Расчет параметров электробезопасности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет параметров электробезопасности



Все случаи поражения человека током в результате электрического удара являются следствием прикосновения не менее чем к двум точкам электрической цепи, между которыми существует разность потенциалов. Опасность такого прикосновения во многом зависит от особенностей электрической сети и схемы включения в нее человека. Определив в каждом конкретном случае силу проходящего через человека тока Iч, можно выбрать соответствующие защитные меры.

Рисунок 1 - Схемы возможного включения человека в сеть трехфазного тока: а - двухфазное прикосновение; б - однофазное прикосновение в сети с заземленной нейтралью; в - однофазное прикосновение в сети с изолированной нейтралью

Двухфазное включение человека в цепь тока (рисунок 1, а) более опасно по сравнению с однофазным, так как к телу прикладывается наибольшее в данной сети напряжение - линейное. При этом сила тока, проходящего через человека, определится по формуле:



, А

где Uл - линейное напряжение, В;

Rч - сопротивление тела человека, Ом;

Uф - фазное напряжение, В.

Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) в расчетах принимают Rч = 1000 Ом.

Однофазное включение (рисунок 1, б) возникает во много раз чаще, но опасность поражения в этом случае ниже по сравнению с двухфазным включением.

В однофазной двухпроводной сети, изолированной от земли, силу тока, проходящей через человека при равенстве сопротивления изоляции проводов относительно земли: r1 = r2 = r, определяют по формуле:

Iч = U / (2Rч + r), А

где U - напряжение сети, В.

В трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью (рисунок 1, в) при r1 = r2 = r3=r ток проходит от места контакта через тело человека, обувь, пол и несовершенную изоляцию к другим фазам. Силу тока находят из выражения:

, А

где Rо - общее сопротивление, Ом;

r - сопротивление изоляции проводов, согласно ПУЭ должно быть не менее 0,5 МОм на фазу участка сети напряжением до 1000 В.



Rо = Rч + Rоб + Rп, Ом

где Rоб - сопротивление обуви: для резиновой обуви Rоб ? 50000 Ом;

Rп - сопротивление пола: для сухого деревянного пола Rп ? 60000 Ом.

Напряжение прикосновения возникает на теле человека при касании им находящихся под напряжением электроустановок или металлических частей оборудования (рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема возникновения напряжения прикосновения

При стекании электрического тока через стержневой заземлитель круглого сечения длиной l и диаметром d, погруженный в землю так, что его верхний конец расположен на уровне земли, напряжение прикосновения определится по формуле:

где I3 - ток замыкания на землю, А;

с - удельное сопротивление основания (грунта, пола и т.д.), на котором находится человек, Ом · м;

х - расстояние от человека до центра заземлителя, м;

б - коэффициент напряжения прикосновения.

Коэффициент напряжения прикосновения определяется по формуле:

Шаговое напряжение Uш - это напряжение между двумя точками на земле, обусловленное растеканием тока замыкания, при одновременном касании их ногами человека (рисунок 3).

Рисунок 3 - Схема возникновения шагового напряжения

Если одна нога находится на расстоянии х от центра заземлителя, то другая нога находится на расстоянии х + а, где а - длина шага. Обычно в расчетах принимают а = 0,8 м.

Шаговое напряжение определяют по формуле:



Допустимым считают шаговое напряжение не более 40 В.

Расчет защитного заземления

Заземление служит для снижения напряжения прикосновения до безопасной величины. Благодаря заземлению опасный потенциал уходит в землю тем самым, защищая человека от поражения электрическим током. Величина тока стекания в землю зависит от сопротивления заземляющего контура. Чем сопротивление будет меньше, тем величина опасного потенциала на корпусе поврежденной электроустановки будет меньше.

Расчет заземления производится для того чтобы определить сопротивление сооружаемого контура заземления при эксплуатации, его размеры и форму. Как известно, контур заземления состоит из вертикальных заземлителей, горизонтальных заземлителей и заземляющего проводника. Вертикальные заземлители вбиваются в почву на определенную глубину. Горизонтальные заземлители соединяют между собой вертикальные заземлители. Заземляющий проводник соединяет контур заземления непосредственно с электрощитом. Размеры и количество этих заземлителей, расстояние между ними, удельное сопротивление грунта - все эти параметры напрямую зависят на сопротивление заземления.

