До технічних заходів належать заходи з виробничої санітарії та техніки безпеки.

17.

Гомосфера — пространство (рабочая зона), где находится человек в процессе рассматриваемой деятельности.

Ноксосфера — пространство, в котором постоянно существуют или периодически возникают опасности.

Совмещение гомосферы и ноксосферы недопустимо. Методы:

Пространственное или временное разделение гомосферы и ноксосферы. Это достигается средствами дистанционного управления, автоматизации, роботизации, организации и др.
Нормализация ноксосферы путем исключения опасностей. Это совокупность мероприятий, защищающих человека от шума, газа, пыли, опасности травмирования и т. п. средствами коллективной защиты.
Использование различных приемов и средств, направленных на адаптацию человека к соответствующей среде и повышению его защищенности. Метод реализует возможности профотбора, обучения, психологического воздействия, средств индивидуальной защиты.

18. Основними принципами забезпечення безпеки життєдіяльності населення в межах чинного законодавства України є:

J встановлення основних пріоритетів охорони навколишнього середовища;

J визначення стратегії і тактики гармонійного розвитку виробничого та природничого потенціалу на рівні:

роботи галузей виробництва;
вирішення питань у сфері використання, поховання і регенерації відходів;
військової діяльності і конверсії військово-промислового комплексу;
забезпечення державної системи екологічного моніторингу;

J формування єдиної державної системи запобігання травмуванням, захворюванням, аваріям, катастрофам та надзвичайним ситуаціям і реагування на них;

J визначення і реалізація основних заходів щодо збалансованого використання і відновлення природних ресурсів;

J механізм реалізації основних напрямків державної політики України в галузі екологічної безпеки, безпеки праці та іншого за рахунок:.

розробки і запровадження системи законодавства;
організаційних засад охоронних заходів і засобів;
впровадження економічних механізмів безпеки життєдіяльності;
впровадження відповідної регіональної політики в сфері безпеки життєдіяльності;
розвитку міжнародного співробітництва.

19. До основних заходів управління належать:

прогнозування і планування робіт, їх фінансування;
організація та координація робіт;
облік показників стану умов і безпеки праці;
аналіз та оцінка стану умов і безпеки праці;
контроль за функціонуванням СУОП;
стимулювання роботи по вдосконаленню охорони праці.

До технічних заходів належать заходи з виробничої санітарії та техніки безпеки.

Заходи з виробничої санітарії передбачають організаційні, гігієнічні та санітарно-технічні заходи та засоби, що запобігають дії на працюючих шкідливих виробничих факторів.
Заходи з техніки безпеки передбачають систему організаційних та технічних заходів та засобів, що запобігають дії на працюючих небезпечних виробничих факторів.

До організаційних заходів належать:

правильна організація роботи, навчання, контролю та нагляду з охорони праці;
дотримання трудового законодавства, міжгалузевих та галузевих нормативних актів про охорону праці;
впровадження безпечних методів та наукової організації праці; проведення оглядів, лекційної та наочної агітації і пропаганди з питань охорони праці;
організація планово-попереджувального ремонту устаткування, технічних оглядів та випробувань транспортних та вантажопідіймальних засобів, посудин, що працюють під тиском.

20. Проходячи через тіло людини, електричний струм чинить на нього теплову, хімічну, механічну і біологічну дію.

Термічна дія струму проявляється через опіки окремих ділянок тіла, нагрівання до високої температури кровоносних судин, нервів, серця, мозку та інших органів, котрі знаходяться на шляху струму, що викликає в них суттєві функціональні розлади.
Електролітична дія струму характеризується розкладом органічної рідини, в тому числі і крові, що супроводжується значними порушеннями їх фізико-хімічного складу.
Механічна (динамічна) дія — це розшарування, розриви та інші подібні ушкодження тканин організму, в тому числі м'язової тканини, стінок кровоносних судин, судин легеневої тканини внаслідок електродинамічного ефекту, а також миттєвого вибухоподібного утворення пари від перегрітої струмом тканинної рідини та крові.
Біологічна дія струму проявляється через подразнення та збудження живих тканин організму, а також через порушення внутрішніх біологічних процесів, що відбуваються в організмі і котрі тісно пов'язані з його життєвими функціями.

21. Найбільший опір проходженню струму чинить шкіра, особливо її зовнішній ороговілий шар (епідерміс), товщина якого становить близько 0,2 мм. Опір внутрішніх тканин тіла незначний і становить 300—500 Ом.

а — загальна схема: — електроди; 2 — зовнішній шар шкіри; 3 — внутрішній шар шкіри; 4 — внутрішні тканини тіла; б — електрична схема: R_ш — активний опір шкіри; С_ш — ємнісний опір шкіри; R_в — опір внутрішніх тканин тіла.

22. Сила струму (або просто струм) — кількісна характеристика електричного струму в провіднику, скалярна величина, яка відповідає кількості заряду (Δq), що проходить через перетин провідника за час Δt, розділеному на цей проміжок часу. Зі зростанням сили струму небезпека ураження ним тіла людини зростає. Розрізняють порогові значення струму (при частоті 50 Гц):

Змінний струм - через наявність в опорі тіла людини ємнісної складової зростання частоти прикладеної напруги супроводжується зменшенням повного опору тіла та зростанням струму, що проходить через тіло людини

Постійний струм - приблизно в 4—5 разів безпечніший, ніж змінний струм частотою 50 Гц. Проходячи через тіло людини, він викликає слабші скорочення м'язів і менш неприємні відчуття порівняно зі змінним того ж значення. Лише в момент замикання і розмикання ланки струму людина відчуває короткочасні болісні відчуття внаслідок судомного скорочення.

