Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Государственный комитет Российской Федерации по рыболовству
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Астраханский государственный технический университет»
Образовательная деятельность в сфере высшего и дополнительного
профессионального образования сертифицирована DQS по ISO 9001
Кафедра Связь
Лихачев Е.В.
Основы электробезопасности
в технике связи
Методические указания к лабораторно-практическим занятиям
для студентов, обучающихся по
направлению 210400 “Телекоммуникации”
Астрахань – 2009
УДК 621. 3
ББК З31.29
Л 65
Автор: ст. пр. Лихачев Е.В.
Рецензент: к.т.н., проф. В.Д. Семейкин
Лихачев Е.В. Методические указания к лабораторно-практическим занятиям по дисциплине “Основы электробезопасности в технике связи” для студентов, обучающихся по направлению 210400 “Телекоммуникации” / АГТУ. Астрахань, 2009. – 80 с.
В учебном пособии приведены краткая теория, методика выполнения лабораторных работ по основным темам дисциплины «Основы электробезопасности в технике связи»: основы электробезопасности, изоляция электрических сетей и электрооборудования, защитное заземление и зануление, санитарно-гигиенические факторы производственной среды и др.
Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям «Средства связи с подвижными объектами» и «Сети связи и системы коммутации» направления 210400 «Телекоммуникации».
Учебное пособие утверждено на заседании кафедры “Связь”
20 января 2009 г. протокол № 1.
© Астраханский государственный технический университет
СОДЕРЖАНИЕ
|
[0.0.0.1]
[1] [2] Вероятностная модель полного сопротивления тела человека
[3] [4] Определение сечений проводов и кабелей
[5] [6] Определение сопротивления изоляции электроустановок
[7] [8] Первая помощь пострадавшим от электрического тока
[9] [10] Защитное заземление
[11] [12] Защитное зануление
[13] [14] Расчет освещения
[15] |
Цель работы:
Изучить вероятностную модель полного сопротивления тела человека.
Задание:
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Электрическое сопротивление тела человека влияет на эффективность действия электрозащиты, так как определяет значение тока, протекающего через него и обусловливающего вероятность возникновения электропора жения. Значение полного сопротивления тела человека зависит от ряда факторов: напряжения прикосновения, рода, ча стоты, длительности протекания тока, температуры окружающей среды, площади соприкосновения электродов с телом, состояния кожи в месте приложения электродов, путей протекания тока. Однако в предлагаемых многими авторами, а также Международной электротехнической ко миссией схемах замещения полного сопротивления эти факторы не учиты ваются, и до сих пор обычно применяются детерминистические модели этого сопротивления.
Схема замещения (рисунок 1.1) разработана на базе всестороннего анализа результатов исследований многих специалистов, в частности В.И. Щуцкого, Г. Бигельмейера, 3. Терссяка, Г. Фрейбергера, А.П. Киселева, Н.П. Коренева, A.M. Цыбизова, В.К. Бузовкина, П. Осипки и Р. Гудсрского. В схеме замещения выделены полные сопротивления кожи Zs и внут реннего участка тела Zw человека.
На значение полного сопротивления тела человека в основном влия ет сопротивление его кожи Rs, состоящей из разных слоев, главными из которых являются эпидермис и дерма. Удельное сопротивление рогового слоя эпидермиса (толщиной от 0,03 до 0,06 мм) составляет 104 - 106 Ом. Эпидермис пронизан потовыми железами, характеризующимися хорошей электропроводностью. При напряжении выше напряжения прикосновения наблюдается изменение электрического сопротивлении коли. По мнению многих элсктрофизиологов, это происходит из-за выделения пота и увлажнения эпидермиса в результате раздражающего воздействия электрического тока на потовые железы.
Рисунок 1.1 – Схема замещения полного сопротивления тела человека
Сопротивление кожи Rs представляет собой нелинейный элемент. Установлено, что его значение параметрически зависит от длительности воздействия тока и напряжения. Снижение значения этого сопротивления происходит в начальный период электропоражения и длится не более 0,5 с. Уровень, до которого снижается значение Rs, при длительном электропо ражении, зависит от действующего значения напряжения прикосновения.
