Реферат: Принципы электрической защиты

Принципыи средства электрической защиты.

ВВЕДЕНИЕ

В данной курсовой работе былирассмотрены принципы и средства электрической защиты. В частности зануление.Также были включены в работу  такие вопросы как:

·    действия электрического тока наорганизм человека;

·    факторы, определяющие исходпоражения эл. током;

·    допустимые уровни напряженийприкосновений и токов;

·    схема, назначение, принципдействия и область применения зануления;

·    решение задачи на тему“Зануление”.

ДЕЙСТВИЕ ЭЛ. ТОКА НА ОРГАНИЗМЧЕЛОВЕКА

При эксплуатации и ремонтеэлектрического оборудования и сетей человек может оказаться в сфере действияэлектрического поля или непосредственном соприкосновении с находящимися поднапряжением проводками электрического тока. В результате прохождения тока черезчеловека может произойти нарушение его жизнедеятельных функций.

Опасность пораженияэлектрическим током усугубляется тем, что, во первых, ток не имеет внешнихпризнаков и как правило человек без специальных приборов не можетзаблаговременно обнаружить грозящую ему опасность; во вторых, воздействия токана человека в большинстве случаев приводит к  серьезным нарушениям наиболееважных жизнедеятельных систем, таких как центральная нервная,сердечно-сосудистая и дыхательная, что увеличивает тяжесть поражения; втретьих, переменный ток способен вызвать интенсивные судороги мышц, приводящиек не отпускающему эффекту, при котором человек самостоятельно не можетосвободиться от воздействия тока; в четвертых, воздействие тока вызывает учеловека резкую реакцию отдергивания, а в ряде случаев и потерю сознания, чтопри работе на высоте может привести к травмированию в результате падения.

Электрический ток, проходячерез тело человека, может оказывать биологическое, тепловое, механическое ихимическое действия. Биологическое действие заключается в способностиэлектрического тока раздражать и возбуждать живые ткани организма, тепловое – вспособности вызывать ожоги тела, механическое – приводить к разрыву тканей, ахимическое – к электролизу крови.

Воздействие электрическоготока на организм человека может явиться причиной электротравмы. Электротравма –это травма, вызванная воздействием электрического тока или электрической дуги.Условно электротравмы делят на местные и общие. При местных электротравмахвозникает местное повреждение организма, выражающиеся в появлении электрическихожогов, электрических знаков, в металлизации кожи, механических повреждениях иэлектроофтальмии (воспаление наружных оболочек глаз). Общие электротравмы, илиэлектрические удары, приводят к поражению всего организма, выражающемуся внарушении или полном прекращении деятельности наиболее жизненно важных органови систем – легких (дыхания), сердца (кровообращения).

Характер воздействияэлектрического тока на человека и тяжесть поражения пострадавшего зависит отмногих факторов.

Оценивать опасностьвоздействия электрического тока на человека можно по ответным реакцияморганизма. С увеличением тока четко проявляются три качественно отличныеответные реакции. Это прежде всего ощущение, более судорожное сокращение мышц(неотпускание для переменного тока и болевой эффект постоянного) и, наконец,фисрилляция сердца. Электрические токи, вызывающие соответствующую ответную реакцию,подразделяют на ощутимые, неотпускающие и фибрилляционные.

ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ИСХОДПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ

К факторам, влияющим на исходпоражения электрическим током, относят:

Величина тока.

Величина напряжения.

Время действия.

Род и частота тока.

Путь замыкания.

Сопротивление человека.

Окружающая среда.

Фактор внимания.

Величина тока

По величине тока, токиподразделяются на:

неощущаемые (0,6 – 1,6мА);

ощущаемые (3мА);

отпускающие (6мА);

неотпускающие (10-15мА);

удушающие (25-50мА);

фибрилляционные (100-200мА);

тепловые воздействия (5А ивыше).

Величина напряжения и 2.3.Время действия

По ГОСТ 12.1.038-82 ССБТ“Предельно допустимые величины напряжений и токов. Электробезопасность”.Факторы величины напряжения и время воздействия электрического тока, приведеныв табл. 1.