Шлях протікання струму через людину - визначається місцем прикладання струмопровідних частин (електродів) до тіла потерпшого, окрім цього його вплив на наслідок ураження зумовлюється ще й різним опором шкіри на різних ділянках шкіри. Якщо на шляху струму виявляються життєво важливі органи — серце, легені, головний мозок, то небезпека ураження досить велика, оскільки струм безпосередньо впливає на ці органи. Якщо ж струм проходить іншими шляхами, то його вплив на життєво важливі органи може бути лише рефлекторним, а не безпосереднім. При цьому, хоч небезпека важкого ураження і зберігається, але ймовірність його знижується. Найбільш поширені шляхи струму в тілі людини: Рука — рука; Права рука — ноги; Ліва рука — ноги; Нога — нога; Голова — ноги; Голова — руки та інші.

Тривалість проходження струму через організм істотно впливає на наслідок ураження: зі зростанням тривалості дії струму зростає ймовірність важкого або смертельного наслідку. Така залежність пояснюється тим, що зі зростанням часу впливу струму на живу тканину підвищується його значення, накопичуються наслідки впливу струму на організм. Зростає також імовірність співпадання моменту проходження струму через серце з уразливою фазою кардіоциклу.

23. Фібриляція серця — хаотичні різночасові скорочення волокон серцевого м'яза (фібрил), при яких серце не в стані гнати кров по судинах. Фібриляція серця може настати внаслідок проходження через тіло людини на шляху рука-рука або рука-ноги змінного струму більше 50 мА частотою 50 Гц протягом кількох секунд. Струми силою менше 50 мА і більше 5 мА тієї ж частоти фібриляцію серця у людини не викликають.

Розрізняють такі три порогові значення струму (при частоті 50 Гц):

пороговий відчутний струм — 0,5—1,5 мА при змінному струмі і 5—7 мА при постійному струмі;
пороговий невідпускний струм (струм, що викликає при проходженні через тіло людини нездоланні судомні скорочення м'язів руки, в котрій затиснений провідник) — 10—15 мА при змінному струмі і 50—80 мА при постійному струмі;
пороговий фібриляційний струм (струм, що викликає при проходженні через організм фібриляцію серця) — 100 мА при змінному струмі і 300 мА при постійному струмі.

24. Різноманітність впливу електричного струму на організм людинї призводять до електротравм, котрі умовно поділяються на два види:

місцеві електротравми, котрі означають місцеве ушкодження організму;
загальні електротравми (електричні удари), коли уражається (або виникає загроза ураження) весь організм внаслідок порушення нормальної діяльності життєво важливих органів та систем.

25. За характером середовища розрізняють наступні виробничі приміщення:

нормальні — сухі приміщення, в котрих відсутні ознаки жарких та запилених приміщень та приміщень з хімічно активним ередовищем;
сухі — відносна вологість повітря не вище 60%;
вологі — відносна вологість повітря 60—75%;
сирі — відносна вологість повітря протягом тривалого часу перевищує 75%, але не досягає 100%;

особливо сирі — відносна вологість близько 100%, стіни, стеля, предмети вкриті вологою;
жаркі — температура повітря протягом тривалого часу перевищує +30 °С;
запилені — наявний в приміщенні пил, котрий виділяється, осідає на дротах та проникає всередину машин, апаратів; приміщення можуть бути з струмопровідним або з неструмопровідним пилом;
з хімічно активним середовищем — в приміщенні постійно або протягом тривалого часу міститься пара або відкладаються відкладення, котрі руйнівно діють на ізоляцію та струмопровідні частини обладнання.

26. Всі виробничі приміщення за рівнем електробезпеки поділяються на три класи:

приміщення без підвищеної небезпеки. Це сухі приміщення зі струмонепровідною підлогою, з вологістю не вище 75%, без пилу або лише зі струмонепровідним пилом температурою повітря до 300С, в яких відсутня можливість одночасного дотику людини до корпуса електричної установки і металевих елементів, з’єднаних з землею;
приміщення з підвищеною небезпекою. Для них характерним є наявність однієї з таких п’яти ознак: вологість перевищує 75%, наявний електропровідний пил, електропровідна підлога, температура повітря вище +30°С, існує можливість одночасного дотику до металевих предметів, з’єднаних з землею, і корпусу електроустановки;
особливо небезпечні приміщення. Вони можуть мати до 100% вологості або хімічно активне середовище, що руйнує електроізоляцію, або одночасно дві чи більше ознак, характерних для приміщення з підвищеною небезпекою. У приміщеннях з підвищеною небезпекою допускається напруга ручних переносних світильників, місцевого освітлення виробничого у статті-187

27. Приміщення з підвищеною небезпекою - для них характерним є наявність однієї з таких п’яти ознак: вологість перевищує 75%, наявний електропровідний пил, електропровідна підлога, температура повітря вище +30°С, існує можливість одночасного дотику до металевих предметів, з’єднаних з землею, і корпусу електроустановки;

Особливо небезпечні приміщення - вони можуть мати до 100% вологості або хімічно активне середовище, що руйнує електроізоляцію, або одночасно дві чи більше ознак, характерних для приміщення з підвищеною небезпекою.

28. Нейтраль – спільна точка з’єднання у зірку фазових обмоток (елементів) електричного устаткування..

По відношенню до землі трифазні мережі бувають з ізольованою нейтраллю (напругою до 1 кВ), з глухо заземленою нейтраллю (напругою до 1 кВ), з ізольованою, компенсованою/заземленою через резистор нейтраллю напругою понад 1 кВ, з глухо заземленою/ефективно заземленою нейтраллю понад 1 кВ.