В схему замещения включены две составляющие сопротивления ко жи: линейная Rc и нелинейная Rn. Значение сопротивления Rc. зависит от температуры окружающей среды, степени влажности кожи и эквивалент ной площади прикосновения электродов к телу человека, которая опреде ляется из формулы
|
|
(1.1) |
где S1,S2 - площади прикосновения электродов к телу человека.
Значение сопротивления Rn зависит от напряжения прикосновения [2].
Емкость кожи Cs обусловлена роговым слоем эпидермиса толщиной около 0,01 мм, электрическая прочность которого находится в пределах 500 — 2000 R/мм. Значение емкости Cs прямо пропорционально зависит от эквивалентной площади прикосновения электродов к телу человека.
Схема замещения полного сопротивления внутреннего участка тела человека Zw состоит из соответственно соединенных сопротивлений R'w, R"w, R'"w и емкости Cw, включающей элементарные емкости внутренних органов, вплоть до клеточного уровня. Сопротивления внутреннего участ ка R'w и R"w, зависят от пути протекания тока через тело человека.
Аналитическое описание модели полного сопротивления тела человека. Для описания вероятностной модели полного сопротивления использовано логарифмическое нормальное распределение, которое достато чно хорошо описывает случайные значения параметров схемы замещения, а также активное, реактивное и полное сопротивления чела человека. Можно достаточно точно отобразить влияние указанных факторов на случайное значение полного сопротивления, соответственно модифицируя медиальные значения параметров схемы. В табл. 1.1 и 1.2 при ведены обобщенные (на основе результатов исследований многих специа листов) медиальные значения параметров и стандартные отклонения лога рифмическою нормального распределения параметров полного сопротив лении соответственно кожи (мужчины, S0 = 40 см2, Т = 20 °С) и внутренне го участка тела в предлагаемой схеме замещения (см. рис. 1.1). Учтено влияние на эти медиальные значения таких факторов, как состояние кожи (см. табл. 1.1) и путь протекания тока через тело человека (см. табл. 1.2).
Таблица 1.1
|
Состояние ко жи |
Медиальные значения пара метров |
||
|
Rcm (So), кОм |
гn(So), кОм-В |
Csm (So), мкФ |
|
|
Сухая Влажная Мокрая (NaCI) |
4,70 2,70 0,80 |
190 190 190 |
0,52 0,52 0,52 |
|
Стандартнее отклонения: σlnRC = 0,45; σlnCS = 0,45 |
Влияние остальных факторов на медиальные значения параметров разработанной схемы замещения учитывается путем аппроксимации сле дующих зависимостей этих параметров:
а) от площади электродов
, , (1.2)
где Rcm(S) и Ccm(S) - медиальные значения линейной составляющей сопротивления Rc и емкости С, кожи; S и S0- эквивалентные площади при косновения электродов (см. формулу (1.1)), и тела человека; ба зовое значение S0=40 см2;
б) от температуры окружающей среды
(1.3)
где Rcmm(S) и Rcam(S) – медиальные значения линейной составляю щей сопротивления кожи Rc для мокрого и реального (мокрого, влажного или сухого) состояния кожи при данной площади прикосновения электро дов и температуре окружающей среды 20 °С; Т и То — температура окру жающей среды и базовая температура (принята равной 12 °С);
в) от напряжения прикосновения
(1.4)
где коэффициент rn(S), определяющий зависимость значения нели нейной составляющей сопротивления кожи Rn от напряжения прикос новения U, вычисляется по формуле
(1.5)
Rsm(S,T,U) - медиальные значения сопротивления кожи при услови ях длительного электропоражения, фиксированных площади электродов, температуре окружающей среды и напряжении прикосновения; rn(So) - по стоянный коэффициент (см. табл. 1.1);
г) от длительности воздействия тока
(1.6)
где kt=30 кОм-1 - постоянный коэффициент; t - длительность воз действия тока, с.
На основе медиан параметров схемы замещения (см. рис. 1.1) доста точно точно вычисляются медиальные значения всех составляющих, а также значения модуля и аргумента полного сопротивления благодаря ма лым значениям коэффициентов изменчивости рассматриваемых случайных величин.
