

 

3

 

1

 

5

 

4

 

2

3

 

2

 

3

 

4

 

5

 

 

Продолжение таблицы 2.2

Парамет-ры

Варианты исходных данных

 

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

r, Ом×м

30

 

50

 

110

 

100

 

40

80

 

120

 

150

 

20

 

60

I з , А

 

50

 

30

 

80

 

70

 

40

10

 

60

 

50

 

60

 

30

rч, Ом

1000

 

1000

 

500

 

1000

 

500

1400

 

700

 

1200

 

600

 

800

х, м

 

1

 

3

 

4

 

2

 

5

2

 

3

 

2

 

5

 

4

 

Задача 2.3 

Определить силу тока короткого замыкания Iк.з. (А) фазы на корпус оборудования и соответствующее ему напряжение прикосновения Uпр (В) к нему до срабатывания защиты для сети с фазным напряжением Uф (В), питаемой трансформатором с заземленной нейтралью, имеющим сопротивления обмоток, фазного и нулевого проводов соответственно rтр, rф.пр, rн, Ом. Величину напряжения прикосновения сопоставить с безопасным и равным: Uб = 50 В.

 

Таблица 2.3

Пара-метры

 

Варианты исходных данных

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Uф, В

220

380

220

220

380

380

380

220

220

220

rтр, Ом

0,9

0,8

1

1,2

1,1

 

2,1

 

1,1

 

1,5

 

1,5

 

1,1

rф.пр, Ом

4

2

3

1

2

 

0,95

 

2,1

 

1,5

 

0,75

 

0,51

rн, Ом

 

0,3

0,2

0,5

0,4

0,6

 

1,3

 

6,6

 

1,3

 

2,5

 

2,0

 

Продолжение таблицы 2.3

Пара-метры

 

Варианты исходных данных

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Uф, В

1,9

1,12

0,25

127

220

127

220

1,9

0,5

220

rтр, Ом

0,8

2,5

1,2

1,5

2,1

 

1,1

 

1,3

 

0,9

 

1,5

 

2,0

rф.пр, Ом

2,1

1

0,51

1,5

3,1

 

0,75

 

2

 

2,5

 

0,95

 

3

rн, Ом

2,5

2,0

6,6

0,6

2,8

1,3

0,3

3,0

1,7

0,4

Задача 2.4 

Установить, соответствует ли допустимому Rдоп (Ом) сопротивление растекания тока R.з (Ом) железобетонного фундамента, используемого в качестве естественного защитного заземления, площадью S=3000м2 производственного здания, расположенного на грунте, верхний слой которого толщиной h1 = 3,7м представлен песком с удельным электрическим сопротивлением r1=500 Ом×м, а нижний – суглинком с r2=130 Ом×м. Безразмерные коэффициенты α и β, зависящие от соотношения ρ1 и ρ2, равным соответственно 3,6 и 0,1. Допустимое сопротивление защитного заземления Rдоп не должно превышать 4 Ом.

 

           Таблица 2.4

Пара-метры

Варианты исходных данных

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

S , м2

3000

5000

1500

2000

2500

1000

3500

4000

4500

5500

h1, м

3,7

3

2,5

3,5

2

1,5

1,7

2,7

3,7

1

r1 , Ом×м

500

300

400

70

100

 

200

 

80

 

90

 

600

700

r2 , Ом×м

130

150

200

400

600

 

100

 

250

 

450

 

300

350

α

 

3,6

3,6

3,6

1,1

2,3

 

1,6

 

2,1

 

1,5

 

2,6

2,5

β

 

0,1

0,1

0,1

0,003

0,003

 

0,2

 

0,004

 

0,3

 

0,2

0,6

 

Продолжение таблицы 2.4

Пара-метры

Варианты исходных данных

 