Ізольована нейтраль – нейтраль генератора або трансформатора не приєднана до заземлюючого пристрою, або приєднана до нього через великий опір пристроїв сигналізації, наявність яких не впливає на струм кз на землю.
Глухо заземлена нейтраль – нейтраль генератора або трансформатора приєднана до заземлюючого пристрою безпосередньо або через малий опір (через трансформатор струму).
Компенсована нейтраль – це нейтраль генератора чи трансформатора приєднаного до заземлюючого пристрою через дугогасні реактори для компенсації ємнісного струму у мережі під час однофазного замикання на землю.
Заземлена через резистор нейтраль - це нейтраль генератора чи трансформатора у мережі з ізольованою чи компенсованою нейтраллю, приєднаною до заземлюючого пристрою через резистор. Наприклад для захисту мережі від перенапруг або (і) вимог селективності захисту у разі замикання на землю, що призводить до падіння струму замикання на землю.
Електрична мережа з ефективно-заземленою нейтраллю – це трифазна електрична мережа напругою понад 1 кВ в якій коефіцієнт замикання на землю не перевищує 1,4. Коефіцієнт замикання на землю в трифазній мережі – це відношення різниці потенціалів між неушкодженою фазою і землею у точці замикання на землю другої чи двох інших фаз до різниці потенціалів між фазою і землею у цій точці до замикання.

29. Електричні мережі бувають постійного та змінного струмів. Мережі змінного струму бувають однофазові та багатофазові. Найбільш поширені — трифазові мережі змінного струму. За режимом нейтралі трансформатора або генератора трифазові мережі можуть бути з ізольованою або глухозаземленою нейтраллю. Ізольованою називають нейтраль, ізольовану від заземлювального пристрою або приєднану до нього через апарати з великим опором (трансформатори напруги, компенсаційні котушки). Глухозаземленою називають нейтраль, приєднану до заземлювалюного пристрою безпосередньо або через апарати з малим опором (трансформатори струму).

Векторна діаграма напруг – вище, кут між векторами 120 градусів

30. Розгляньте небезпеку двополюсного дотику людини в електричних мережах змінного струму напругою до 1000 В.

А Б

На рис. 1 а показано прикосновение к двум полюсам однофазной сети. При этом ток через тело человека равен

В трехфазной (см. рис 1.б) сети ток через тело человека определяется линейным напряжением.

31. Аналіз небезпеки трифазної мережі змінного струму напругою до 1000В з ізольованою нейтраллю (неповне і глухе замикання).

При непонолном замыкании

Как правило, такие сети имеют малую длину (кабельные не более 100 м, воздушные не более 1 км). Следовательно, емкостью их относительно земли можно пренебречь.

На рис. 1 показаны: электрическая схема (а), векторная диаграмма до включения человека (б) и векторная диаграмма после включения человека (неполного замыкания фазы на землю).

А б в

Для рис. 1. б, когда сеть исправна (), векторная диаграмма центрально симметрична. Потенциал нейтрали сети (точка «0») совпадает с потенциалом земли. Значения фазных напряжений равны (). Токи утечки, протекающие через сопротивления изоляции , будут соответственно, равны

; ; .

После включения человека (например, при касании к оголенному проводу 1-й фазы) симметрия нарушается, и сопротивление между этой фазой и землей изменится:

При уменьшении сопротивления между проводом фазы и землей, «земля» на векторной диаграмме сместится в направлении вектора данной фазы. В данном случае вдоль вектора (см. рис. 1. в). Напряжения фаз относительно земли будут, соответственно, равны: . - напряжение нейтрали относительно земли.

Для данного состояния сети справедливы следующие выражения:

; .

Согласно 1-му закону Киргофа для узла токов («земля»):

, (1)

где ; ; ; . (2)

Учтем, что

, (3)

. (4)

Решив равнения (1; 2; 3; 4) совместно относительно , получим выражения для тока через тело человека

. (5)

Подставим в выражение (5) характерные значения напряжений и сопротивлений и убедимся, что минимальным сопротивлением изоляции в сети с напряжением до 1000 В должна быть величина 500 кОм, при которой величина тока не превышает 6 мА (меньше порогового неотпускающего тока)

Из выражения (5) вытекают следующие выводы:

- на исход поражения человека электротоком влияют: фазное напряжение, сопротивление тела человека и сопротивления изоляции фаз относительно земли (в том числе емкостным сопротивлением);

- сопротивление изоляции каждой фазы относительно земли должно быть не менее 500 кОм (0,5 мОм);

- для снижения опасности поражения электротоком необходимо, чтобы кожа человека была чистой, сухой и не имела травм. Не допускаются к работе люди больные и находящиеся в состоянии алкогольного опьянения.

- в качестве дополнительных мер защиты следует применять диэлектрические коврики, щиты, перчатки, боты, инструмент с надежной изоляцией рукояток.

При глухом замыкании.

Состояние сети в нормальном режиме работы рассмотрено в предыдущем вопросе (см. рис. 1. б). На рис. 2 показаны: электрическая схема (а) и векторная диаграмма (б) после касания человека к фазе 1 и глухого замыкания фазы 2 на землю. Последнее условие означает, что сеть находится в аварийном режиме.

А б

Как отмечалось выше, при уменьшении сопротивления между проводом фазы и землей, «земля» на векторной диаграмме сместится в направлении вектора данной фазы. В данном случае «земля» сместится одновременно вдоль векторов и . Причем в направлении это смещение значительно преобладает. Это обусловлено тем, что сопротивление замыкания провода фазы на землю как правило значительно меньше сопротивления тела человека: . - напряжение, приложенное к телу человека.

Пренебрегая проводимостью тела человека по сравнению с проводимостью замыкания, можно считать, что . То есть к телу человека приложено линейное напряжение. Ток через тело человека равен

. (1)

При фазном напряжении 220 В через тело человека течет ток, превышающий пороговый фибрилляционный:

Из выражения (1) вытекают следующие выводы:

- на исход поражения человека электротоком влияют: линейное напряжение и сопротивление тела человека;

- допускается эксплуатировать только исправную сеть. Для этого необходим постоянный контроль изоляции сети;

- в качестве мер защиты следует применять диэлектрические коврики, щиты, перчатки, боты, инструмент с надежной изоляцией рукояток.