Таблица 1

Время действия, сек. Длительно До 30 1 0,5 0,2 0,1 Величина тока, мА. 1 6 50 100 250 500 Величина напряжения, В. 6 36 50 100 250 500

При кратковременномвоздействии (0,1-0,5с) ток порядка 100мА не вызывает фибрилляции сердца. Еслиувеличить длительность воздействия до 1с, то этот же ток может привести ксмертельному исходу. С уменьшением длительности воздействия значение допустимыхдля человека токов существенно увеличивается. При изменении времени воздействияот 1 до 0,1с допустимый ток возрастает в 16 раз.

Кроме того, сокращениедлительности воздействия электрического тока уменьшает опасность поражениячеловека исходя из некоторых особенностей работы сердца. Продолжительностьодного периода кардиоцикла (рис. 2.1.) составляет 0075-0,85с.

/>

В каждом кардиоцикленаблюдается период систолы, когда желудочки сердца сокращаются (пик QRS)и выталкивают кровь в артериальные сосуды.

Фаза Т соответствуетокончанию сокращения желудочков и они переходят в расслабленное состояние. Впериод диостола желудочки наполняются кровью. Фаза Р соответствует сокращениюпредсердий. Установлено, что сердце наиболее чувствительно к воздействиюэлектрического тока во время фазы Т кардиоцикла. Для того чтобы возниклафибриляция сердца, необходимо совпадение по времени воздействия тока с фазой Т,продолжительность которой 0,15-0,2с. С сокращением длительности воздействияэлектрического тока вероятность такового совпадения становится меньше, аследовательно, уменьшается опасность фибриляции сердца. В случае несовпадениявремени прохождения тока через человека с фазой Т токи, значительно превышающиепороговые значения, не вызовут фибриляции сердца.

2.4. Род и частота тока

Постоянный и переменный токиоказывают различные воздействия на организм главным образом при напряжениях до500 В. При таких напряжениях степень поражения постоянным током меньше, чемпеременным той же величины. Считают, что напряжение 120 В постоянного тока приодинаковых условиях эквивалентно по опасности напряжению 40 В переменного токапромышленной частоты. При напряжении 500В и выше различий в воздействиипостоянного и переменного токов практически не наблюдаются.

 Исследования показали, чтосамыми неблагоприятными для человека являются токи промышленной частоты (50Гц).При увеличении частоты (более 50Гц) значения неотпускающего тока возрастает. Суменьшением частоты (от 50Гц до 0) значения неотпускающего тока тоже возрастаети при частоте, равной нулю (постоянный ток – болевой эффект), они становятсябольше примерно в три раза.

Значения фибрилляционноготока при частотах 50-100Гц равны, с повышением частоты до 200Гц этот токвозрастает примерно в 2 раза, а при частоте 400Гц – почти в 3,5 раза.

2.5. Путь замыкания тока

При прикосновении человека ктоковедущим частям путь тока может быть различным. Всего существует 18вариантов путей замыкания тока через человека. Основные из них:

·    голова – ноги;

·    рука – рука;

·    правая рука – ноги;

·    левая рука – ноги;

·    нога – нога.

Степень поражения в этих случаях зависит от того,какие органы человека подвергаются воздействию тока, и от величины тока,проходящего непосредственно через сердце. Так при протекании тока по пути “рука– рука” через сердце проходит 3,3% общего тока, по пути “левая рука — ноги”3,7%, “правая рука – ноги” 6,7%, “нога – нога” — 0,4%. Величена неотпускающеготока по пути “рука – рука” приблизительно в два раза меньше, чем по пути “рука– ноги”.

2.6. Сопротивление человека

Величина тока походящегочерез какой-либо участок тела человека, зависит от приложенного напряжения(напряжения прикосновения) и электрического сопротивления оказываемого токуданным участком тела.

