Сидоров А.И. (ред.) Безопасность жизнедеятельности

Подождите немного. Документ загружается.

•

должно быть надежным в эксплуатации и не зависеть от режима работы

силового трансформатора, в свою очередь оно не должно снижать надежность и

ухудшать условия безопасности работы электроустановки;

•

должно быть универсальным и пригодным для контроля пробивных предо-

хранителей в сетях любого напряжения до 1 кВ независимо от места подключе-

ния предохранителя (к нейтрали или фазе трансформатора);

•

должно быть чувствительно даже к кратковременному воздействию тока

силой 0,5 А;

•

должно реагировать только на пробой данного предохранителя и не реаги-

ровать на пробой предохранителей параллельно работающих трансформаторов,

а также на повреждениях в сети других видов;

•

обеспечивать непрерывный контроль с фиксацией пробивного импульса в

момент его возникновения;

•

срабатывание должно сопровождаться звуковым сигналом;

•

должно быть достаточно простым в изготовлении и монтаже;

•

его схема должна основываться на применении стандартных деталей.

Существующие схемы контроля состояния пробивных предохранителей не

удовлетворяют указанным требованиям.

На рис. 1.32а показана схема, в которой параллельно пробивному предохра-

нителю ПП установлен газоразрядный световой прибор Л с добавочным сопро-

тивлением R1. Состояние предохранителя определяется по свечению лампы

только в момент кратковременного искусственного заземления

одной из фаз се-

ти через ограничивающий резистор R2. Недостатки подобных схем следующие:

не обеспечивается постоянный контроль; контролируется только устойчивое ме-

таллическое замыкание между электродами предохранителя; не исключается от-

каз в срабатывании предохранителя при перенапряжениях, так как пробивной

предохранитель постоянно шунтирован контролирующим прибором; в момент

проверки состояния предохранителя снижается электробезопасность эксплуата-

ции электроустановки, так как одна из фаз заземляется через резистор, величина

сопротивления которого должна быть достаточно малой, чтобы обеспечить нор-

мальную светимость неоновой лампы.

Таким образом, несмотря на сравнительную простоту таких схем и то, что

они позволяют контролировать состояние изоляции сети низкого напряжения,

рекомендовать их для широкого применения нельзя.

Схема контроля

состояния пробивного предохранителя с использованием

двух вольтметров V1 и V2 (рис. 1.32, б) по сравнению с предыдущей схемой бо-

лее совершенна, но тоже имеет существенные недостатки: отсутствует звуковой

сигнал при пробое предохранителя, а следовательно, если после пробоя восста-

навливается разрядный промежуток, то пробой не будет зафиксирован; пробив-

ной предохранитель постоянно шунтирован вольтметров V, т.

е. нейтраль или

фаза уже электрически связана с землей.

Рис. 1.32. Контроль состояния пробивного предохранителя: а – на газо-

рязрядной лампе; б – с помощью двух вольтметров; в – с помощью

вольтметра и контроля изоляции; г – с использованием трансформатора

тока в нулевой последовательности

Схема, показанная на рис. 1.32,б дает удовлетворительные результаты лишь

для сетей малой протяженности, т. е. при малых токах утечки. В

протяженных

сетях один вольтметр часто показывает нуль, а другой – фазное напряжение, не-

зависимо от целостности пробивного предохранителя. Эту схему, несмотря на

то, что она проста и дает возможность контролировать изоляцию, также нельзя

рекомендовать для широкого применения.

В схеме рис. 1.32,в пробивной предохранитель установлен на фазном прово-

де до разъединителя в

помещении распределительного устройства (до 1 кВ). В

качестве отключающего устройства применен пакетный выключатель. В этом

случае пробой пробивного предохранителя обнаруживается по показанию

вольтметра контроля изоляции V. Пакетный выключатель позволяет определить,

что произошло: замыкание на землю или пробой пробивного предохранителя.