32. Аналіз небезпеки трифазної мережі змінного струму напругою до 1000В з глухозаземленной нейтраллю (неповне і глухе замикання).

При неполном замыкании на землю.

На рис. 3 показаны: полная электрическая схема сети (а), векторная диаграмма напряжений до включения человека (б), упрощенная (эквивалентная) электрическая схема сети (в) и векторная диаграмма напряжений после касания человека к проводу 1-й фазы (г).

а б в г

Рис. 3

При касании человека к проводу 1-й фазы через его тело потечет ток.

Напряжение 1-й фазы делится между двумя резисторами и пропорционально их сопротивлениям (см. рис. 3. в).

Ток, протекающий через тело человека, равен

(1)

Сопротивлением заземления нейтрали в данном случае можно пренебречь, т. к. .

Подставив в формулу (1) реальные числовые значения, получим

Полученное значение превышает пороговый фибрилляционный ток. Т. е. данная ситуация для человека смертельно опасна! Однако фибрилляция наступает не всегда. Это объясняется двумя причинами:

- протекание тока не всегда приходится на фазу «Т» кардиоцикла (человек может успеть разорвать цепь до ее наступления);

- сопротивление тела человека в реальных ситуациях часто превышает 1000 Ом, хотя в теоретических расчетах принимается таким.

При глухом замыкании.

На рис. 4 показаны: полная электрическая схема сети (а), упрощенная (эквивалентная) электрическая схема сети (в) и векторная диаграмма напряжений после касания человека к проводу 1-й фазы и глухого замыкания фазы 2 на землю. Последнее условие означает, что сеть находится в аварийном режиме.

а б в

Рис. 4

Ток фазы 2 протекает через фазный провод, сопротивление замыкания , землю, сопротивление заземления нейтрали , нейтраль и обмотку трансформатора, которая является источником напряжения в данной цепи.

Напряжение фазы 2 делится на две величины пропорционально сопротивлениям и (см. рис. 4. б)

Отложим их на векторной диаграмме (см. рис. 4. в). «Земля» находится между ними. Напряжение прикосновения может быть рассчитано

Переходя от векторной формы к скалярной, получим

Если принять, что , тогда и, следовательно, . Напряжение прикосновения будет равно линейному

Если принять, что , то . В этом случае человек окажется под фазным напряжением

В действительности сопротивления и никогда не равны нулю и поэтому напряжение прикосновения меньше линейного и больше фазного

На основании сказанного можно сделать следующие выводы:

- ток через тело человека не зависит от емкостей фаз и их токов утечки на землю (при условии, что их комплексные сопротивления намного больше сопротивления заземления);

- прикосновение к фазе в аварийном режиме сети более опасно, чем в нормальном;

- при касании человека к фазе в аварийном режиме он оказывается под меньшим напряжение, чем в сети с изолированной нейтралью;

- в целях безопасности необходимо, чтобы сопротивление заземления было минимальным и никогда не превышало допустимого значения. Для этого необходим его периодический контроль и профилактика.

33. Вибір режиму нейтралі мережі.

При создании новых предприятий, внедрении новых технологических процессов и организации новых производственных участков встает вопрос о том, какую электросеть лучше использовать. Рассмотрим два наиболее распространенных вида 3-фазных электросетей, уже знакомые нам по предыдущим вопросам: 3-фазную 3-проводную с изолированной нейтралью и 3-фазную 4-проводную с глухо-заземленной нейтралью с напряжением до 1000 В (см. рисунки 1 и 2).

Выбирая сеть и режим нейтрали, исходят из технологических соображений и соображений безопасности.

Из технологических соображений наиболее удобной является 3-фазная 4-проводная сеть с глухо-заземленной нейтралью, так как дает потребителю два вида напряжения: фазное и линейное. Обычно мощное технологическое оборудование включают на линейное (более высокое) напряжение. Менее мощное оборудование, электроприборы, электрифицированный инструмент включают на фазное напряжение. Менее удобной является 3-фазная 3-проводная с изолированной нейтралью. Так как дает потребителю лищь линейное напряжение.

Из соображений безопасности оценим значения токов, протекающие через тело человека, возникающие в обоих видах сетей. Обе сети рассмотрим в двух режимах: нормальном и аварийном.

.

а (нормальный режим) б (аварийный режим)

Рис. 1- Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью

Как отмечалось раньше, безопасность человека в 3-фазной 3-проводнаой сети с изолированной нейтралью определяется главным образом состоянием ее изоляции. В первом случае не только активным, но и емкостным сопротивлением между проводами фаз и землей.

В 3-фазной 4-проводной сети с глухо-заземленной нейтралью безопасность человека в меньшей степени зависит от состояния изоляции.

;

а (нормальный режим) б (аварийный режим)

Рис. 2 - Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью

Сравнивая токи через тело человека для сетей в одинаковых режимах, приходим к выводу, что в нормальном режиме, когда сети исправны, более безопасна 3-фазная 3-проводная сеть с изолированной нейтралью (на схеме обозначеа знаком «»). В аварийном режиме более безопасна 3-фазная 4-проводная сеть с глухозаземленной нейтралью, т. к. напряжение прикосновения на практике всегда ниже линейного.

Возникло противоречие. Для его разрешения рассматривают условия, в которых предполагается использовать сеть. Решение принимают в пользу той сети, которая окажется более безопасной в конкретных условиях.

