Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Растекание тока в грунте.

Схема растекания тока в грунте представ­лена на рис. 3.16, а.Замыкание тока происходит при повреждении изоляции и пробое фазы на корпус оборудования, при падении на землю провода под напряжением и по другим причинам. Растекание тока замыкания в грунте определяет характер распределения потенциалов на поверхности земли. Для упрощения анализа сделаем допуще­ния, что ток стекает в грунт через одиночный заземлитель полусфери­ческой формы (рис. 3.16, а),что грунт однородный и изотропный и что удельное сопротивление грунта ρ во много раз превышает удельное сопротивление материала заземлителя. Тогда плотность тока в точке А на расстоянии х выразится зависимостью:

где I₃ — ток, стекающий с заземлителя в грунт; S = 2πx² — площадь поверхности полусферы радиусом х.

Падение напряжения в элементарном слое грунта толщиной dx выразится через напряженность поля Е и толщину этого слоя:

Напряженность поля определяется законом Ома в дифференциаль­ной форме Е= δρ.

Потенциал точки А (или напряжение в этой точке) равен падению напряжения от точки А до бесконечно удаленной точки с нулевым потенциалом. Поэтому

Обозначив I₃ = ρ/2π = const = κ, получим

Таким образом, потенциал на поверхности грунта распределяется по закону гиперболы.

Напряжение прикосновения (рис. 3.16, б)— это напряжение между двумя точками цепи тока замыкания на землю (корпус) при одновре­менном прикосновении к ним человека. Численно оно равно разности потенциалов корпуса φ_к и точек почвы, в которых находятся ноги человека φ_н (рис. 3.16, б),т. е.

или

Величину α называют коэффициентом напряжения прикосновения (в пределах этой зоны растекания тока α меньше единицы, а за пределами этой зоны равен единице). Напряжение прикосновения увеличивается по мере удаления от заземлителя, и за пределами зоны растекания тока оно равно напряжению на корпусе оборудования.

Ток, протекающий через человека при прикосновении,

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 (рис 3.16, в).

При расположении одной ноги человека на расстоянии х от заземлителя и ширине шага а (обычно принимается а = 80 см) получаем

или

Аналогично напряжению прикосновения напряжение шага:

где — коэффициент напряжения шага, который зависит от вида заземлителей, расстояния от заземлителя и ширины шага (чем ближе к заземлителю и чем шире шаг, тем β больше).

Напряжение шага максимально у заземлителя и уменьшается по мере удаления от заземлителя; вне поля растекания оно равно нулю. Напряженность шага также увеличивается с увеличением ширины шага.

Ток, обусловленный напряжением шага,

Следует отметить, что условия поражения человека напряжением прикосновения и напряжением шага различны, так как ток протекает по разным путям: через грудную клетку — от напряжения прикосно­вения и по нижней петле — от напряжения шага. Значительные на­пряжения шага вызывают судорогу в ногах, человек падает, после чего цепь тока замыкается вдоль всего тела человека.

Электробезопасность на производстве обеспечивается соответ­ствующей конструкцией электроустановок; применением техни­ческих способов и средств защиты; организационными и техни­ческими мероприятиями (ГОСТ 12.1.009-76).

Конструкция электроустановок должна со­ответствовать условиям их эксплуатации и обеспечивать защи­ту персонала от соприкосновения с токоведущими и движущи­мися частями, а оборудования - от попадания внутрь посто­ронних твердых тел и воды.

Основными техническими способами и средствами защиты от поражения электрическим током, - используемыми отдельно или в сочетании друг с другом, являются: защитное заземление; зануление; выравнивание по­тенциалов; малое напряжение; электрическое разделение сетей; защитное отключение; изоляция токоведущих частей (рабочая, дополнительная, усиленная, двойная); компенсация токов за­мыкания на землю; оградительные устройства; предупреди­тельная сигнализация, блокировка, знаки безопасности; изоли­рующие защитные и предохранительные приспособления.

Наиболее распространенными техническими средствами за­щиты являются защитное заземление и зануление.

Защитным заземлением называется преднамеренное элек­трическое соединение с землей или ее эквивалентом металличе­ских нетоковедущих частей, которые могут оказаться под на­пряжением (ГОСТ 12.1.009-76). Защитному заземлению или занулению подлежат металлические части электроустановок, доступные для прикосновения человека и не имеющие других видов защиты, обеспечивающих электробезопасность. Защит­ное заземление или зануление выполняют: во всех случаях при переменном номинальном напряжении 380 В и выше и по­стоянном напряжении 440 В и выше; в помещениях с повышен­ной опасностью, особо опасных и в наружных установках при номинальном переменном напряжении от 42 до 380 В и по­стоянном - 110...440 В. Таким образом, электроустановки на­пряжением до 42 В переменного и до ПО В постоянного тока не требуют защитного заземления и зануления. за исключе­нием некоторых случаев, специально оговариваемых ПУЭ.

Областью применения защитного заземления являются трехфазные трехпроводные сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и сети напряжением выше 1000 В с любым режимом нейтрали (рис. 31, а, б).

