Анализ опасности электрических сетей с заземленной нейтралью

 

 

СОДЕРЖАНИЕ.

	лист
Введение	3
Анализ опасности электрических сетей с заземленной нейтралью
Принцип действия устройства защитного отключения (УЗО).
Обучение, инструктаж и проверка знаний по охране труда.
Задача.
Список использованной литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Поражение человека электрическим током происходит в итоге  прикосновения его не менее чем к двум разным точкам электрической цепи, между которыми существует разность потенциалов. Угроза такого прикосновения во многом зависит от величины силы тока Ih, проходящего через тело человека, и напряжения прикосновения Uпр. Величина силы тока и напряжения прикосновения в свою очередь зависят от ряда факторов: схемы самой цепи, схемы включения человека в электрическую цепь, напряжения сети, режима заземления нейтрали, сопротивления изоляции, емкости касательно земли и так далее. Все вышеперечисленные факторы необходимо знать при оценке, с точки зрения техники безопасности, той или другой сети, расчете и выборе соответствующих защитных мер, в частности: зануление, защитного отключения, заземления, устройств контроля изоляции сети и т.д.

В зависимости от режима работы нейтрали источника тока и наличия нейтрального либо нулевого проводника, трехфазные сети могут выполняться по четырем основным схемам:

- трехпроводной, с изолированной  нейтралью;

- трехпроводной, с заземленной  нейтралью;

- четырехпроводной,  с изолированной  нейтралью;

- четырехпроводной, с заземленной  нейтралью.

 

 

 

 

 

 

1. Анализ опасности электрических сетей с заземленной нейтралью.

Для трехфазной сети напряжением до 1 кВ, с заземленной нейтралью, типа TN-C, значения тока, проходящего через тело человека и напряжение прикосновения определяются фазным напряжением сети и не зависят от сопротивления изоляции и емкости проводов касательно земли.

Рисунок 1.1. Схема однофазного прямого прикосновения в сети с заземленной нейтралью типа TN-C при нормальном режиме работы.

Проводимости фазного и нулевого проводников касательно земли по сравнению с проводимостью заземления нейтрали малы . Выражение для тока, проходящего через тело человека при прикосновении к фазному проводу в нормальном режиме работы сети TN-C (рис. 1.1), имеет вид:

где R0 - сопротивление рабочего заземления нейтрали.

Напряжение прикосновения в этом случае определяется из уравнения:

Так как обычно , то можно считать, что организм человека в этом случае попадает фактически под фазное напряжение сети.

Рисунок 1.2. Схема прикосновения к исправному проводу в аварийном режиме работы сети с заземленнойной нейтралью типа TN-C.

В аварийном режиме сети, когда один из фазных проводов, например, провод L2 (рис.1.2), замкнут на землю через относительно небольшое активное сопротивление RЗМ, а человек касается к исправному фазному проводнику, напряжения прикосновения принимает вид:

Здесь учитывается, что и малы относительно , а – по сравнению с и , т.е. ими можно пренебречь и считать равными нулю.

С учетом того, что , напряжение прикосновения в действительной форме имеет вид:

Учитывая, что , предыдущее выражение можно записать как:

При этом выражение для определения тока, протекающего через тело человека, имеет вид:

Рассмотрим два характерных случая:

1. Если принять, что сопротивление замыкания фазного провода на землю RЗМ равно нулю, то напряжение прикосновения будет равно:

Как следствие, в этом случае человек окажется практически под действием линейного напряжения сети.

2. Если принять равным нулю  сопротивления заземления нейтрали R0, то

т.е. напряжение, под действием которого окажется человек, будет фактически равно фазному напряжению.

В реальных же условиях сопротивления RЗМ и R0 всегда отличны от нуля, поэтому напряжение, воздействующее на человеческий организм, находящийся в аварийный период в контакте с исправным фазным проводником трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью, т.е. напряжение прикосновения Uh  всегда меньше линейного, но больше фазного, то есть                                               

С учетом того, что всегда    RЗМ > R0, напряжение прикосновения Uh практически в большинстве случаев незначительно превышает значение фазного напряжения, что несет меньшую угрозу для человека, чем в аналогичной ситуации в сети  c типа IT (с изолированной нейтралью).  