Если требуется короткая сеть (десятки метров), не разветвленная, а следовательно, имеющая малое активное и емкостное сопротивление с землей; открытая сеть (легко доступная для визуального осмотра), применяют 3-фазную 3-проводную с изолированной нейтралью. На практике такие сети используются на открытых технологических площадках, на подвижных объектах, при проведении временных и горных работ.

Если требуется сеть большей длины, разветвленная, а следовательно, имеющая большое активное и емкостное сопротивление с землей; сеть, скрытая штукатуркой или другими элементами здания, применяют 3-фазную 4-проводную сеть с глухозаземленной нейтралью. На практике такие сети используют на стационарных объектах (в зданиях промышленных предприятий, учреждений, организаций, жилых домах городской и сельской местности и т. д.).

34. Явища, що виникають при стіканні струму в землю крізь одиночний заземлювач. Рівняння потенційної кривої.

Растекание тока на землю представляет опасность поражения для человека, который может оказаться под напряжением прикосновения или шаговым напряжением. В данном вопросе мы рассмотрим закон распределения потенциалов на поверхности грунта, что в дальнейшем (в следующих вопросах) позволит нам оценит опасность напряжения прикосновения или шагового напряжения.

Растекание тока рассмотрим на примере полусферического заземлителя (см. рис. 1). На практике полусферический заземлитель не используется, так как для его изготовления потребовалось бы слишком много металла и большой объем земляной работы. Он будет рассмотрен нами лишь условно (гипотетически), что позволит получить простое с математической точки зрения и достаточно точное представление о процессе растекания тока в грунте.

Рисунок 1 - Растекание тока (сверху) и закон распределения потенциалов (снизу) на поверхности грунта

Так как форма заземлителя полусферическая и грунт однородный, то ток растекается во всех направлениях равномерно. Выделим на расстоянии х от оси заземлителя элементарный слой толщиной dx в форме полусферы. Плотность тока в каждой его точке равна

, (1)

где - ток замыкания на землю.

Запишем закон Ома в дифференциальной форме:

, (2)

где Е - напряженность электрического поля в точке слоя; - удельное электрическое сопротивление грунта ().

Приравняв уравнения (1) и (2), получим

. (3)

Падение напряжение на элементарном слое dx будет равно

. (4)

Для того, чтобы определить потенциал любой точки на поверхности грунта, нужно проинтегрировать выражение (4):

,где .

Таким образом получено уравнение гиперболы. Так как x не может быть меньше r, максимальное значение потенциала имеют точки грунта, соприкасающиеся с поверхностью заземлителя:

.

Можно записать так:

. (5)

Помере удаления от заземлителя потенциал точек на поверхности грунта убывает по гиперболическому закону. Область грунта вблизи заземлителя, где потенциалы не равны нулю, назывется полем растекания тока (локальной землей). Для реальных грунтов поле растеканя находится в радиусе 20 м.

Область грунта, потенциал которой равен нулю, назывется электротехнической землей (относительной землей).

На практике применяются заземлители иной формы (преимущественно вертикальные или горизонтальные стержни), создающие на поверхности грунта иные законы распределения потенциалов. Однако эти законы по мере удаления от заземлителя также стремятся к гиперболическому. Использовав полусферическую модель заземлителя, мы существенно упростили математические действия и при этом получили достаточно точный результат.

35. Дайте визначення поняття «зона розтікання струму». Розгляньте напругу дотику.

Зона розтікання – зона, за межами якої електричний потенціал, обумовлений струмом замикання, умовно дорівнює нулю.

Напряжение прикосновения - есть разность потенциалов двух точек

электрической цепи, которых одновременно касается человек. Согласно закону Ома напряжение прикосновения равно

.

Рассмотрим напряжение прикосновения при растекании тока через одиночный заземлитель (см. рис. 1).

Рисунок 1 - Расположение рабочих мест (а) и зависимость напряжения прикосновения от расстояния до заземлителя (б)

Имеется несколько (три) рабочих мест с оборудованием, подключенным к одной сети и заземленным с помощью одного заземлителя. На одном из рабочих мест (не имеет значения, на каком именно) напряжение сети замкнуто на корпус. Через заземлитель происходит замыкание на землю.

Люди соприкасаются руками с корпусами оборудования. Следовательно их руки имеют потенциал . Их ноги имеют соответствующий потенциал земли , который убывает по мере удаления от заземлителя по гиперболическому закону.

При одиночном полусферическом заземлителе напряжение прикосновения равно

,

где - коэффициент напряжения прикосновения (0…1).

Для других типов заземлителей это выражение является справочным и также принимает значения (0…1).

Нормируется напряжение прикосновения в зависимости от времени воздействия на человека (ГОСТ 12.1 038-82), см. рис.2. Чем дольше протекает ток, тем выше опасность поражения. Следовательно, с увеличением длительности воздействия допустимое напряжение уменьшается. Эта зависимость лежит в основе требований, предъявляемых к различным средствам защиты от поражения электротоком (зануление, заземление, УЗО).

Рисунок 2 - Зависимость допустимого напряжения прикосновения от времени воздействия на человека

Для снижения напряжения прикосновения применяют контурные заземлители, диэлектрическую обувь, диэлектрические коврики, щиты, перчатки и инструмент с изолированными рукоятками

36. Розгляньте напругу кроку. Вирівнювання потенціалів.

Напряжение шага - есть разность потенциалов двух точек на поверхности земли в зоне растекания тока, находящихся на расстоянии шага а и на которые одновременно опирается человек. Стандартным значением шага принято считать 1 м (ПУЭ). Согласно закону Ома величина напряжения шага равна

.

Рассмотрим напряжение шага при растекании тока через одиночный полусферический заземлитель (см. рис. 1).

