Защитные меры при аварийных ситуациях в электроустановках
Средствами защиты человека от поражения электрическим током при аварийном режиме электроустановки являются:
Цель защитного заземления заключается в устранении опасности поражения током в случае прикосновения к конструктивным токоведущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением, путем преднамеренного электрического соединения их с землей или ее эквивалентом (рис. 3.6.).Принцип действия защитного заземления заключается в снижении напряжения прикосновения до малого значения.
Принципиальная схема защитного заземления
Из схемы цепи однофазного замыкания на корпус электродвигателя следует, что сопротивление тела человека и заземлителя параллельны. По первому закону Кирхгофа в разветвленной электрической цепи сила тока, протекающего к месту соединения нескольких сопротивлений, равна сумме токов, уходящих из него. Для уменьшения тока, проходящего через тело человека, сопротивление заземлителя Rз должно иметь минимальное значение – его величина не должна превышать 4 Ом. Поэтому ток замыкания Iз в основном пойдет по цепи системы заземления Rз. Сила тока Ih, проходящего через тело человека, в этом случае определяется по формуле:
 |
где Iз – ток замыкания на землю, А;
Rз – сопротивление системы заземления, Ом;
Rh – сопротивление электрическому току человека, Ом.
 |
Однофазная схема замещения защитного заземления
Физическая сущность зануления заключается в возникновении тока короткого замыкания между нулевым проводом и поврежденной фазой. Ток короткого замыкания может достигать сотен ампер, в результате плавкая вставка расплавляется или отключается тепловое реле и система отключается. Нулевым защитным проводником называют проводник, соединяющий зануляемые части с глухозаземленной нейтральной точкой источника тока. Основное требование безопасности к занулению заключается в уменьшении длительности отключения замыкания. Оно должно быть не более долей секунды.
Принципиальная схема зануления:
1 – корпус электроприемника;
2 – аппараты защиты;
R0 – сопротивление заземления нейтрали источника тока;
RП – сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника;
IН — часть тока короткого замыкания, протекающая через нулевой проводник;
IК — ток короткого замыкания;
IЗ – часть тока короткого замыкания, протекающая через землю.
Так как время срабатывания плавких вставок предохранителей и тепловых расцепителей автоматов обратно пропорционально току, то малое время срабатывания возможно при большом токе. Каждый отключающий аппарат имеет свою заводскую токовременную характеристику. Так, предохранитель срабатывает за 0,1с, если ток короткого замыкания превысит его уставку (значение входной величины тока) в 10 раз и за 0,2с – в 3 раза. Время отключения предохранителя резко возрастает до 9-10с при небольшом токе короткого замыкания (в 1,3 раза). По условиям безопасности такая система зануления недопустима.
Для надежного и быстрого отключения электроустановки, находящейся в аварийном состоянии необходимо, чтобы ток короткого замыкания (Iк.з.) превосходит ток установки отключающего аппарата по условию:
где Iном – номинальный ток плавкой вставки или автомата, А;
к – коэффициент, означающий кратность тока короткого замыкания относительно тока плавкой вставки.
Коэффициент кратности тока короткого замыкания в помещениях с нормальными условиями окружающей среды при защите предохранителями или автоматами с тепловым расцепителем должен быть к ³ 3; для автоматов с электромагнитным расцепителем — к ³ 1,4; для прочих автоматов — к ³ 1,25.
Во взрывоопасных помещениях в расчете системы зануления принимают значение к ³ 4 при защите предохранителями и к ³ 6 при защите автоматами.
 |
Защитное отключение – вид защиты от поражения током в
электроустановках, обеспечивающей автоматическое отключение всех фаз аварийного участка сети. Длительность отключения поврежденного участка сети должна быть не более 0,2с.
Область применения защитного отключения: дополнение к защитному заземлению или занулению в электрифицированном инструменте; дополнение к занулению для отключения электрооборудования, удаленного от источника питания; мера защиты в передвижных электроустановках напряжением до 1000 В.
Устройством защитного отключения должны оснащаться не только указанные сооружения, но и все помещения с повышенной или особой опасностью поражения электрическим током, в том числе сауны, души, теплицы с электроподогревом.