Расчет производится в следующем порядке:

1. Определяется норма на допустимое сопротивление заземления (Rq).

В электроустановках напряжением до 1000 В сопротивление заземления должно быть не выше 4 Ом, если же суммарная мощность параллельно работающих источников (трансформаторов, генераторов и т.п.) не превышает 10 кВА, сопротивление заземления должно быть не более 10 Ом.

В электроустановках напряжением выше 1000 В с малым током замыкания на землю допускается сопротивление заземления (Rq):



где I3 - расчетный ток замыкания на землю, А.

Но величина Rq в этом случае должна быть не более 10 Ом, т.е. допускается напряжение относительно земли до 250 В.

Если заземляющее устройство используется одновременно для электроустановок напряжением до 1000 В и выше 1000 В, сопротивление контура заземления допускается:

Но не выше нормы для электроустановки напряжением до 1000 В (4 или 10 Ом).

Ток замыкания на землю определяется из выражений (10) или (11).

В сетях напряжением до 1000 В сила тока замыкания на землю определится по формуле:

где Uф - фазное напряжение сети, В;

В сетях напряжением выше 1000 В с малыми токами замыкания на землю сила тока определится как:



где Uф - фазное напряжение сети, кВ;

lk - общая длина подключенных к сети кабельных линий, км;

lв - общая длина, подключенных к сети воздушных линий, км.

В электроустановках с большими токами замыкания на землю сопротивление заземления допускается не выше 5 Ом.

2. Выбирается тип заземлителя (см. таблицу 2).

3. Определяется заземление одиночного вертикального заземлителя (R3) по формулам (см. таблицу 2).

Таблица 2 - Формулы для вычисления сопротивлений одиночных заземлителей растеканию тока

заземление сеть напряжение

Примечания:

1 В формулах: с - удельное сопротивление грунта, Ом·м; все размеры подставляются в метрах;

2 В формулы вместо d трубы (стержня) должен подставляться эквивалентный диаметр угловой стали d3, равный 0,95·в, где в - ширина сторон уголка, м.

4. Определяется ориентировочное количество заземлителей (n'):

n' = Rз / Rq

5. Определяется сопротивление одиночного вертикального заземлителя (R'3) с учетом климатического коэффициента () (см. таблицу 3), т.е.:

R'3 = R3

Таблица 3 - Приближенные значения удельных сопротивлений различных грунтов и воды

Таблица 4 - Значения расчетных климатических коэффициентов при определении удельного сопротивления грунта



Примечания:

1 1 - принимается, если измерения сопротивления грунта производились при большой влажности грунта;

2 2 - измерения проводились при средней влажности;

3 3 - если измерения проводились при сухом грунте.

6. Учитывая коэффициент использования вертикальных заземлителей (зст), (см. таблицу 4), определяют окончательное количество заземлителей (n) по формуле:

n = R'3 / зcт ? Rq,

где Rq - допустимое сопротивление контура заземления, Ом.

7. Предварительно разместив искусственные заземлители на плане, определяют длину соединительной полосы (L) по формуле:

L = 1,05?lґ?n, м

где lґ - расстояние между вертикальными заземлителями, м.

8. По формулам (см. таблицу 2) определяют сопротивление заземления соединительной полосы (Rп).

9. Находим сопротивление заземления соединительной полосы (Rґп) с учетом коэффициента использования полосы (зп):

Rґп = Rп ? зп, Ом

Значение коэффициента использования полосы приведены в таблице 5.



Таблица 5 - Коэффициенты использования зст заземлителей из труб или уголков

Таблица 6 - Коэффициенты использования зп соединительной полосы заземлителей из труб или уголков



10. Определяем сопротивление контура заземления (Rk) из вертикальных заземлителей, соединенных полосой:

, Ом

Полученное сопротивление контура должно быть не больше допустимого сопротивления заземления, т.е. RK ? Rq.