Рисунок1 - Распределение потенциалов на поверхности грунта и напряжение шага

Из рис. 1 видно, что напряжение шага увеличивается при приближении к заземлителю. С учетом выражения (5) напряжение шага будет равно:

,

где - коэффициент напряжения шага для одиночного полусферического заземлителя. Его значение находится в пределах (0…1).

На практике используют различные типы заземлителей: одиночный протяженный (горизонтальный); ряд вертикальных стержней, соединенных горизонтальной полосой; контур из полос с внутренними параллельными полосами; групповой контурный из полос и стержней и др. Функция для каждого известного типа заземлителя является справочной и принимает значения (0…1).

При проектировании и эксплуатации заземлителей необходимо, чтобы выполнялось условие В (ГОСТ 12.1 038-82).

Для снижения напряжения шага применяют диэлектрическую обувь, диэлектрические коврики и щиты. Выходить из зоны растекания тока нужно в противоположном направлении от места растекания мелкими шагами.

Вирівнювання потенціалів — це зниження напруг дотику та кроку між точками електричної ланки, до яких можливий одночасний дотик або на котрих може одночасно стояти людина.

37. Поняття групового заземлювача.

Груповий заземлювач – два і більше з’єднаних між собою стрижневих заземлювачів, що встановлюються на відстані не менше 3 м один від одного.

В качестве вертикальных электродов используют стальные трубы диаметром 50…60 мм с толщиной стенки не менее 3,5 мм, угловую сталь с толщиной стенки не менее 4 мм или прутковую сталь диаметром не менее 10 мм. Для связи вертикальных электродов и в качестве самостоятельного горизонтального электрода применяют полосовую сталь сечением не менее 4 12 мм или сталь круглого сечения диаметром не менее 10 мм. Соединение электродов выполняют с помощью сварки. Допускаются резьбовые соединения.

Залегание электродов в грунте должно быть ниже глубины промерзания (справочная величина). После установки и сварки электродов в траншее последняя засыпается и тщательно трамбуется.

38. Занулення: принципова схема, призначення, принцип дії, умова спрацьовування струмового захисту.

В электроустановках напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью для надежной защиты людей от поражения электротоком применяется зануление, обеспечивающее автоматическое отключение участка сети, на котором произошел пробой напряжения на нетоконесущую часть оборудования.

Занулением называется преднамеренное соединение металлических нетоковедущих частей электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением в результате нарушения изоляции электроустановки, с многократно заземленным нулевым (нейтральным) проводом трансформатора (генератора).

На рис. 1 показано зануление трехфазного (слева) и однофазного (справа) потребителей.

Рисунок 1 - Зануление трехфазного (1) и однофазного (2) потребителя

Пробой фазного напряжения на нетоконесущую часть электрооборудования, подключенную к многократно заземленному нулевому проводу, равносилен кратковременному однофазному короткому замыканию (КЗ), в результате которого срабатывает максимальная токовая защита и отключает поврежденный участок сети. Прикосновение человека к корпусу, оказавшемуся под напряжением назвают косвенным прикосновением. На рис. 1 максимальная токовая защита показана в виде предохранителей. Петля тока КЗ показана пунктиром.

39. Струм короткого замикання в схемі занулення. Призначення нульового захисного провідника. Контроль занулення

Ток короткого замыкания определяется фазным напряжением и полным сопротивлением петли КЗ:

,

где - фазное напряжение, ; ; - полные сопротивления, соответственно, фазного провода, нулевого провода и обмотки трансформатора.

Для надежного отключения аварийного участка необходимо, чтобы ток КЗ значительно (с запасом) превосходил ток установки автомата (номинальный ток плавкого предохранителя)

,

где - коэффициент кратности тока. В электроустановках до 1000 В его значение должно быть не меньше:

3 - для плавких предохранителей или автоматов с обратной зависимой от тока характеристикой;

4 - при защите предохранителями или автоматами с обратной зависимой от тока характеристикой во взрывоопасных установках;

1,4 - для автоматов с электромагнитными расцепителями и номинальной силой тока до 100 А;

1,25 - для автоматов с электромагнитными расцепителями и номинальной силой тока более 100 А.

Полная проводимость нулевого защитного проводника во всех случаях должна быть не менее 50% проводимости фазного проводника .

Если вышеуказанные требования выполнить невозможно, то отключения при возможных замыканиях должны обеспечиваться при помощи специальных защит.

При расчете зануления необходимо исключить ложные срабатывания максимальной токовой защиты, вызванные работой (включением) потребителей. Так например, при включении мощных электродвигателей токи пусковых обмоток могут в 3…7 раз превосходить рабочие токи. Таким образом номинальный ток срабатывания максимальной токовой защиты должен быть больше максимального рабочего тока.

Контроль зануления выполняется при вводе электроустановки в эксплуатацию, периодически и после ремонта. Контроль основан на измерении сопротивления петли «фаза-нуль». При стальном нулевом проводе оно измеряется на переменном токе. После измерения проверяется условие (1) и оценивается напряжение прикосновения (при времени срабатывания защиты 0,2 с В).

40. Повторне заземлення нульового проводу: принципова схема, призначення.

При непрерывном нулевом проводе однофазное замыкание приводит к появлению напряжений на корпусах оборудования. Величины этих напряжений зависят от длины участков нулевого провода между нейтралью источника и местом присоединения корпуса к нулевому проводу, а также от целостности нулевого провода.

На рис. 1 показано короткое замыкание фазы 1 на корпус 3 в условной сети без повторного заземления нулевого провода: а - общая электрическая схема сети (со всеми фазами); б - упрощенная эквивалентная схема (фаза 1); в - распределение электрического потенциала вдоль нулевого провода (с обрывом и без обрыва).