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

S , м2

1000

1500

3000

2500

5000

4000

5500

4500

3500

2000

h1, м

1

3,7

2

2,7

2,8

3,0

3,7

1,5

2,3

3,5

r1 , Ом×м

100

350

130

600

250

400

300

200

450

500

r2 , Ом×м

300

400

150

600

100

250

350

200

450

500

α

 

2,6

 

1,5

 

2,5

 

3,6

 

2,0

 

1,7

 

2,6

 

1,0

 

3,6

 

2,3

β

 

0,6

 

0,1

 

0,2

 

0,3

 

0,004

 

0,7

 

0,03

 

0,002

 

0,001

 

0,5

 

3  Методические указания к выполнению расчетно-графической работы

 

Электрическое сопротивление цепи человека:

 

                          RЧ =  rЧ + rоб + rоп,                                              (3.1)

 

где  rЧ;  rоб; rоп - соответственно сопротивление тела человека, обуви и опорной поверхности.

При однофазном включении человека в четырехпроводную сеть с заземленной нейтралью, проходящей через него ток, определяется:

 

                                        IЧ =     А   ,                                        (3.2)

 

где    Uф - фазное напряжение, В;

 rо - сопротивление рабочего заземления, Ом.

В случае двухфазного включения человека в сеть с глухозаземленной и изолированной нейтралью, ток, проходящий через него будет равен:

                                      IЧ =     А         .                              (3.3)

 

При прикосновении к одной фазе в трехпроводной сети с изолирован­ной нейтралью сила тока, протекающего через человека, определяется:

 

                                      IЧ =      А ,                                     (3.4)

 

          где   rиз - сопротивление изоляции проводов, Ом.

При расчете искусственного заземления вначале определяется электрическое сопротивление одиночного вертикального электрода по формуле:

 

           Rв =    Ом ,        (3.5)

 

где   r  - удельное сопротивление грунта,  Ом × м; 

l,  d – соответственно длина, диаметр труб (м);

          hо - глубина заложения полосы, м.

Рассчитывается суммарная длина горизонтального электрода lr, сое­диняющего вертикальные электроды в контурном заземляющем устройстве:

 

                              lr = а × (n –1)  м ,                                                  (3.6)

 

 

где    n  - число вертикальных электродов,  n ³ 4 шт; 

а - расстояние между электродами, м;

Оценивается электрическое сопротивление этого электрода:

 

                              Rг =    Ом ,                            (3.7)

 

          где   b - ширина полосы,м.

Вычисляется расчетное электрическое сопротивление заземляющего устройства расстоянию тока:

 

                            R =      ,                    (3.8)

 

          где     hВ, hГ- соответственно коэффициенты экранирования стержней и полосы.

Затем сопоставляется расчетное сопротивление R с допустимым сопротивле­нием заземления. Если R > Rдоп, то увеличивается число вертикальных электродов n и длина горизонтального электрода lr. Операции по расчету повторяются по формулам до тех пор, пока будет удовлетворено условие R < Rдоп. Значения hВ и hГ определяются для заданных условий по таблице. Величина Rдоп  принимается равной 4 Ом, а при мощности генераторов и трансформаторов 100 кВА и менее Rдоп  = 10 Ом.

 

       Таблица 3.1 - Зависимость величин  hВ и hГ  от числа электродов при а = l

Число вер­тикальных электродов n, шт

4

6

10

20

40

60

100

Значения, hГ

0,45

0,4

0,34

0,27

0,22

0,2

0,19

Значения, hВ

0,69

0,61

0,56

0,47

0,41

0,39

0,36

 

При системе зануления электрооборудования пробой изоляции на кор­пус превращается в однофазное короткое замыкание.  Сила тока короткого замыкания рассчитывается по формуле:

 

                                   I к.з. =    А          ,                      (3.9)

 

где    Rтр - сопротивление трансформатора;

rпр - сопротивление участка проводов;

Rм - сопротивление магистрали.

          Номинальная сила тока плавкого предохранителя определяется:

 

                                 I н.п. =     А         ,                                        (3.10)

 

где   К - коэффициент надежности.