Однако схема также имеет недостатки: отсутствует постоянный контроль со-

стояния предохранителя и звуковой сигнал

при его пробое; установка выключа-

теля в цепи пробивного предохранителя без принятия соответствующих мер

может привести к ошибочному выключению предохранителя.

Для контроля состояния пробивного предохранителя предложена схема с ис-

пользованием трансформатора тока нулевой последовательности типа ТЗР и

сигнального реле РС (рис. 1.32, г). Для контроля состояния предохранителя де-

журный персонал периодически включает цепь регулируемого резистора R и,

выводя его, убеждается в отсутствии тока в данной цепи. Если же ток возникает,

а приборы

контроля изоляции не зафиксировали повреждение, то предполагает-

ся, что предохранитель пробит. Окончательный вывод о его состоянии можно

сделать, повысив силу тока до величины срабатывания сигнального реле РС. Эта

схема также имеет недостатки:

•

низкая чувствительность к токам пробоя предохранителя, так как сила

первичного тока срабатывания устройства должна быть не менее 13–15 А. Чув-

ствительность этого устройства не может быть повышена увеличением числа

первичных витков трансформатора ТЗР (или ТЗЛ), так как в цепи пробивного

предохранителя в этом случае возникает значительное индуктивное сопротивле-

ние, что противоречит самой

идее применения предохранителя;

•

при включении цепи реостата R на время проверки предохранителя одна

из фаз заземляется через малое сопротивление, что создает в сети режим повы-

шенной опасности.

Анализ рассмотренных схем показывает, что они не отвечают ряду необхо-

димых требований, основным из которых является непрерывный контроль цело-

стности пробивного предохранителя.

В последние годы ведутся разработки устройств

непрерывного контроля це-

лостности пробивных предохранителей. Одно из таких устройств разработано

для предприятий химической промышленности и описано в [9]. Оно обеспечи-

вает контроль при напряжениях 350 и 700 В с сигнализацией пробоя.

1.4.10. Применение малых напряжений

Если номинальное напряжение электроустановки не превышает длительно

допустимой величины напряжения прикосновения, то даже одновременный кон-

такт человека с токоведущими частями разных фаз или полюсов будет безопа-

сен. Наибольшая степень безопасности достигается при напряжениях 6–10 В,

так как при таком напряжении ток, проходящий через человека, не превысит

1–1,5 мА, но в помещениях с

повышенной опасностью и особо опасных он мо-

жет в несколько раз превысить эту величину. Однако даже если принять сопро-

тивление тела человека равным 1 кОм, то ток не превысит величины 10 мА.

На практике применение малых напряжений ограничено различными быто-

выми приборами (игрушки, карманные фонари и т. п.) и шахтерскими ручными

аккумуляторными светильниками

. В производственных переносных электроус-

тановках с целью повышения безопасности применяются напряжения 12 и 36 В.

В помещениях с повышенной опасностью, где применяется напряжение 36 В,

сопротивление тела человека можно принять равным 2 кОм, и ток, проходящий

через человека, может быть

= 36 : 2 = 18 мА. Такой ток для большинства лю-

дей является неотпускающим. В особо опасных помещениях, где ручной элек-

троинструмент питается напряжением 36 В, а ручные лампы – 12 В, ток, прохо-

дящий через человека, может быть еще выше. В таких помещениях сопротивле-

ние тела человека не превышает 1 кОм и ток через человека при напряжении

36 В равен 36 мА, при 12 В – 12 мА. Ввиду того, что одним применением малых

напряжений не достигается достаточная

степень безопасности, дополнительно

принимаются другие меры защиты – обеспечение недоступности токоведущих

частей, двойная изоляция, защита от случайных прикосновений и др.