Рисунок 1.3. Схема прикосновения к неисправному проводу в сети с заземленной  нейтралью типа TN-C в аварийном режиме работы.

В аварийном режиме работы, когда человек дотрагивается до проводника, замкнутого на землю (рис. 1.3, человек касается фазного провода L3), ток через тело человека определяется падением напряжения на сопротивлении растеканию тока в месте замыкания на землю RЗМ:

где   IЗМ - ток замыкания на землю;  - коэффициенты напряжения прикосновения.

При 

Ток замыкания на землю в сети TN-C зависит только от сопротивления растеканию тока RЗМ, сопротивления заземления нейтрали  R0 и сопротивления тела человека Rh. Если принять во внимание, что обычно , то:

В таком случае напряжение прикосновения  только незначительно отличается от  значения фазного напряжения.

Таким образом, прикосновение к неисправному фазному проводу, замкнувшемуся на землю, в сети TN-C, фактически также опасно, как и к исправному. Значение тока, протекающего через человеческое тело, в этом случае почти такое же,   как при прямом однофазном прикосновении в нормальном режиме работы в сети TN-C.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Принцип действия устройства  защитного отключения (УЗО).

Устройство защитного отключения можно определить как быстродействующий защитный выключатель, реагирующий на дифференциальный ток в проводниках, питающих электроэнергией защищаемую электроустановку.

Принцип действия УЗО дифференциального типа основан на применении электромагнитного векторного сумматора токов – дифференциального трансформатора тока.

УЗО предназначено для защиты от поражения человека электрическим током или возникновения пожара из-за токов скользящего разряда при утечке на землю.

Устройства применяются в низковольтных электрических сетях бытового и промышленного назначения (220/380В).

Рисунок 2.1. Принцип работы устройства защитного отключения (УЗО) на схеме с системой питания TN-S.

Рассмотрим принцип действия УЗО, на объяснении  принципа действия реле тока повреждения.  

В корпусе УЗО есть магнитная цепь, выполненная из кругового сердечника. Вокруг  сердечника протекают  ток ВХОДА потребителя (I1) и ток ВЫХОДА потребителя (I2). В нормальном режиме работы эти токи равны и система находится в равновесии.

При возникновении тока утечки со стороны потребителя(Id),равновесие токов нарушается и по измерительной обмотке сердечника УЗО начинает течь ток пропорциональный току утечки. Реле в УЗО срабатывает, потому что реле запитано  от этой измерительной обмотки. «Реле срабатывает» это значит, что цепь размыкается, и ток на поврежденный потребитель не поступает и как следствие УЗО защищает человека от тока утечки.

Разность токов называется дифференциальным током, поэтому говорят, что УЗО реагирует на дифференциальные токи в цепи.

А автомат защиты, совмещенный с УЗО, называют дифференциальный автомат защиты. То есть он срабатывает и на ток короткого замыкания и на дифференциальный ток, возникающий при утечке тока.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Обучение, инструктаж  и проверка знаний по охране  труда.

Обучение, инструктаж и проверка знаний работников по вопросам охраны труда являются очень важными элементами системы мероприятий по предупреждению аварийных ситуаций и травматизма на производстве, обеспечению права рабочих на здоровые и безопасные условия труда и носят непрерывный многоуровневый характер.

Изучение основ и обучение охране труда проводится на всех стадиях образования в учебных, воспитательных и образовательных заведениях с целью формирования у подрастающего поколения ответственного отношения к вопросам личной безопасности и безопасности окружающих.

 

Организация обучения безопасности труда. Ответственность за организацию своевременного и качественного обучения и проверки знаний работников в целом по предприятию, учреждению возлагается на директора (либо главного инженера), а в структурных подразделениях – на их непосредственных руководителей.

Обучение и повышение уровня знаний руководителей и специалистов по охране труда осуществляется при всех видах обучения.

 

Инструктажи по охране труда

Вне зависимости от занимаемой должности, профессии и квалификации все участники производственного процесса проходят инструктаж по охране труда, который бывает: вводный; первичный на рабочем месте; повторный; внеплановый; целевой.