Медиальное значение модуля полного сопротивления тела человека для напряжения прикосновения при частоте ниже 10 кГц достаточно точно вычисляется по упрощенной формуле
(1.7)
где Rwm = R'wm+R"wm - медиальное значение активной составляю щей полного сопротивления внутреннего участка тела человека при часто те ниже 10 кГц (см. табл. 1.2).
Таблица 1.2
|
Параметры логариф мического нормаль ного распределения |
Путь протекания тока через тело человека |
Медиальные значения параметров |
||||
|
R'wm, кОм |
R''wm, кOм |
Rwm, кОм |
R'''wm, к0м |
Cw, нФ |
||
|
Медианы |
р-р, р-н, н – н, рр - н, рр - нн |
0,40 0,30 0,20 |
0,40 0,30 0,20 |
0,80 0,60 0,40 |
0,13 0,13 0,13 |
4,30 4,30 4,30 |
|
Стандартные отклонения |
0,10 |
0,10 |
0,10 |
0,10 |
0 |
Примечание: Буквы "р" и "н" обозначают соответственно рука и нога.
Стандартные отклонения логарифмического нормального распреде ления числовых значений составляющих и полного сопротивления тела че ловека определяются по формулам:
(1.8)
(1.9)
(1.10)
(1.11)
(1.12)
Разработаны методы вычисления параметров логарифмического нормального распределения, которые основаны на возможности приблизи тельного описания рассматриваемых случайных величин логарифмическим нормальным или нормальным распределением.
Сравнение рассмотренных численных характеристик вероятностной моде ли полного сопротивления тела человека с результатами, полученными многими исследователями, подтверждает корректность предложенной схемы замещения и разработанной модели. На рисунке 1.2 показаны ре зультаты аналитического моделирования (сплошные линии) и экспериментальных исследований Г. Бигсльмейера (точки), касающиеся квантилей полного сопротивления тела человека.
Рисунок 1.2 - Зависимости квантилей полного сопротивления тела челове ка Z от напряжения прикосновения U при различных уровнях доверитель ной вероятности (р - р или р - н, 50/60 Гц, сухая кожа, S1 = S2 = 80 см3)
Описание используемого оборудования – Мультиметр М830В
Этот инструмент - один из серии карманных 3,5 -разрядных цифровых мультиметров для измерения постоянного, переменного напряжения, постоянного тока, сопротивлений, проверки диодов и транзисторов. Мультиметр снабжен защитой от перегрузки на всех пределах измерений и индикацией разряда батареи. Это идеальный инструмент для использования в лабораториях, цехах, для хобби и для работы дома.
Передняя панель (см. рис. 1.3):
Рисунок 1.3- Мультиметр М830В
Перед использованием инструмента проверьте провода, щупы и пробник на разрыв и нарушение изоляции.
Порядок действий при измерении сопротивлений:
Порядок выполнения работы
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Цель работы
Изучить методы определений сечений проводов и кабелей по заданной величине потери напряжения
2. Задание
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Решение этой задачи в линиях постоянного тока или в тех линиях переменного тока, в которых можно пренебречь индуктивным сопротивле нием, весьма просто. Сечение определяется непосредственно из формул и зависит от суммы моментов тока, деленной на проводимость и допусти мую величину потери напряжения.
В линиях переменного тока с большими значениями индуктивного сопротивления потеря напряжения может рассматриваться как состоящая из двух частей: части, обусловленной активными сопротивлениями, и час ти обусловленной индуктивными сопротивлениями. Поэтому для линии с несколькими нагрузками можно написать:
(2.1)
т. е. потеря напряжения зависит не только от активных сопротивлений r, но и от индуктивных сопротивлений х, причем зависимость последних от сечения проводов более сложна, чем для активных сопротивлений.
Действительно индуктивное сопротивление, как это видно из формулы:
(2.2)
зависит от стоящих под знаком логарифма диаметра провода d и расстояния D между проводами.
Зависимость активного сопротивления от сечения провода определяется гиперболической кривой, в то время как индуктивное сопротивление зависит от сечения весьма мало и имеет значение, колеблющееся для воздушных линий в пределах от 0,35 до 0,45 Ом/км.