Однополюсное прикосновение к токоведущим частям, а также прикоснове-

ние к оказавшемуся под напряжением корпусу, даже незаземленному, при малом

напряжении безопасно, так как ток через человека даже при прикосновении к

фазе определяется сопротивлением

изоляции и малым напряжением согласно

выражениям:

•

для трехфазных сетей

;

•

для однофазных сетей

Z+

В небольшой сети малого напряжения, чаще всего состоящей из одного

трансформатора и одного потребителя, емкость практически равна нулю и сопро-

тивление изоляции – несколько сотен килоом. Даже если принять Z = r = 10 кОм

(что недопустимо мало), ток через человека, прикоснувшегося к незаземленному

корпусу, имеющему контакт с токоведущими частями в сети 36 В

(фазное на-

пряжение U = 21 В), равен:

1013

213

⋅

= 4,85 мА.

В такой же однофазной сети имеем:

1012

⋅

= 3 мА.

В действительности эти токи еще меньше вследствие более высокого со-

противления изоляции.

Источником малого напряжения может быть батарея гальванических эле-

ментов, аккумулятор, выпрямительная установка, преобразователь частоты и

трансформатор. Аккумуляторы и гальванические элементы независимы от ста-

ционарных сетей, но неудобны в эксплуатации.

Выпрямительная установка, применяемая как источник малого напряжения,

должна

соединяться с питающей сетью через понизительный трансформатор.

Включение выпрямителей через автотрансформатор не допускается, так как то-

коведущие части сети малого постоянного напряжения в этом случае электриче-

ски связаны с сетью высшего напряжения.

Преобразователи частоты позволяют при той же мощности уменьшить га-

бариты и массу электродвигателей, питающихся током повышенной частоты –

200, 400 Гц и более. Снижение массы ручного электроинструмента улучшает ус-

ловия труда, так как уменьшает физическую нагрузку рабочего. Повышение

электробезопасности при этом достигается только за счет малого напряжения,

так как ток частотой 200, 400 и

даже 500 Гц опасен так же, как и 50 Гц. В раз-

ветвленных сетях опасность даже повышается вследствие увеличения емкостной

проводимости фаз относительно земли.

Наиболее часто, как источники малого напряжения, применяются понизи-

тельные трансформаторы. Они отличаются от других источников малого напря-

жения простотой конструкции и большей надежностью. Единственно слабое ме-

сто понизительных трансформаторов

– возможность перехода высшего напря-

жения первичной обмотки на вторичную. В этом случае прикосновение к токо-

ведущим частям или к незаземленному корпусу, оказавшемуся под напряжени-

ем, в сети малого напряжения равноценно такому же прикосновению в сети

высшего напряжения (рис. 1.33, а). С целью уменьшения опасности при перехо-

де высшего первичного напряжения на

сторону вторичного малого напряжения

вторичная обмотка трансформатора заземляется или зануляется.

Применение в качестве источника малого напряжения автотрансформатора

запрещено, так как сеть малого напряжения в этом случае оказывается связан-

ной с сетью высшего напряжения (рис. 1.33, б), что в трансформаторах бывает

только при повреждениях изоляции между обмотками.

Рис. 1.33. Возможность перехода высшего напряже-

ния первичной обмотки на вторичную: а – схема

с понизительным трансформатором; б – схема с авто-

трансформатором

Применение малых напряжений – весьма эффективная защитная мера, но ее

широкому распространению мешает невозможность осуществления протяжен-

ной сети малого напряжения. Поэтому источник малого напряжения должен

быть максимально приближен к потребителю. Вследствие того, что потребители

рассредоточены на значительных территориях, надо устанавливать источники на

небольшую группу потребителей или даже на каждый потребитель, что

эконо-

мически невыгодно. Применение большого количества гальванических или ак-

кумуляторных батарей вызвало бы серьезные неудобства в эксплуатации, а при-

менение большого числа трансформаторов экономически невыгодно, так как

приводит к большому расходу дефицитных материалов, удорожанию установки,

увеличению потерь и к снижению cosφ.

Вследствие этих недостатков область применения малых напряжений на

производстве

ограничивается ручным электрифицированным инструментом,

ручными и станочными лампами местного освещения, которые эксплуатируются

в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных.