          Напряжение прикосновения:

 

                                 Uпр = I к.з. × Rо   ,                                    (3.11)

 

          где    Rо - сопротивление нулевого привода.

При использовании железобетонных фундаментов промышленных зданий в качестве заземлителей сопротивление растеканию заземляющего устройства R (Ом) должно оцениваться по формуле:

 

                                 R =     ,                                            (3.12)

 

         где  S - площадь, ограниченная периметром здания, м2;

rЭ - удельное эквивалентное электрическое сопротивление земли, Ом×м.

Для расчета rЭ в Ом×м следует использовать формулу:

 

              ,                (3.13)

 

          где   r1 - удельное электрическое сопротивление верхнего слоя земли, Ом·м;

r2 - удельное электрическое сопротивление нижнего слоя, Ом·м;

 h1 - толщина верхнего слоя земли, м;

 a, b - безразмерные коэффициенты, зависящие от соотношения удельных электрических сопротивлений слоев земли. Если r1>r2, a=3,6, b=0,1; если r1<r2, a=1,1×102, b=0,3×10-2.

Напряжение шага – это напряжение между точками земли, обусловленное растеканием тока замыкания на землю при одновременном касании их ногами человека. Численно напряжение шага равно разности потенциалов точек, на которых находятся ноги человека.

При расположении одной ноги человека на расстоянии х от заземлителя и ширине шага хш (обычно принимается хш = 0,8 м):

 

                                 Uш =   В  .                           (3.14)

 

Ток, обусловленный напряжением шага,

 

                                   А  ,                                       (3.15)

 

4   Теоретические сведения по обеспечению электробезопасности

 

Статистика электротравматизма показывает, что смертельные поражения электрическим током составляют 2,7 % общего числа смертельных случаев.

Согласно ПТЭ и ПТБ, все электроустановки принято разделять на 2 группы:

          - установки напряжением до 1000 В;

          - установки напряжением выше 1000 В.

Следует отметить, что число несчастных случаев в электроустановках напряжением до 1000 В в 3 раза больше, чем в электроустановках напряжением выше 1000 В.

Это объясняется тем, что установки напряжением до 1000 В применяются более широко, а также тем, что контакт с электрооборудованием здесь имеет большее число людей, как правило, не имеющих электрическую специальность. Электрооборудование выше 1000 В распространено меньше, и к его обслуживанию допускаются только высококвалифицированные электрики. Поэтому расчетно-графической работе приведены расчеты электробезопасности для электроустановки напряжением до 1000 В.

Причины электротравматизма. Наиболее распространенными причинами электротравматизма являются:

          - появление напряжения там, где его в нормальных условиях быть не должно (на корпусах оборудования, на технологическом оборудовании, на металлических конструкциях сооружений и т. д. ). Чаще всего происходит это вследствие повреждения изоляции;

          - возможность прикосновения к неизолированным токоведущим частям при отсутствии соответствующих ограждений;

          - воздействие электрической дуги, возникающей между токоведущей частью и человеком в сетях напряжением выше 1000 В, если человек окажется в непосредственной близости от токоведущих частей;

          - прочие причины. К ним относятся: несогласованные и ошибочные действия персонала; подача напряжения на установку, где работают люди; оставление установки под напряжением без надзора; допуск к работам на отключенном электрооборудовании без проверки отсутствия напряжения и т.д.

Действие электрического тока на организм человека. Электрический ток, проходя через живые ткани, оказывает термическое, электролитическое и биологическое воздействия. Это приводит к различным нарушениям в организме, вызывая как местные повреждения тканей и органов, так и общее повреждение организма. Действие тока величиной 100 мА в течение 2 - 3 секунд приводит к смерти (смертельный ток).

Воздействие тока на организм человека по характеру и последствиям поражения зависит от следующих факторов:

          - величины тока;

          - длительности воздействия тока;

          - частоты и рода тока;

          - приложенного напряжения;

          - пути прохождения тока через тело человека;

          - состояния здоровья человека и фактора внимания.