Учитывая это обстоятельство, можно задаться в начале расчета некоторой средней величиной индуктивного сопротивления (например, x = 0,4 Ом/км — для воздушных линий) и подсчитать часть потери напряжения, обусловленную этим сопротивлением:
(2.3)
Зная общую величину допустимой потери напряжения ΔUдоп и вычитая ΔUr из ΔUдоп, находим величину потери напряжения, которая может быть допущена в активных сопротивлениях линии, т. е.
(2.4)
Тогда в предположении постоянного сечения проводов вдоль линии можем написать:
(2.5)
Отсюда определяем сечение проводов
(2.6)
Полученное сечение провода должно быть округлено до стандартного, после чего необходимо определить потерю напряжения с учетом действительных значений r0 и x0 для выбранного сечения, поскольку ранее х0 было принято условно. Если полученная величина потери напряжения будет меньше допустимой, то выбранные сечения проводов принимаются; если же потеря напряжения окажется больше допустимой, необходимо расчет провести снова, увеличив соответственно сечение провода. Разумеется, повторный расчет не требуется, если предварительно принятое значение сопротивления xо больше фактически полученного xо для выбранного сечения.
Выбранные изложенным выше методом сечения проводов и кабелей по допустимой потере напряжения должны быть проверены по экономической плотности тока и в случае необходимости увеличены.
Определение сечения по условию постоянства плотности тока
Для определения сечения на отдельных участках линии по допустимой потере напряжения при условии постоянства плотности тока на всех участках для схемы рисунка 2.1 напишем выражение допустимой активной потери напряжения для всей линии:
(2.7)
Задавшись на всех участках, согласно условию постоянной плотности тока, получим:
( 2.8)
откуда , или для линии с любым числом нагрузок
т (2.9)
Определив jпост, находят сечение проводов для каждого участка из соотношения , после чего делается проверка на допустимую потерю напряжения для фактических значений r0 и x0 и допустимый по нагреву ток нагрузки.
Метод расчета сети, рекомендуемой ПУЭ, по экономической плотности тока учитывает главнейшие факторы, влияющие на экономичность сооружения, и поэтому является основным. Однако сечение проводов, выбранное по этому методу, может не обеспечить допустимой потери напряжения, поэтому предварительно следует определить плотность тока Iпост, обеспечивающую заданную потерю напряжения. Если полученное значение Iпост будет меньше экономической плотности тока Iэ, то принимается Iпост, если Iпост > Iэ, то принимается экономическая плотность тока.
Для более точной оценки экономичности запроектированной сети, а также для сетей сложной конфигурации должны быть выполнены технико-экономические подсчеты с определением капитальных затрат, потерь электрической мощности и энергии и эксплуатационных расходов для нескольких возможных вариантов.
Сказанное иллюстрируется приведенным ниже примером.
Пример
а) Определить сечения сталеаллюминиевых проводов воздуш ной линии передачи трехфазного тока напряжением 35 Кв, питающих два промышленных предприятия по схеме, изображенной на рисунке 1.1.
Рисунок 2.1 - Схема к примеру
На схеме даны нагрузки (в МВт и MB Ар), а расстояния (в км).
Коэффициент мощности потребителей cos φ = 0,8. Расстояние между осями горизонтально расположенных проводок линии 3,0 м. Допустимая потеря напряжения 8%.
Для выбора наивыгоднейшего решения произвести технико-экономический расчет, принять стоимость установленного 1 КВт на электростанции 2000 руб/КВт, стоимость 1 КВт.ч электроэнергии 2 руб/КВт.ч, отчислении на амортизацию и ремонт линии 7,0 %.
Решение:
Допустимая потеря напряжения
Приняв среднее значение реактивного сопротивления линии х0 = 0,4 Ом/км, находим:
Допустимая потеря напряжения от активных нагрузок
Определяем плотность jпост, при которой будет обеспечиваться указанная потеря напряжения:
.
Токи на участках:
; .
Сечения проводов:
- принимаем АС-185; r0=0,16 Ом/км;
- принимаем АС-70; r0=0,43 Ом/км.