Между воздействующим током инапряжением существует нелинейная зависимость: с увеличением напряжения токрастет быстрее. Это объясняется главным образом нелинейностью электрическогосопротивления тела человека. На участке между двумя электродами электрическоесопротивление тела человека в основном состоит из сопротивлений двух тонкихнаружных слоев кожи, касающихся электродов, и внутреннего сопротивленияостальной части тела. Плохо проводящий ток наружный слой кожи, прилегающий кэлектроду, и внутренняя ткань, находящаяся под плохо проводящим слоем, как быобразуют обкладки конденсатора емкостью С и сопротивлением его изоляции Vн. С увеличением частоты тока сопротивление телачеловека уменьшается и при больших частотах практически становится равнымвнутреннему сопротивлению.

При напряжении на электродах40-45В в наружном слое кожи возникают значительные напряженности поля, которыеполностью или частично нарушают полупроводящие свойства этого слоя. Приувеличении напряжения сопротивление тела уменьшается и при напряжении 100-200Впадает до значения внутреннего сопротивления тела. Это сопротивление дляпрактических расчетов может быть принято равным 1000 Ом.

2.7. Окружающая среда

влажность и температуравоздуха, наличие заземленных металлических конструкций и полов, токопроводящаяпыль и другие факторы окружающей среды оказывают дополнительное влияние наусловие электробезопасности. Во влажных помещениях с высокой температурой илинаружных электроустановках складываются неблагоприятные условия, при которыхобеспечивается наилучший контакт с токоведущими частями. Наличие заземленныхметаллических конструкций и полов создает повышенную опасность поражения вследствии того, что человек практически постоянно связан с одним полюсом(землей) электроустановки. Токопроводящая пыль также улучшает условия дляэлектрического контакта человека как с токоведущими частями, так и с землей.

2.8. Фактор влияния

Фактор влияния играет важнуюроль при поражении электрическим током. На рис.2.3. представлен графикзависимости освобождаемости студентов при поражении электрическим током, еслиим известно о том, что установка находится под напряжением.

/>

“ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕВЕЛИЧИНЫ НАПРЯЖЕНИЙ И ТОКОВ”

ГОСТ 121.038-82 ССБТ

Предельно допустимые величинынапряжений и токов приведены в табл.2.

Таблица 2

Время действия, сек. Длительно До 30 1 0,5 0,2 0,1 Величина тока мА 1 6 50 100 250 500 Величина напряжения, В 6 36 50 100 250 500

СХЕМА, НАЗНАЧЕНИЕ, ПРИНЦИПДЕЙСТВИЯ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАНУЛЕНИЯ. НЕОБХОДИМОСТЬ ПОВТОРНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯНУЛЕВОГО ПРОВОДА

Зануление – металлическоесоединение корпуса электроустановки с нулевым проводом, позволяющим свестиаварийный режим к однофазному короткому замыканию с последующим отключениемповрежденного контура в минимально короткое время (0,2с).

Зануление применяют в четырехпроводных сетях с глухо-заземленной нейтралью напряжением до 1000В. Защитныйэффект зануления состоит в уменьшении длительности замыкания на корпус и,следовательно, в снижении времени воздействия электрического тока на человека.

Схема защитного зануленияпоказана на рис.4.1.

/>

Повторное заземление нулевогопровода необходимо для обеспечения лучшей защиты человека от пораженияэлектрическим током. Как видно из рис.4.2. при обрыве нулевого провода, припереходе электрического тока на корпус электроустановки ток короткого замыканияпротекает через сопротивление повторного заземления и сопротивления заземления(r0), и фазу (С).

/>

Повторное заземление нулевогопровода устраивается многократно:

для воздушных линий черезкаждые 250м;

для кабельных линий черезкаждые 250м;

и обязательно при вводе впроизводственное помещение.

Повторное заземление нулевогопровода полностью не обеспечивает защиты от поражения током, а лишь смягчаетаварийный режим, уменьшает напряжение на корпусе в 2-3 раза. Опасностьпоражения сохраняется, поэтому применяются индивидуальные защитные средства (коврики,рукавицы и т.д.).