Заземляющее устройство состоит из заземлителя (одного или нескольких металлических элементов, погруженных на определенную глубину в грунт) и заземляющих проводников, соединяющих заземляемое оборудование с заземлителем. В за­висимости от расположения заземлителей относительно зазе­мляемого оборудования заземляющие устройства делятся на выносные и контурные. Заземлители выносного заземляющего устройства располагаются на некотором удалении от зазем­ляемого оборудования. Контурное заземляющее устройство, заземлители которого располагают по контуру вокруг зазе­мляемого оборудования на небольшом расстоянии друг от друга (несколько метров), обеспечивает лучшую степень за­щиты.

Основным элементом заземляющего устройства являются заземлители, которые бывают естественными и искусственны­ми. Естественными заземлителями могут быть находящиеся в земле электропроводящие (металлические и железобетонные) части коммуникаций и других сооружений.

Чтобы защитить человека от поражения электрическим то­ком, защитное заземление должно удовлетворять ряду требо­ваний, изложенных в ПУЭ и ГОСТ 12.1.030 — 81 «ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление». Эти требо­вания

Рис. 31. Принципиальная схема защит­ного заземления:

а - в сети с изолированной нейтралью до 1000 В и выше; б - в сети с заземленной нейтралью выше 1000 В; 1 - заземляемое оборудование; 2 - заземлитель защитного заземления: 3 — заземлитель рабочего за­земления (заземления нейтрали источника тока)

зависят от напряжения электроустановок и мощности источника питания.

В электроустановках переменного тока напряжением до 1000 В в сети с изолированной нейтралью или изолированным выводом источника однофазного тока сопротивление зазе­мляющего устройства не должно превышать 4 Ом. Если мощ­ность источника питания (трансформаторов, генераторов) со­ставляет менее 100 кВА, то сопротивление заземляющего устройства может достигать 10 Ом, но не более.

Занулением называется преднамеренное электрическое со­единение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряже­нием (ГОСТ 12.1.009-76).

Зануление является сейчас основным средством обеспечения электробезопасности. Зануление применяется в трехфазной сети с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В. Обычно это сети 220/127, 380/220, 660/380 В. В таких сетях нейтраль источ­ника тока (генератора или трансформатора) присоединена к заземлителю с помощью заземляющего проводника. Этот заземлитель располагается вблизи источника питания или (в отдельных случаях) около стены здания, в котором он нахо­дится.

В сети с занулением нужно различать нулевой защитный проводник (НЗ) и нулевой рабочий проводник (НР). Нулевым защитным проводником называется проводник, соединяющий зануляемые части с заземленной нейтральной точкой обмотки источника тока или ее эквивалентом. Нулевой рабочий провод­ник используют для питания током электроприемников и тоже соединяют с заземленной нейтралью трансформатора или гене­ратора (рис. 32).

Защита человека от поражения электрическим током в сетях с занулением осуществляется тем, что при замыкании одной из фаз на зануленный корпус в цепи этой фазы возникает ток короткого замыкания, который воздействует на токовую за-

Рис. 32. Принципиальная схема зануления в трехфазной сети с нулевым рабочим (НР) и нуле­вым защитным (НЗ) проводни­ками:

1 - корпус однофазного приемника тока; 2 — корпус трехфазного прием­ника тока; 3 — плавкий предохрани­тель; I_к — ток однофазного коротко­го замыкания; Ф — фазный провод; Uф — фазное напряжение

щиту (плавкий предохранитель, автомат), в результате чего происхо­дит отключение аварийного участка от цепи. Кроме того, еще до срабатывания защиты ток короткого замыкания вызывает перераспределение напряжений в сети, приводящее к снижению напряжения корпуса относительно земли. Таким образом, зануление уменьшает напряжение прикосновения и ограничивает время, в течение которого человек, прикоснувшийся к корпусу,

может попасть под действие напряжения.

Защитным отключением называется быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электро­установки при возникновении в ней опасности поражения то­ком (ГОСТ 12.1.009-76).

Принцип защиты человека в этом случае заключается в ограничении времени протекания через тело человека опасно­го тока. Устройство защитного отключения (У30) постоянно контролирует сеть и при изменении ее параметров, вызванном подключением человека в сеть, отключает сеть или ее участок. Все УЗО состоят из датчика, преобразователя и исполнитель­ного органа. Существуют УЗО, реагирующие на ток нулевой последовательности (на несимметрию фазных токов утечки), на напряжение нулевой последовательности (на несимметрию напряжений фаз относительно земли); на токи и напряжения оперативных источников питания; на напряжение корпуса элек­троустановки относительно земли (рис. 34).

Рис. 34. Принципиальная схема устройств защитно­го отключения (УЗО), реагирующего на напря­жение корпуса относи­тельно земли:

1 - корпус; 2 - автоматиче­ский выключатель; КО — от­ключающая катушка; Н — реле напряжения максималь­ное; R₃ — сопротивление за­щитного заземления; R_в— сопротивление вспомогатель­ного заземления