Рисунок 2 - Сеть с повторным заземлением нулевого провода

Наличие повторного заземления нулевого провода, представленное на схемах резистором , уменьшает напряжение прикосновения (между корпусом и землей). Можно сделать вывод о том, что повторное заземление нулевого провода при его обрыве аналогично защитному заземлению. Оно не обеспечивает полную защиту, но существенно снижает опасность поражения электротоком.

Повторное заземление нулевого провода применяется в трехфазных четырехпроводных сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В совместно с занулением.

Согласно ПУЕ-2009, повторное заземление нулевого провода следует выполнять на воздушных линиях электропередачи через 200 м, на их ответвлениях и концах, а также при вводе воздушной линии в здание.

В табл. 1 приведены максимально допустимые сопротивления повторных заземлителей нулевого провода в зависимости от напряжения сети.

Напряжение сети, В Сопротивление одиночного заземлителя, Ом Общее сопротивление всех заземлителей, Ом

660/380

380/220

220/127

41. Захисне заземлення: принципова схема, призначення, область застосування, принцип дії.

Защитное заземление - преднамеренное соединение с землей металлических нетоковедущих частей электрооборудования, которые могут оказаться под напряженим в результате нарушения изоляции электроустановки.

По назначению заземление разделяют на три вида:

- рабочее заземление (преднамеренное соединение с землей отдельных точек

электрической цепи, обеспечивающее работу оборудования, например, нейтральной точки трансформатора; генератора; использования земли в качестве фазного проводника, радиопередающей аппаратуры и т. д.);

- заземление молниезащиты (преднамеренное соединение с землей

молниеприемников и разрядников в целях отвода от них токов молнии в землю);

- защитное заземление.

Назначение защитного заземления - устранение опасности поражения людей электротоком при появлении напряжения на конструктивных частях электрооборудования, т. е. при замыкании фазы на корпус.

Принцип действия защитного заземления - снижение до безопасных значений напряжения прикосновения и шага, обусловленного замыканием на корпус.

Рассмотрим принцип действия на примере трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью (см. рис. 1).

Рисунок 1 - Схема защитного заземления 3-фазной 3-проводной сети с изолированной нейтралью

Касание человека к незаземленному корпусу, на который пробита фаза, при поврежденной сети (при 500 кОм) представляет реальную угрозу поражения электротоком. Если корпус заземлен, его сопротивление включено параллельно телу человека. Их общее сопротивление равно (см. анализ опасности сети)

.

Ток через (при условии равенства сопротивления изоляции всех фаз) равен

.

Поскольку тело человека и заземлитель соединены параллельно, выражение для общего тока можно записать

Очевидно, что при и . Таким образом, с уменьшением сопротивления защитного заземления опасность поражения электротоком снижается. Однако на практике максимально допустимое сопротивление заземления составляет единицы Ом, так как невозможно изготовить заземлитель с нулевым сопротивлением (нормативные требование к защитному заземлению будут рассмотрены дальше).

Область применения защитного заземления:

- сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью (в сетях с заземленной нейтралью ток замыкания на землю ограничен сопротивлением заземления нейтрали. Из-за этого его величина может быть недостаточной для срабатывания максимальной токовой защиты);

- сети напряжением выше 1000 В с любым режимом нейтрали (в этом случае ток замыкания на землю как правило достаточный для срабатывания максимальной токовой защиты).

Согласно ПУЭ, не требуется заземлять корпуса электрооборудования, установленного в помещениях без повышенной опасности поражения электротоком при напряжении электроустановок не более 42 В переменного и не более 110 В постоянного тока. Во взрывоопасных помещениях защитное заземление необходимо при любых напряжениях и видах тока.

Согласно требования ПУЭ сопротивление защитного заземления в любое время года должно быть не более:

- 4 Ом – в электроустановках напряжением до 1000 В; если мощность источника (генератора или трансформатора) меньше 100 КВА, сопротивление заземления допускается до 10 Ом;

- 0,5 Ом – в электроустановках напряжением выше 1000 В с токами замыкания на землю больше 500 А;

- 250/Iз, Ом, (но не более 10 Ом) – в установках напряжением выше 1000 В с токами замыкания на землю до 500 А и без компенсации емкостных токов.

42. Типи заземлюючих пристроїв. Їх переваги та недоліки.

В зависимости от места размещения заземлителя относительно заземляемого оборудования различают два типа заземляющих устройств: выносное и контурное. Заземлители также делятся на естественные и искусственные.

При выносном заземлении (см. рис. 1) заземлители располагаются на некотором удалении от заземляемого оборудования. Либо они вынесены за пределы производственной площадки, либо сосредоточены в некоторой ее части.

Рисунок 1 – Функциональная схема выносного заземления

Достоинством выносного заземления является возможность выбора места размещения электродов с наименьшим удельным сопротивлением грунта (сырое, глинистое, в низинах и т. д), особенно если по каким-либо причинам невозможно его разместить на защищаемой площадке (скалистый, песчаный грунт и т. п.).

Недостаток выносного заземления заключается в высоком напряжении прикосновения (). К тому же из-за большой длины заземляющих проводников возрастает сопротивление заземления. Поэтому оно применяется при сравнительно малых токах замыкания на землю (в частности в электроустановках до 1000 В) и защищает только за счет малого сопротивления заземления.

При контурном заземлении (см. рис. 2)заземлители располагаются по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование или внутри ее (по возможности равномерно). Контурное заземление называется еще распределенным.

Рисунок 2 – Функциональная схема контурного заземления.

На рис. 2 пунктирными линиями показаны законы распределения потенциалов на поверхности грунта отдельно взятых электродов. В реальности их поля растекания накладываются друг на друга (жирная сплошная линия). Каждая точка поверхности имеет значительный потенциал. Однако разность потенциалов между любыми точками незначительна. Таким образом произошло «выравнивание» потенциала. В этих условиях коэффициенты шага и напряжения намного меньше единицы ( ).