Вводный инструктаж проводят: со всеми работниками, которые впервые принимаются на постоянную или временную работу, независимо от их образования, трудового стажа, стажа работы по этой профессии, специальности, должности, а также с командированными при участии их в производственном процессе или выполнении работ на территории организации, учащимися и студентами, прибывшими на производственное обучение или практику. Вводный инструктаж проводит инженер по охране труда либо специалист, на которого возложены эти обязанности, а с учениками в учебном заведении - преподаватель либо мастер производственного обучения. Запись о проведении вводного инструктажа фиксируется в Журнале регистрации вводного инструктажа по охране труда, а также в документе о приеме на работу.

Первичный инструктаж на рабочем месте проводится до начала производственной деятельности со всеми работниками, принятыми на работу, а также переведенными из одного подразделения в другое; непосредственно принимающими участие в производственном процессе у работодателя; выполняющими работы по заданию организации.

Первичный инструктаж на рабочем месте проводится начальником отделения (расчета) индивидуально у того оборудования, которое будет обслуживаться инструктируемым, с целью ознакомить его с безопасными методами работы, показать места расположения защитных средств, разъяснить правила пользования ими.

По окончании  обучения  у каждого   служащего  должен быть принят зачет квалификационной комиссией по знанию правил и мер безопасности и практическим навыкам с обязательным выставлением оценки в специальном журнале.

Повторный инструктаж проходят все работники независимо от квалификации, образования, стажа и характера выполняемой работы не реже одного раза в полугодие. Он проводится либо с группой работников, обслуживающих однотипное оборудование и в пределах общего рабочего места по программе первичного инструктажа на рабочем месте, либо в объеме инструкций по охране труда на рабочем месте.

Перечень профессий и должностей работников, освобождаемых от первичного и повторного инструктажей на рабочем месте, составляется службой охраны труда с участием профсоюза и утверждается руководителем организации.

Внеплановый инструктаж проводится:

♦ при введении в действие новых либо переработанных нормативных актов (документов) по охране труда или внесении изменений в них;

♦ изменении технологического процесса, замене или модернизации оборудования, приборов и инструментов, сырья, материалов и иных факторов, воздействующих на охрану труда;

♦ нарушении рабочим нормативных правовых актов (документов) по охране труда, которые могли привести либо привели к травмированию, аварии или отравлению;

♦ требовании государственных органов надзора и контроля в случаях нарушения работниками действующего законодательства и нормативных актов по охране труда;

♦ перерывах в работе по профессии (в должности) более шести месяцев;

♦ поступлении информации об авариях и несчастных случаях, происшедших на аналогичных производствах.

Целевой инструктаж проводится:

♦ при выполнении разовых работ, не связанных с прямыми обязанностями по специальности (погрузка, разгрузка, уборка территории и т.д.);

♦ ликвидации последствий аварий, стихийных бедствий и катастроф;

♦ проведении экскурсии на предприятии, организации массовых мероприятий с учащимися (походы, спортивные соревнования и т.д.);

 

♦ производстве работ, на которые оформляется наряд-допуск или разрешение.

Первичный, повторный, внеплановый и целевой инструктажи проводит непосредственно руководитель работ (начальник производства, цеха, участка, мастер, инструктор и т. д.).

Проверка знаний по охране труда.

На каждом предприятии должен составляться и утверждаться Перечень должностей руководителей и специалистов, которые обязаны проходить периодическую проверку знаний по вопросам охраны труда.

Специалисты и руководители предприятия не позднее одного месяца со дня вступления в должность, а также периодически не реже одного раза в три года проходят проверку знаний по охране труда.

Для проверки знаний руководителей и специалистов создается комиссия. В ее состав включают работников служб охраны труда, юридической, отраслевых специалистов (энергетик, механик, технолог). Проверка знаний по вопросам охраны труда проводится с участием представителей профсоюза или трудового коллектива, членом которого является руководитель либо специалист, а также представителей государственных органов надзора и контроля (по согласованию).

Перечень контрольных вопросов по охране труда для проверки знаний руководителей и специалистов разрабатывается соответствующими вышестоящими органами управления, а также учебными центрами, комбинатами, институтами с учетом направленности производственной деятельности на основе Примерного перечня вопросов для обучения и проверки знаний по охране труда руководителей и специалистов.