1.4.11. Обеспечение недоступности токоведущих частей

Прикосновение к токоведущим частям всегда может быть опасным, даже в

сети напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью с хорошей изоляцией и

малой емкостью, не говоря уже о сетях с заземленной нейтралью и сетях напря-

жением выше 1 кВ. В последнем случае опасно даже приближение к токоведу-

щим частям.

В электроустановках напряжением до

1 кВ применение изолированных про-

водов уже обеспечивает достаточную защиту от напряжения при прикосновении

к ним. Изолированные провода, находящиеся под напряжением выше 1 кВ, не

менее опасны, чем голые, так как незаметные на глаз повреждения изоляции мо-

гут не обнаружиться, если провод в данном месте не имеет контакта с заземлен-

ными частями.

Человек, прикоснувшийся к проводу, попадает под напряжение.

Кроме того, зачастую провода с изоляцией, не рассчитанной на напряжение вы-

ше 1 кВ, прокладываются на изоляторах, как голые. Чтобы исключить возмож-

ность прикосновения или опасного приближения к неизолированным токоведу-

щим частям, должна быть обеспечена недоступность последних посредством ог-

раждения, блокировок или расположения токоведущих частей

на недоступной

высоте или в недоступном месте.

Ограждения применяются как сплошные, так и сетчатые с размером ячей сети

не более 25 × 25 мм. Сплошные ограждения в виде кожухов и крышек применя-

ются в электроустановках напряжением до 1кВ. Использование съемных крышек,

закрепляющихся болтами, не обеспечивает надежной защиты, так как зачастую

крышки снимаются,

теряются или используются для других целей, вследствие че-

го токоведущие части остаются на долгое время открытыми. Более надежны

крышки, укрепленные на шарнирах, запирающиеся на замок или запор, откры-

вающийся только специальным ключом или инструментом. Сетчатые ограждения

имеют двери, запирающиеся на замок. Высота сетчатых ограждений в закрытых

распределительных устройствах выше 1 кВ – не менее 1,7 м, в открытых – 2,0 м.

Блокировки применяются в электроустановках, в которых часто производят-

ся работы на ограждаемых токоведущих частях (испытательные стенды, уста-

новки для испытания изоляции повышенным напряжением и т. п.) Блокировки

устанавливаются также в

электрических аппаратах – рубильниках, пускателях,

выключателях и других устройствах, работающих в условиях с повышенными

требованиями безопасности (судовые, подземные и подобные им электроуста-

новки).

Блокировки по принципу действия разделяются электрические и механические.

Электрические блокировки осуществляют разрыв цепи специальными кон-

тактами, которые устанавливаются на дверях ограждений, крышах и дверцах

кожухов.

Если управление электроустановкой

производится дистанционно, блокиро-

вочные контакты включаются в цепь управления пускового аппарата. Наиболее

целесообразно применение для этой цели магнитного пускателя или контактора,

так как блокировочные контакты при открывании дверей размыкают цепь ка-

тушки пускателя (рис. 1.34). При обрыве этой цепи электроустановка отключа-

ется, как и при открывании дверей. Это предотвращает возможность несчастно-

го

случая при неисправной цепи блокировки. Электроустановка не может быть

включена при закрывании дверей, так как замыкания блокировочных контактов

еще недостаточно: для включения электроустановки требуется нажать кнопку

пуска. Поэтому если оператор вошел внутрь ограждения, он не может оказаться

под напряжением при случайном закрывании дверей. Включение блокировоч-

ных контактов в силовую цепь

не исключает этой возможности, и такая схема

блокировки не должна применяться.

Рис. 1.34. Схема электриче-

ской блокировки

Блокировочные контакты, установленные в цепь отключающей катушки ав-

томатического выключателя, при открывании дверей должны замыкать цепь ка-

тушки. При обрыве этой цепи размыкание контактов не приводит к отключе-

нию. При открывании дверей блокировка не сработает, человек может пройти за

ограждение и попасть под напряжение.