На рис. приведена принципиальная схема защитного отключения с помощью реле максимального тока 1. Катушка этого реле с нормально замкнутыми контактами подключается через трансформатор тока 2 или непосредственно в рассечку проводника 3, идущего к отдельному вспомогательному или общему заземлителю 4.
 |
Схема устройства защитного отключения
1 – реле максимального тока, 2 – трансформатор тока, 3 – заземляющий провод, 4 – заземлитель, 5 – электродвигатель, 6 – контакты пускателя, 7 – блок-контакт, 8 — сердечник пускателя, 9 – рабочая катушка, 10 – кнопка опробования, 11 – вспомогательное сопротивление,
12 и 13 – кнопки останова и включения, 14 – пускатель
Для снижения напряжения прикосновения и напряжения шага при стекании тока с электродов в землю меньше максимально возможной величины используют метод выравнивания потенциалов при контурном расположении электродов относительно заземляемых корпусов электрооборудования. Для этой цели стальные стержни диаметром 50…60 мм и длиной 2,5…3,0 м, из которых выполнены электроды, забивают в грунт вертикально на расстоянии друг от друга 5,0…6,0 м.
Характеристики освещения
К количественным показателям производственного освещения относятся:
Лучистый поток (Ф) — общая мощность электромагнитного излучения оптическом диапазоне длин волн. Единицей измерения служит /Вт/.
Испытываемое человеком зрительное ощущение при попадании лучистого потока на сетчатку глаза зависит не только от мощности излучения, но также и от длины волны. Излучение разных длин волн вызывают различное цветовое ощущение по цвету и интенсивности.
Световой поток (F) — мощность лучистой энергии, оцениваемая по световому ощущению, которое она производит на человеческий глаз. Единица измерения (ЛМ).
Сила света (I)— пространственная плотность светового потока
где 
— телесный угол в стерадианах.
Единицей измерения является кандела (КД), которая является основной световой величиной, на которую существует государственный световой стандарт. Кандела — сила света с площади платиновой пластины равной 1/600000 м 2 при температуре затвердевания платины (2042 К) и давлении 101325 Па.
Освещенность (Е)- плотность светового потока на освещенной поверхности
где S — площадь поверхности. За единицу измерения принят люкс (ЛК).
Яркость поверхности (L)- отношение силы света dF излучаемого элемента поверхности dS под углом 
к проекции этого элемента на плоскость, перпендикулярную лучу зрения.
Блесткость — чрезмерная яркость — причина утомления и снижения работоспособности.
Характер зрительной работы определяется совокупностью таких параметров, как размер объекта различения, фон, контраст объекта с фоном.
Объект различения — наименьший размер рассматриваемого предмета, отдельная его часть, который необходимо различить в процессе работы (например, при работе с приборами — толщина линии градуировки шкалы; при чертежных работах — толщина самой тонкой линии на чертеже).
Фон — поверхность, непосредственно прилегающая к объекту различения, на которой он рассматривается. Фон характеризуется коэффициентом отражения 
, под которым понимается способность поверхности отражать падающий на нее световой поток.
В зависимости от величины коэффициента отражения фон может быть:
Источник
Тепловое воздействие тока. Способы защиты электрических цепей при аварийных ситуация
Электрический ток, проходя через любой проводник, сообщает ему некоторое количество энергии. В результате этого проводник нагревается. Передача энергии происходит на молекулярном уровне, т. е., электроны взаимодействуют с атомами или ионами проводника и отдают часть своей энергии.
В результате этого, ионы и атомы проводника начинают двигаться быстрей, соответственно можно сказать, что внутренняя энергия увеличивается и переходит в тепловую энергию.
Данное явление подтверждается различными опытами, которые говорят о том, что вся работа, которую совершает ток, переходит во внутреннюю энергию проводника, она в свою очередь увеличивается. После этого уже проводник начинает отдавать её окружающим телам в виде тепла. Здесь уже в дело вступает процесс теплопередачи, но сам проводник нагревается.
Этот процесс рассчитывается по формуле: А=U·I·t
А – это работа тока, которую он совершает, протекая через проводник. Можно также высчитать количество теплоты, выделяемое при этом, ведь это значение равно работе тока. Правда, это касается, лишь неподвижных металлических проводников, однако, такие проводники встречаются чаще всего. Таким образом, количество теплоты, также будет высчитываться по той же форме: Q=U·I·t.
Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивления участка
Для качественного и бесперебойного снабжения потребителей необходимо надежное согласование всех элементов энергосистемы (источника электроэнергии, сети, нагрузки, устройств защиты). Особую роль здесь играют устройства защиты потребителей от возможных аварийных режимов в энергосистеме. Среди известных потребителей можно выделить три характерные наиболее распространенные группы: асинхронные электродвигатели (АД) с короткозамкнутом ротором (более 50% потребителей), осветительные установки и силовые полупроводниковые устройства. Объем остальных потребителей значительно ниже.