ВЫБРАТЬ НОМИНАЛЬНЫЕ ТОКИ ПЛАВКИХ ВСТАВОКПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ И ОПРЕДЕЛИТЬ ПРЕДЕЛЬНО-ДОПУСТИМЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПЕТЛИ“ФАЗА-НОЛЬ” ДЛЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ, ПИТАЮЩИХСЯ ОТ СЕТИ С ГЛУХО-ЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮНАПРЯЖЕНИЕМ 380/220В

Исходные данные:

Мощности потребителей эл. энергии, кВт

3-х фазные эл. двигатели с к.з. ротором 2-х фазные Однофазные Насос вентилятор Токарн. станок Сверл. Станок центрифуга компрессор Сварочный трансформатор Понижающий трансформатор 5,5 4,5 3,0 1,1 18,5 24,0 25,0 4,0

Кратность пускового тока дляэл. двигателей с к.з. ротором принять равной 5…6,25.

Коэффициент мощностипотребителей принять 0,7…0,8.

Коэффициент запаса плавкойвставки принять 2,5 – для легких условий пуска; 2,0 – для тяжелых условийпуска.

Составление однолинейнойсхемы питания потребителей эл-кой энергии.

/>

Определение номинальных токовпотребителей

Для установки №№ 1-6

/>, А

/>

/>

/>

/>

/>

/>

Для установок №№ 7-8

/>

/>

Для двигателей с короткозамкнутым ротором определяем пусковые токи.

Iпуск=Кп×Iн, A

где Кп – кратностьпускового тока.

Iпуск(1) =Кп×Iн(1) = 5×11,9 = 59,5 А

Iпуск(2) =Кп×Iн(2) = 5,2×9,7 = 50,44 А

Iпуск(3) =Кп×Iн(3) = 5,5×6,24 = 34,32 А

Iпуск(4) =Кп×Iн(4) = 5,7×2,2 = 12,54 А

Iпуск(1) =Кп×Iн(5) = 5,9×36,5 = 215,35 А

Iпуск(1) =Кп×Iн(6) = 6×45,6 = 273,6 А

Определяем расчетные значенияноминальных токов плавких вставок. И выбор их по ГОСТ

/>,

где b — коэффициент запаса плавкой вставки (2,5)

/> - принимаем 25

/> - принимаем 25

/> - принимаем 15

/> - принимаем 10

/> - принимаем 100

/> - принимаем 125

/> - принимаем 100

/> - принимаем 15

Определение необходимыхзначений токов к.з. в соответствии с требованиями ПУЭ

Iк.з. = К×Iпл.вст., К=3

Iк.з.(1) =К×Iпл.вст.(1)= 3×25 = 75А

Iк.з.(2) =К×Iпл.вст.(2)= 3×25 = 75А

Iк.з.(3) =К×Iпл.вст.(3)= 3×15 = 45А

Iк.з.(4) =К×Iпл.вст.(4)= 3×10 = 30А

Iк.з.(5) =К×Iпл.вст.(5)= 3×100 = 300А

Iк.з.(6) =К×Iпл.вст.(6)= 3×125 = 375А

Iк.з.(7) =К×Iпл.вст.(7)= 3×100 = 300А

Iк.з.(8) =К×Iпл.вст.(8)= 3×15 = 45А

Определение предельнодопустимых значений сопративлений петли “фаза-нуль”

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

Выбор номинального токаплавкой вставки для защиты всей группы потребителей энергии

/>

/>

/>

/>

346,20 > 219,74

Все результаты сводим втабл.4

Таблица 4

№

Iн, А

Iпуск, A

Iпл.вст., А

Iк.з., А

Zн.расч., Ом

1 11,9 59,5 25 75 2,93 2 9,7 48,5 25 75 2,93 3 6,24 31,2 15 45 4,89 4 2,2 11 10 30 7,33 5 36,5 182,5 100 300 0,73 6 45,6 228 125 375 0,59 7 93,7 — 100 300 0,73 8 13,9 — 15 45 4,89

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении необходимоотметить, что вопросы, поставленные в задании решены. В работе описано действиеэлектрического тока на человека, приведены схема, назначение, принцип действиязануления. Также были выбраны номинальные токи плавких вставок предохранителей,определены предельно-допустимые сопротивления петли “фаза-нуль”. Приведеныдопустимые уровни напряжений прикосновений и токов по ГОСТ 12.1.038-82.