Первая помощь при электротравмах.  Если человек попал под электрическое напряжение, необходимо, не теряя ни одной секунды, освободить пострадавшего от тока. После освобождения от проводов человек может быть без сознания и не дышать.

Если пострадавший находится без сознания и не дышит, следует немедленно послать за врачом и сразу же приступить к искусственному дыханию. Искусственное дыхание необходимо делать непрерывно до прибытия врача.

 

4.1 Анализ условий опасности в трехфазных сетях

 

Анализ условий опасности трехфазных электрических сетей практически сводится к определению величины тока, протекающего через человека, и к оценке влияния различных факторов: схемы включения человека в цепь, напряжения сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали, изоляции токоведущих частей от земли и т.п.

В трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью силу тока (А), проходящего через тело человека при прикосновении к одной из фаз сети в период ее нормальной работы (см. рисунок 4.1), определяют следующим выражением в комплексной форме:

 

IЧ = UФ/RЧ + Z/3   ,                                                 (4.1)

 

          где Z - комплекс полного сопротивления одной фазы относительно земли.

 

 

 

Рисунок 4.1 - Схема сети с изолированной нейтралью

 

Если емкость проводов относительно земли мала, т.е. С=0, а сопротивления изоляции фаз относительно земли равны R1 = R2 = R3 = R, то ток через человека будет равен:

                                          .                                          (4.2)

 

При хорошей изоляции (R = 0,5 МОм) ток имеет малое значение и такое прикосновение неопасно. Поэтому очень важно в таких сетях обеспечивать высокое сопротивление изоляции и контролировать ее состояние для своевременного устранения возникших неисправностей. Если в сети имеется большая емкость относительно земли (разветвленные кабельные линии), то однофазное прикосновение будет опасным, несмотря на хорошую изоляцию проводов:

                                  ,                                    (4.3)

 

           где  Хс - емкостное сопротивление, Ом;

      С - емкость фаз относительно земли.

В сетях с изолированной нейтралью особенно опасно прикосновение к исправной фазе при замыкании на землю любой другой фазы, например, второй (см. рисунок 4.1). В этом случае человек включается на полное линейное напряжение:

                                   .                                              (4.4)

 

В сетях с заземленной нейтралью сопротивление заземления нейтрали RЗ очень мало по сравнению с сопротивлением утечек R. Поэтому ток, протекающий через человека, при прикосновении определяется фазным напряжением сети UФ, сопротивлением пола и обуви Rпо и сопротивлением заземления нейтрали RЗ (см. рисунок 4.2):

 

                                       .                                (4.5)

 

Отсюда следует, что прикосновение к фазе трехфазной сети с заземленной нейтралью в период нормальной ее работы более опасно, чем прикосновение к фазе нормально работающей сети с изолированной нейтралью.

При аварийном режиме работы, когда одна из фаз сети замкнута на землю через относительно малое сопротивление RПК (фаза 2), и при прикосновении человека к одной из двух других фаз, человек оказывается приблизительно под фазным напряжением. Это одно из преимуществ сетей с заземленной нейтралью с точки зрения безопасности.

При анализе сетей напряжением выше 1000 В следует отметить, что эти сети имеют большую протяженность, обладают значительной емкостью и высоким значением сопротивления изоляции. Поэтому в этих сетях утечкой тока через активное сопротивление изоляции можно пренебречь и учитывать только утечку тока через емкость фазы относительно земли. Следовательно, прикосновение к этим сетям является опасным, независимо от режима нейтрали.

 

 

Рисунок 4.2 - Схема сети с заземленной нейтралью

 

В соответствии с ПУЭ сети напряжением 6-35 кВ выполняются с изолированной нейтралью или с заземлением нейтрали через реактивную катушку в целях уменьшения тока замыкания на землю.