Расчет зануления

Зануление производственного оборудования осуществляется с целью защиты персонала от опасности поражения электротоком в случае пробоя фазы на металлический корпус. Оно позволяет снизить до минимума риск травмирования вследствие быстрого отключения электроустановки от питающей сети. Для обеспечения этого нужно, чтобы сопротивление участка «фаза-ноль» было небольшим. Это достигается не только, безусловно, высоким качеством монтажа защитного проводника, но и предварительным расчётом зануления.

Расчёт делают с целью определить параметры, при которых зануление надёжно выполняет свои функции: уменьшает опасность поражения электротоком при прикосновении к токопроводящим частям и быстро отсоединяет повреждённую установку от питания. Зануление рассчитывают на:

- безвредность прикосновения к повреждённому устройству в случае замыкания на землю;

- безопасность касания устройства в случае замыкания на корпус;

- отключающую способность.

Безопасность электроустановки с занулением обеспечивается удовлетворением условию:



IК > К · Iном, А

где IК - ток короткого замыкания, А;

К - коэффициент кратности тока;

Iном - номинальный ток плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания автомата, А.

Коэффициент кратности тока принимается в зависимости от типа защиты электроустановки:

- при автоматическом выключателе - К = 1,25…1,4;

- при плавких предохранителях минимальный К = 3, а во взрывоопасных помещениях К = 4;

- при автоматах с обратно зависимой от тока характеристикой минимальный коэффициент кратности К = 3, а во взрывоопасных помещениях К = 6.

Расчетная величина тока короткого замыкания определяется из выражения:

где Uф - фазное напряжение сети, В;

ZT - внутреннее сопротивление трансформатора, Ом;

Zф - сопротивление фазного провода, Ом;

ZH - сопротивление нулевого провода, Ом.

Сопротивление (Zф + ZH) равно сопротивлению петли фаза-ноль (Zп), которое вычисляется по формуле:



где Rф - активное сопротивление фазного провода, Ом;

RH - активное сопротивление нулевого провода, Ом;

Хп - индуктивное сопротивление петли фаза-ноль.

Таблица 7 - Внутреннее сопротивление трансформатора

Активное сопротивление фазного и нулевого проводов определяется (Rnpов):

Rпров = спров · l / S, Ом

где спров - удельное электрическое сопротивление проводов (для меди спров = 0,0175…0,018, для алюминия - 0,026…0,029, для стали - 0,103…0,14), Ом·м;

l - длина провода, м;

S - сечение провода, м2.

Расчет молниезащиты

Молниезащита - комплекс защитных устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий и сооружений, оборудования и материалов от возможных взрывов, загораний и разрушений, возникающих при воздействии молнии.

Устройство молниезащиты сегодня является неотъемлемой задачей при проектировании строительных объектов, и считается одним ин эффективных способов защиты от молнии. Элементарное устройство молниезащиты состоит из: молниеприемника, токоотвода и заземлителя. В целом все три элемента объединяются в одно название - молниеотвод.

Молниеотвод является элементом молниезащиты, отвечающей за «улавливание» молнии. Следовательно, он должен располагаться таким образом, чтобы обеспечить максимальную защиту. Существуют отдельно стоящие или закрепленные на доме молниеотводы, тросовые и стержневые. Тросовые молниеотводы применяются в виде горизонтально подвешенных тросов (проводов), являющихся молниеприемниками. Служат для защиты длинных и узких сооружений, сооружений с кровлей из горючих кровельных материалов, а также в тех случаях, когда нельзя применить стержневые молниеотводы.

Зона защиты молниеотвода - это часть пространства, примыкающая к молниеотводу, внутри которого здание или сооружение защищено от прямых ударов молнии с определенной степенью надежности. Зона защиты типа А обладает степенью надежности 99,5% и выше, а зона защиты типа Б - 95% и выше.

По типу молниеприемников молниеотводы делят на стержневые, тросовые и сеточные; по количеству и общей зоне защиты - на одиночные, двойные и многократные. Кроме того, различают молниеотводы отдельно стоящие, изолированные и не изолированные от защищаемого здания.

Стержневые молниеотводы представляют собой вертикальные стержни или мачты, тросовые - горизонтальные тросы или провода, закрепленные на двух опорах, по каждой из которых прокладывают токоотвод к отдельному заземлителю. У сеточных молниеотводов молниеприемником служит металлическая сетка, присоединяемая токоотводом к заземлителю. Чаще используют стержневые молниеотводы.