Анализ аварийных режимов позволяет выделить следующие типы аварий, часто встречающиеся на практике (на примере потребителя — асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором):
короткое замыкание на зажимах двигателя, либо в его статорной обмотке;
обрыв фазы статорной обмотки двигателя (часто встречается при защите двигателей предохранителями);
заторможение ротора при пуске двигателя (особенно часто встречается при прямом пуске двигателя);
технологические перегрузки, возникающие при набросе нагрузки в процессе функционирования двигателя;
нарушение охлаждения, вызванное поломкой системы принудительной вентиляции двигателя;
понижение сопротивления изоляции, происходящее в результате старения изоляции из-за циклических температурных перегрузок.
Аварийные режимы в цепи асинхронного двигателя могут вызвать либо кратковременное повышение тока в 12-17 раз по сравнению с номинальным (КЗ в цепи), либо длительное протекание тока перегрузки, в 5-7 раз превышающего номинальное значение тока.
Для защиты электрических цепей от КЗ в качестве нагрузки двигателей широко применяются автоматические выключатели максимальный расцепитель тока, реле тока, предохранители. Аварийные режимы, например перегрузка по току, требуют выбора защиты, наиболее эффективной при той или иной аварии. Так при обрыве фазы АД наиболее эффективной является минимальная токовая защита и температурная защита. Менее эффективной — тепловая защита (тепловые реле). При заторможенном роторе весьма эффективны максимальные реле тока и температурная защита. Менее эффективна тепловая защита. При технологической перегрузке лучшие результаты дает температурная защита. Эффективны также тепловые реле. При нарушении охлаждения двигателя только температурная защита может защитить двигатель. Понижение сопротивления изоляции статорной обмотки двигателя может спровоцировать как перегрузку в цепи, так и КЗ. Для защиты при этой аварии применяются специальные устройства контроля уровня изоляции обмотки двигателя.
Основным аварийным режимом в осветительных установках является КЗ. Защита от перегрузки требуется только для осветительных установок, эксплуатируемых внутри помещений и во взрыво- и пожароопасной среде. Наиболее распространенным аппаратом защиты осветительных установок является автоматический выключатель. При включении ламп накаливания появляется кратковременный бросок тока, в 10-20 раз превышающий номинальный ток. Примерно за 0,06 с ток снижается до номинального. Значение броска тока определяется мощностью ламп. При выборе типа защиты ламп накаливания необходимо учитывать особенности их пусковых характеристик.
Широкое распространение силовой полупроводниковой техники требует применения для ее защиты эффективных устройств. Одним из главных недостатков силовых полупроводниковых приборов является их низкая перегрузочная способность по току, что накладывает жесткие условия на аппаратуру защиты (по быстродействию, селективности и надежности срабатывания). В настоящее время для защиты силовых полупроводниковых приборов от короткого замыкания как внешних, так и внутренних применяются: быстродействующие автоматические выключатели, полупроводниковые выключатели, вакуумные выключатели, импульсные дуговые коммутаторы, быстродействующие плавкие предохранители и др. Целесообразность применения той или иной защиты силовых полупроводниковых приборов определяется конкретными условиями их эксплуатации.
Особое место занимает защита электрических цепей. В настоящее время широко используются сети напряжением от 0,4 до 750 кВ. Основными, наиболее опасными и частыми видами повреждений в сетях являются КЗ между фазами и фазой на землю.
Основная масса потребителей работает в сетях напряжением 0,4 кВ, 6 и 10 кВ (в последнее время нашли широкое применение сети напряжением 0,66 кВ). Для питания стационарных силовых потребителей и осветительных установок общего назначения применяются трехфазные четырехпроводные сети напряжением 380/220 В с глухо- заземленной нейтралью. Силовые потребители питаются от источника линейного напряжения, а осветительные приборы — от источника фазного напряжения. Мощные силовые потребители, например, электродвигатели мощностью 160 кВт и выше, питаются напряжением 660 В, 6 и 10 кВ.
Основными аварийными режимами в таких сетях являются: однофазное КЗ (до 60%); трехфазное КЗ (до 10%); двухфазное КЗ на землю (до 20%); двухфазное КЗ (до 10%).
Защита электрических сетей напряжением до 1000 В осуществляется, как правило, аппаратами защиты, а сети напряжением свыше 1000 В имеют релейную защиту.
Самыми распространенными аппаратами защиты сетей являются автоматические выключатели и предохранители. Если требуется иметь защиту с высоким быстродействием, чувствительностью или селективностью, то применяют релейную защиту, выполненную на базе реле и автоматических выключателей.
Электрические сети напряжением до 1000 В внутри помещений должны иметь также защиту от перегрузки, выполненную, как правило, на базе автоматических выключателей с тепловым или комбинированным расцепителями.
Источник