Сети напряжением 110 кВ и выше выполняют с заземлением нейтрали.

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

По технологическим требованиям при напряжении до 1000 В предпочтение отдается четырехпроводной сети, поскольку она позволяет использовать два рабочих напряжения: линейное и фазное.

По условиям безопасности выбор одной из двух систем производится с учетом выводов, полученных при рассмотрении этих сетей.

    Сети с изолированной нейтралью целесообразно применять при условии хорошего уровня поддержания изоляции и малой емкости сети (сети электротехнических лабораторий, небольших предприятий и т. д.).

Сети с заземленной нейтралью следует применять там, где невозможно обеспечить хорошую изоляцию проводов (из-за высокой влажности, агрессивной среды, больших емкостных токов и т.д.). Примером таких сетей являются крупные современные предприятия.

 

4.2  Защитные меры в электроустановках

 

Защита от возможности случайного прикосновения к токоведущим частям. Электрические сети и установки должны быть выполнены так, чтобы токоведущие части их были недоступны для случайного прикосновения.

Недоступность токоведущих частей достигается путем их надежной изоляции, применения защитных ограждений (кожухов, крышек, сеток и т.д.), расположения токоведущих частей на недоступной высоте.

Для защиты человека от возможности случайного прикосновения к нетоковедущим частям применяется защитное заземление, зануление и защитное отключение.

Защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей электроустановки, которые могут оказаться под напряжением.

Цель защитного заземления - снизить до безопасной величины напряжение относительно земли на металлических частях оборудования, нормально не находящихся под напряжением. В результате замыкания на корпус заземленного оборудования снижается напряжение прикосновения и, как следствие, ток, проходящий через человека, при прикосновении к корпусам.

Заземляющее устройство бывает выносным и контурным. Выносное заземляющее устройство применяют при малых токах замыкания на землю, а контурное - при больших.

Для заземляющих устройств в первую очередь должны быть использованы естественные заземлители:

- водопроводные трубы, проложенные в земле;

          - металлические конструкции зданий и сооружений, имеющие надежное соединение с землей;

          - металлические оболочки кабелей (кроме алюминиевых);

          - обсадные трубы артезианских скважин.

Запрещается в качестве заземлителей использовать трубопроводы с горючими жидкостями и газами, трубы теплотрасс.

Естественные заземлители должны иметь присоединение к заземляющей сети не менее чем в двух разных местах.

В качестве искусственных заземлителей применяют:

          - стальные трубы с толщиной стенок 3,5 мм, длиной 2 - 3 м;

          - полосовую сталь толщиной не менее 4 мм;

          - угловую сталь толщиной не менее 4 мм;

          - прутковую сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м и более.

Все элементы заземляющего устройства соединяются между собой при помощи сварки, места сварки покрываются битумным лаком. Допускается присоединение заземляющих проводников к корпусам электрооборудования с помощью болтов.

Расчет защитного заземления. Расчет защитного заземления имеет целью определить число вертикальных заземлителей и их размеры; размещение заземлителей; длины соединительных горизонтальных проводников и их сечения. Расчет заземления может производиться как по допустимому сопротивлению растекания тока заземлителя, так и по допустимым напряжениям прикосновения и шага.

Защитное заземление применяется в трехфазной трехпроводной сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и выше 1000 В с любым режимом нейтрали.

 

 

Рисунок  4.3- Принципиальная схема защитного заземления

 

          В четырехпроводных трехфазных сетях с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В в качестве защитной меры в стационарных установках применяется зануление.

Зануление - преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Нулевой защитный проводник - проводник, соединяющий зануляемые части с нейтральной точкой обмотки источника тока или ее эквивалентом.

Зануление применяется в сетях напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью.  В случае пробоя фазы на металлический корпус электрооборудования возникает однофазное короткое замыкание, что приводит к быстрому срабатыванию защиты и тем самым автоматическому отключению поврежденной установки от питающей сети. Такой защитой являются плавкие предохранители или максимальные автоматы, установленные для защиты от токов коротких замыканий; автоматы с комбинированными расцепителями.