При устройстве молниезащиты учитывают особенности защищаемого здания.

Одиночный стержневой молниеотвод. Зона его защиты при высоте h ? 150 м представляет собой конус (рисунок 4), вершина которого находится на высоте h0 < h, основание образует круг радиусом R0. Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защитного уровня сооружения (hх) представляет собой круг радиусом Rх.

Эти величины составят:

для зоны типа А:

для зоны типа Б:

где Rx и hx определяют по закону подобия треугольников.

Рисунок 4 - Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой до 150 м



Для зоны типа Б высоту молниеотвода при известных величинах hx и Rx определяют по формуле:

заземление сеть напряжение

Двойной стержневой молниеотвод представлен на рисунке 5 (для h ? 150 м). Торцевые части зоны защиты определяют как зоны одиночных стержневых молниеотводов. Значения h0, R0, и рассчитывают по формулам (22…28) для обоих типов зоны защиты.

Другие величины зоны защиты двойного стержневого молниеотвода определяют следующим образом. Величины Rc и Rcx находят по формулам (31) и (32) соответственно. При известных hc и L и Rcx = 0 высоту молниеотвода для зоны типа Б определяют по формуле:

.

Если стержневые молниеотводы стоят на расстоянии h > 3·h и L > 5·h, их рассматривают как одиночные.

Рисунок 5 - Зона защиты двойного стержневого молниеотвода высотой до 150 м



Двойной стержневой молниеотвод разной высоты представлен на рисунке 6 (для h1 и h2 < 150 м). Торцевые части также представляют собой зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов соответствующей высоты, а , , , , , определяют по формулам (22…28) для обоих типов зон. Величину Rcx определяют по формуле (32), остальные размеры зоны:

где и для обоих типов зон защиты вычисляют по формулам (29, 30, 33, 34).

Рисунок 6 - Зона защиты двух стержневых молниеотводов разной высоты



Для разновысокого двойного стержневого молниеотвода зона защиты типа А существует при L ? 3·h1, а типа Б - при L ? 5·h1.

Многократный стержневой молниеотвод. Зону защиты многократного стержневого молниеотвода равной высоты определяют как зону защиты попарно взятых соседних стержневых молниеотводов (рисунок 7).

Рисунок 7 - Зона защиты (в плане) многократного стержневого молниеотвода высотой до 150 м

Основным условием защищенности одного сооружения или группы сооружений высотой hх с надежностью, соответствующей зонам типа А и Б, является неравенство Rcx > 0 для всех попарно взятых молниеотводов. Величину Rcx для обоих типов зоны защиты рассчитывают по формулам (29, 31, 32, 33).

Одиночный тросовый молниеотвод (рисунок 8, для h ? 150 м).

Зоны защиты одиночных тросовых молниеотводов имеют следующие размеры.

Зона типа А:



Рисунок 8 - Зона защиты одиночного тросового молниеотвода высотой до 150 м

Значение h0 определяют по формуле (28).

Зона типа Б:

Для зоны типа Б высота одиночного тросового молниеотвода при известных hх и Rх равна:

Здесь h - высота троса в точке наибольшего провеса. С учетом стрелы провеса при известной высоте опор hоп и длине пролета а < 120 м высота троса h = hоп - 2 м, а при а = 120…150 м h = hоп - 3 м.

Литература

1.Зотов Б.И., Курдюмов В.И. Проектирование и расчет средств обеспечения безопасности. - М.: Колос, 2005. - 216с.

2.Красник В.В. Правила устройства электроустановок. - М.: ЭНАС, 2009. - 512 с.

3.Куценко Г.Ф. Электробезопасность: практическое пособие. - М.н.: Дизайн ПРО, 2006. 240 с.

4.Сибикин Ю.Д. Охрана труда и электробезопасность.- М.: РадиоСофт, 2007.- 408с

5.Сидоров А.И. Безопасность жизнедеятельности: учебное пособие. - М.: КНОРУС, 2009. - 496 с.

Размещено на Allbest.ru