Для обеспечения безопасности необходимо, чтобы блокировочные

контакты

размыкались уже при незначительном растворе дверей (10–15 см), чтобы чело-

век не мог проникнуть за ограждение при неразомкнувшихся контактах. Блоки-

ровочные контакты должны устанавливаться на обеих половинках двухстворча-

тых дверей, чтобы не было возможности включить электроустановку, оставив

открытой одну из этих половин.

Механические блокировки применяются в рубильниках, пускателях, автома-

тических

выключателях и т. п. В аппаратуре автоматики, вычислительных ма-

шинах, радиоустановках и т. п. применяются блочные схемы. В общем корпусе

устанавливаются отдельные блоки, соединяющиеся с остальным устройством

штепсельным соединением. Когда блок выдвигается или удаляется со своего

места, штепсельный разъем размыкается. Таким образом, блок отключается ав-

томатически при открывании его токоведущих частей

Блокировки применяются также и для предупреждения ошибочных действий

персонала при переключениях в распределительных устройствах и на подстанциях.

Расположение токоведущих частей на недоступной высоте или в недоступ-

ном месте позволяет обеспечить безопасность без ограждений. При этом следу-

ет учитывать возможность случайного прикосновения к токоведущим частям

посредством длинных предметов, которые человек может

держать в руках. Если

к токоведущим частям, расположенным на высоте, возможно прикосновение с

мест, редко посещаемых людьми (крыш, площадок и т. п.), то в этих местах

должны быть установлены ограждения или приняты другие меры безопасности.

Контрольные вопросы к главе 1

1. Объясните, пожалуйста, почему у человека повышается чувствительность

к электрическому току в области сверхнизких частот?

Чем обусловлено снижение чувствительности человека к электрическому

току при частотах 1000 и более Гц?

Каково влияние ёмкости фаз сети относительно земли на ток через тело

человека, коснувшегося одной из фаз в сети с изолированной нейтралью, в сети

с заземленной нейтралью?

Какая принципиальная разница между защитным заземлением и зануле-

нием?

Почему зануление и защитное отключение не являются средствами обес-

печения электробезопасности одной группы, назначение которой – отключение

электроустановки при возникновении электроопасной ситуации?

Какие недостатки, по Вашему мнению, имеют устройства защитного от-

ключения или контроля изоляции, реагирующие на изменение наложенного опе-

ративного (переменного, постоянного, выпрямленного) тока?

Библиографический список к главе 1

1. Сидоров, А.И. Основы электробезопасности: учебное пособие / А.И. Сидо-

ров. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2001. – 344 с.

Щуцкий, В.И. Безопасность при эксплуатации электротехнических систем:

учебное пособие / В.И. Щуцкий, А.И. Сидоров. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ,

2001. – 282 с.

Изоляция подземных электроустановок шахт и электробезопасность /

Л.В. Гладилин, Б.Г. Меньшов, В.И. Щуцкий и др. – М.: Недра, 1966. – 262 с.

Манойлов, В.Е. Основы электробезопасности / В.Е. Манойлов. – Л.: Энер-

гоатомиздат, 1991. – 480 с.

Электробезопасность на открытых горных работах / В.И. Щуцкий,

А.И. Сидоров, Ю.В. Ситчихин и др. – М.: Недра, 1996. – 267 с.

Королькова, В.И. Электробезопасность на промышленных предприятиях /

В.И. Королькова. – М.: Машиностроение, 1970. – 522 с.

Якобс, А.И. Электробезопасность в сельском хозяйстве/ А.И. Якобс,

А.В. Луковников. – М.: Колос, 1981. – 239 с.

Электробезопасность в машиностроении / Б.А. Князевский, А.И. Ревякин,

Н.А. Чекалин и др. – М.: Машиностроение, 1980. – 240 с.