Для искусственных заземлителей применяют вертикальные и горизонтальные электроды. В качестве вертикальных электродов используют стальные трубы диаметром 50…60 мм с толщиной стенки не менее 3,5 мм, угловую сталь с толщиной стенки не менее 4 мм или прутковую сталь диаметром не менее 10 мм. Для связи вертикальных электродов и в качестве самостоятельного горизонтального электрода применяют полосовую сталь сечением не менее 4 12 мм или сталь круглого сечения диаметром не менее 10 мм. Соединение электродов выполняют с помощью сварки. Допускаются резьбовые соединения.

Залегание электродов в грунте должно быть ниже глубины промерзания (справочная величина). После установки и сварки электродов в траншее последняя засыпается и тщательно трамбуется.

В качестве естественных заземлителей могут использоваться проложенные в земле и имеющие с ней контакт водопроводные и другие металлические трубы (кроме трубопроводов с горючими газами и жидкостями), обсадные трубы артезианских колодцев, скважин, арматура железобетонных опор и т. п.

При проектировании заземлителей необходимо, чтобы шаговое напряжение в аварийном режиме производственных электроустановок не превышало 20 В, а для бытовых электроустановок не превышало 12 В (см. ГОСТ 12.1 038-82).

43. Контроль захисного заземлення методом амперметра-вольтметра.

Контроль защитного заземления производится в следующих случаях:

- при вводе в эксплуатацию;

- при перестановке оборудования;

- при реконструкции;

- периодически в сроки, оговоренные ПУЭ.

Согласно ПУЭ периодический контроль проводится один раз в полугодие: в жаркое (летом) и холодное (зимой) время года, когда грунт имеет максимальное электрическое сопротивление вследствие пересыхания или замораживания.

Наиболее распространенным методом контроля сопротивления заземления является метод «амперметра-вольтметра» (см. рис. 3).

Рисунок 3 – Функциональная схема метода «амперметра-вольтметра»

Вспомогательный заземлитель Rв и зонд устанавливают на таком расстоянии от контролируемого заземлителя Rх, чтобы их поля растекания (всех трех) не накладывались друг на друга. Для реальных грунтов минимальное расстояние между ними должны быть 40м.

Протекающий в цепи ток измеряется амперметром. Напряжение на контролируемом заземлитетеле измеряется вольтметром. Сопротивление контролируемого заземлителя рассчитывается согласно закону Ома по формуле

.

Для уменьшения погрешности необходимо использовать вольтметр с максимальным внутренним сопротивлением (по возможности электростатический или электронный).

44. Нормування захисного заземлення. Конструктивне виконання заземлювачей.

Заземляющее устройство - совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

Заземлитель - совокупоность электродов, соединенных между собой и находящихся в непосредственном соприкосновении с землей.

Заземляющие проводники соединяют заземляемые части электроустановок с заземлителями.

Согласно ПУЭ, не требуется заземлять корпуса электрооборудования, установленного в помещениях без повышенной опасности поражения электротоком при напряжении электроустановок не более 42 В переменного и не более 110 В постоянного тока. Во взрывоопасных помещениях защитное заземление необходимо при любых напряжениях и видах тока.

Согласно требования ПУЭ сопротивление защитного заземления в любое время года должно быть не более:

- 4 Ом – в электроустановках напряжением до 1000 В; если мощность источника (генератора или трансформатора) меньше 100 КВА, сопротивление заземления допускается до 10 Ом;

- 0,5 Ом – в электроустановках напряжением выше 1000 В с токами замыкания на землю больше 500 А;

- 250/Iз, Ом, (но не более 10 Ом) – в установках напряжением выше 1000 В с токами замыкания на землю до 500 А и без компенсации емкостных токов.

45. Захисне відключення (область застосування, принципові схеми, функціонування).

Защитное отключение - это быстродействующая защита, которая обеспечивает автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения электротоком. Эта опасность может возникнуть в следующих случаях:

- при снижении сопротивления изоляции фаз относительно земли ниже определенной границы, в частности при замыкании фазы на землю;

- при повышении напряжения в сети вследствие замыкания в трансформаторе;

- при случайном прикосновении человека к токоведущим частям.

Изменение этих величин до определенной границы используется в качестве управляющих сигналов в устройствах защитного отключения (УЗО).

Защитное отключение рекомендуется применять в качестве дополнительной защитной меры при заземлении (в сетях с изолированной нейтралью) или занулении (в сетях с глухозаземленной нейтралью), а также в качестве основной меры, если безопасность не может быть обеспечена другими способами.

Существует несколько разновидностей УЗО, которые реагируют на:

- потенциал корпуса относительно земли;

- ток замыкания на землю;

- напряжение нулевой последовательности;

- ток нулевой последовательности;

- напряжение фазы относительно земли;

- оперативный ток;

- ток утечки

На рис. 1 и 2 показаны функциональные схемы наиболее распространенных УЗО.

Рисунок 1 - Функциональные схемы УЗО, реагирующих на потенциал корпуса относительно земли (рис. 1 а) и на ток замыкания на землю (рис. 1 б)

На рис. 1 обозначены: ОК - отключающая катушка; РН - реле напряжения; РТ - реле тока. Принципиальная разница между этими схемами состоит в датчике. В первом случае в качестве его используется реле напряжения, обладающее высоким сопротивлением и пренебрежимо малым потребляемым током. Во втором в качестве датчика используется реле тока, обладающее низким сопротивлением. Обе схемы обладают высокой чувствительностью, однако требуют наличия заземлителей. Для снятия напряжения на основном заземлителе (Rз ) необходим вспомогательный заземлитель (Rв). Необходимо также, чтобы их поля растекания не пересекались. Эти схемы используются преимущественно д