Руководителям и специалистам, прошедшим проверку знаний по охране труда, выдается соответствующее удостоверение.

Руководители и специалисты, не прошедшие проверку знаний по охране труда, обязаны в срок не позднее одного месяца пройти повторную проверку знаний. Вопрос о соответствии занимаемой должности руководителей и специалистов, не прошедших проверку знаний по охране труда во второй раз, решается нанимателем в соответствии с нормами трудового законодательства.

Внеочередная проверка знаний руководителей и специалистов по охране труда проводится в случаях:

♦ введения в действие новых либо переработанных нормативных правовых актов (документов) по охране труда;

♦ ввода в эксплуатацию нового оборудования либо внедрения новых технологических процессов;

♦ перевода руководителя (специалиста) на другое место работы либо назначения его на другую должность, которая требует дополнительных знаний по охране труда;

♦ требования государственных органов надзора и контроля по охране труда при выявлении нарушений действующих нормативных правовых актов (документов) по охране труда;

♦ нарушения руководителем (специалистом) или находящимися в его подчинении работниками требований законодательства по охране труда, которые привели или могли бы привести к аварии, несчастному случаю на производстве и другим тяжелым последствиям;

♦ перерыва в работе на данной должности более одного года.

Рабочие, имеющие перерыв в работе по специальности более трех лет, должны пройти стажировку перед допуском к самостоятельной работе. Допуск рабочих к самостоятельной работе осуществляется руководителем и оформляется приказом, распоряжением либо записью в журнале регистрации инструктажа по охране труда.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Задача.

Рассчитать заземляющее устройство понизительной подстанции (без учета естественных заземлителей). На подстанции установлено два трансформатора с заземленными нейтралами на стороне 0,4кВ. Заземляющее устройство используется одновременно для РУ до 1кВ и выше 1кВ.

Исходные данные.

Заземлитель выполняется из вертикальных стержневых электродов, расположенных в виде разомкнутого контура. Верхние концы электродов соединяются между собой с помощью горизонтального электрода – стальной полосы.

Напряжение ПС U1/U2, кВ	6/0,4
Протяженность отходящих кабельных линий от РУ-6кВ lкаб, км	40
Удельное сопротивление грунта ρизм, Ом*м	75
Сезонный коэффициент kc	1,1
Длина вертикального стежня l, м	5
Диаметр вертикального стежня d, мм	16
Глубина заложения полосы t, м	0,7
Ширина полосы bп, мм	40

Таблица 4.1. Исходные данные для расчета заземляющего устройства.

1. Определяется расчетный ток замыкания на землю в сети 6кВ. Для сети 6кВ (без компенсации емкостных токов) это будет емкостный ток однофазного замыкания на землю IC.

Для кабельной сети ток IC можно определить по формуле:

где - между фазное напряжение, кВ;

- длинна кабельных линий, км.

2. Определяется сопротивление заземляющего устройства   RЗ, Ом, при прохождении расчетного тока замыкания на землю .

При использовании заземляющего устройства одновременно для электроустановок до и выше 1000В его сопротивление заземления согласно ПУЭ:

3. Определяется расчетное удельное  сопротивление грунта:

4. В качестве заземлителей выбираются  прутковые электроды длинной  . Заземлители размещают в ряд с расстоянием между ними .

5. Определяется сопротивление отдельного, вертикального заземлителя:

где - длинна вертикального стержня, м;

- диаметр вертикального стержня, м.

6. Определяется число заземлителей:

где - коэффициент экранирования, зависящий от числа и взаимного расположения заземлителей.

Полученный результат округляется до целого числа, принимается .

7. Определяется сопротивление вертикальных заземлителей (без учета протяженных заземлителей):

8. Определяется сопротивление протяженного (горизонтального) заземлителя:

где - длинна полосы;

- длинна вертикального стержня;

- число вертикальных стержней, шт.;

- ширина полосы, м;

- коэффициент экранирования полосы;

- глубина заложения полосы, м.

9. Общее сопротивление заземляющего  устройства:

Вывод:  Выполняется условие , значит заземляющее устройство выбрано правильно.