Кораблев, В.П. Электробезопасность на химических предприятиях /

В.П. Кораблев. – М.: Химия, 1977. – 232 с.

10.

Электробезопасность в горнодобывающей промышленности /

Л.В. Гладилин, В.И. Щуцкий, Ю.Г. Бацежев и др. – М.: Недра, 1977. – 327 с.

11.

Щуцкий, В.И. Защитное отключение электроустановок потребителей /

В.И. Щуцкий, О.Н. Белюстин, А.А. Буралков – М.: Энергоатомиздат, 1994. –

272 с.

12.

Щуцкий, В.И. Электрификация подземных горных работ / В.И. Щуцкий,

Н.И. Волощенко, Л.А. Плащанский. – М.: Недра, 1986. – 364 с.

13.

Цапенко, Е.Ф. Шахтные кабели и электробезопасность сетей / Е.Ф. Ца-

пенко, Л.И. Сычев, П.Н. Кулешов. – М.: Недра, 1988. – 213 с.

14.

Охрана труда в электроустановках / под ред. проф. Б.А. Князевского. –

М.: Энергия, 1977. – 320 с.

ГЛАВА 2. Статическое электричество

2.1. Физические характеристики статического электричества

Статическое электричество (СЭ) − это совокупность явлений, связанных с

возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда

на поверхности или в объеме диэлектриков или на изолированных проводниках.

По физико-химическому строению все вещества электрически нейтральны,

то есть обладают равным количеством положительных и отрицательных заря-

дов. Тело является наэлектризованным, если содержит избыток электрических

зарядов какого-либо

одного знака. Процесс электризации заключается в том, что

одно тело приобретает или отдает другому электрические заряды преимущест-

венно одного знака. Обмен зарядами между взаимодействующими телами про-

исходит на границе их соприкосновения или вблизи ее за счет сложных физико-

химических процессов. Два электрически нейтральных тела, приведенных в со-

прикосновение, после нарушения

контакта между ними могут оказаться наэлек-

тризованными зарядами противоположного знака. Наиболее ярко способность к

электризации проявляется у диэлектрических материалов. На производстве су-

ществует большое количество технологических процессов и оборудования, ис-

пользование которых связанно с образованием зарядов статического электриче-

ства. Например, эксплуатация аппаратов, предназначенных для измельчения и

просеивания материалов, сушилок конвективных (распылительных

, аэрофон-

танных, кипящего слоя, вихревых, барабанных и т.д.); пылеосадительных ка-

мер; циклонов; рукавных фильтров; подача сыпучих веществ и диэлектрических

жидкостей в резервуары, приемные бункеры, элеваторы (нории); транспорти-

ровка сыпучих веществ по ленточным транспортерам (наклонным и горизон-

тальным), конвейерным лентам, пневматическим транспортным системам и т.д.

Мерой электризации является количество электрического заряда, перешед-

шего с одного тела на другое в ходе их взаимодействия. Алгебраическая сумма

потерянных или приобретенных телом в результате электризации зарядов со-

ставляет его суммарный электрический заряд q. Если избыточные заряды, полу-

ченные в результате электризации, располагаются на поверхности, как это, на-

пример, имеет место у твердых

диэлектриков (при разделении пластин, сматы-

вании рулонов бумаги, ткани и т. п.), пользуются оценкой поверхностной плот-

ности заряда, в тех случаях, когда заряды равномерно распределены во всей мас-

се диэлектрика, для характеристики степени наэлектризованности материала ис-

пользуют среднюю объемную плотность заряда. В некоторых технологических

операциях, связанных с обработкой или изготовлением продукции

в виде нитей,

лент и т. п., удобнее пользоваться оценкой наэлектризованности в виде удельно-

го заряда, приходящегося на единицу длины, Кл/м.

В окружающем заряды пространстве образуется электрическое поле, дейст-

вие которого проявляется и обнаруживается при внесении в него заряженных и

нейтральных предметов, как проводников, так и непроводников. Основными па-