При замыкании фазы на зануленный корпус электроустановка автоматически отключается, если ток однофазного короткого замыкания IЗ удовлетворяет условию:

                                                IЗ = к∙IН       ,                                             (4.6)

 

          где IН - номинальный ток плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания автоматического выключателя, А;

к - коэффициент кратности тока, для автоматов к=1,25-1,4, а для предохранителей:  к = 3.

          Проводимость нулевого защитного проводника должна быть не менее 50 % проводимости фазного провода. В качестве нулевых защитных проводников применяют голые или изолированные проводники, стальные полосы, кожухи шинопроводов, алюминиевые оболочки кабелей, различные металлоконструкции зданий, подкрановые пути и т.д.

Зануление рассчитывается на отключающую способность; на безопасность прикосновения к корпусу при замыкании фазы на землю (расчет заземления нейтрали); на безопасность прикосновения к корпусу при замыкании фазы на корпус (расчет повторного заземления нулевого защитного проводника).

Расчет зануления на безопасность прикосновения к корпусу при замыкании фазы на землю или корпус сводится к расчету заземления нейтральной точки трансформатора и повторных заземлителей нулевого защитного проводника.

 

 

Рисунок 4.4 - Принципиальная схема зануления электроустановки

 

Согласно ПУЭ, сопротивление заземления нейтрали должно быть не более 8 Ом при 220/127 В;  4 Ом  при 380/220 В;  2 Ом при 660/280 В.

Методика расчета количества вертикальных и горизонтальных заземлителей нейтрали и повторных заземлителей аналогична методике расчета заземления.

Защитное отключение - это система защиты, автоматически отключающая электроустановку при возникновении опасности поражения человека электрическим током (при замыкании на землю, снижении сопротивления изоляции, неисправности заземления или зануления). Защитное отключение применяется тогда, когда трудно выполнить заземление или зануление, а также в дополнение к нему в некоторых случаях.

В зависимости от того, что является входной величиной, на изменение которой реагирует защитное отключение, выделяют схемы защитного отключения: на напряжение корпуса относительно земли; на ток замыкания на землю; на напряжение или ток нулевой последовательности; на напряжение фазы относительно земли; на постоянный и переменный оперативные токи; комбинированные.

Одна из схем защитного отключения на напряжение корпуса относительно земли приведена на рисунке 4.5.

Основным элементом схемы является защитное реле РЗ. При замыкании на корпус одной фазы корпус окажется под напряжением выше допустимого, сердечник реле РЗ втягивается и замыкает цепь питания катушки автоматического выключателя АВ, в результате чего электроустановка отключается.

 

Рисунок 4.5 - Схема защитного отключения на напряжение корпуса относительно земли

 

 

Список литературы

 

1. Охрана труда и безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие/ М.К. Дюсебаев, Ж.С. Абдимуратов.- Алматы, АУЭС. 2011. – 79 с.

2. Безопасность жизнедеятельности. Под ред. С.В.Белова. – М.: Высшая школа, 1999.

3. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов/ С.В. Белов, А.В. Ильницкая, А.Ф. Козьяков и др.; под общ.ред. С.В. Белова.- М.: ВШ, 1999.-448 с.

4. ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление.

5. Долин П.А. Основы техника безопасности в электроустановках. – М.: Энергоатомиздат, 1984.-448 с.

6. ГОСТ 12.1.038-82 ССБТ. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов.

 

Содержание

 

 

Введение

3

1

Задание для выполнения расчетно-графической работы №1

4

2

Задание для выполнения расчетно-графической работы №2

6

3

Методические указания для расчета расчетно-графической работы

 

10

4

Теоретические сведения по обеспечению электробезопасности

14

 

Список литературы

  21