Определяем сечение магистрали по заданной допустимой величине потери напряжения:
-
принимаем АС-150; r0=0,20 Ом/км;
Определяем сечения проводов ответвлений. Действительная потеря напряжения на участке А1:
.
Допустимая потеря напряжения для ответвления 12
.
Ответвление 12
.
.
-
принимаем АС-120/27; r0=0,25 Ом/км;
Для окончательного выбора варианта производим технико-экономический подсчет для обоих вариантов (используя данные таблицы 1 Приложения 1).
Таблица 2.1
|
Наименование технико-экономических показателей |
Вариант 1 (по постоянству плотности тока) |
Вариант 2 (по заданной допустимой величине потери напряжения) |
|
Потери мощности, кВт |
3∙(2062∙0,16∙15+ +82,62∙0,43∙10) = 394 |
3∙(2062∙0,20∙15 + +82,62∙0,25∙10) = 382 |
|
Стоимость потерь электрической энергии (при τ=1800ч), тыс. руб. |
10-3∙2∙1800∙394=1418 |
10-3∙2∙1800∙382=1375 |
|
Стоимость линий, тыс. руб. |
72,8∙15+25,7∙10=1349 |
60∙15+51∙10=1410 |
|
Стоимость добавочной мощ ности на электростанции для покрытия потерь, тыс. руб. |
2∙394=788 |
2∙382=764 |
|
Полная величина капиталь ных затрат, тыс. руб. |
1349+788=2137 |
1410+764=2174 |
|
Отчисление на амортизацию и ремонт (7%), тыс. руб. |
0,07∙2137=150 |
0,07∙2174=152 |
|
Полная стоимость ежегод ных эксплуатационных рас ходов, тыс.руб. |
1418+150=1568 |
1375+152=1527 |
По капитальным затратам второй вариант выходит немного затратнее. Но так как потери в первом варианте больше, то и эксплуатационные расходы для него превышают эксплуатационное расходы второго варианта на сопоставимую сумму с разницей в капзатратах, поэтому окончательно должно быть принято сечение АС-150 на первом участке и AC-120 на втором.
Задание на расчетную часть лабораторно-практической работы:
Воздушная сеть трехфазного тока (см. рис. 2.2) с номинальным напряжением 640 В выполняется сталеалюминиевыми проводами со средним геометрическим расстоянием между проводами 600 мм. На схеме сети и в вариантах задания даны нагрузки в киловаттах, а также расстояние между точками приложения нагрузок в метрах.
Рис. 2.2. - Схема к заданию
l1=N;
l2=(100-N);
l3=N/2;
l4=2∙N;
l5=75+N/2;
P1=N+80;
P2=N/2+70;
P3= P1- P2;
P6= P2/6;
P5=N;
P4= P2- P5- P6;
Q1=(100-N)/2+40;
Q2=0,8∙Q1;
Q3=0,2∙Q1;
Q4=0,3∙Q2;
Q5=0,2 Q2;
Q6=0,5∙Q2.
В случае, если P4 окажется <0, принять P4 =0
Коэффициент мощности потребителей cos φ = 0,8. Расстояние между осями горизонтально расположенных проводок линии 3,0 м. Допустимая потеря напряжения 8%.
Определить сечения сталеаллюминиевых проводов воздуш ной линии передачи трехфазного тока с помощью изученных методов. Для выбора наивыгоднейшего решения произвести технико-экономический расчет, принять стоимость установленного 1 КВт на электростанции 2000 руб/КВт, стоимость 1 КВт.ч электроэнергии 2 руб/КВт.ч, отчислении на амортизацию и ремонт линии 7,0 %.
Произведите проверку расчета путем моделирования заданных условий на программе «Расчет сечений проводников».
Описание используемого программного обеспечения – «Расчет сечений проводников»
При запуске данного ПО Вам вначале будет предложено ввести такие исходные данные, как: номинальное напряжение воздушной сети, среднее значение реактивного сопротивления линии, коэффициент мощности потребителей, допустимую потерю напряжения.
Далее откроется основное окно программы, на котором необходимо построить заданную преподавателем электросеть. Сначала строится магистраль (начало в точке А1), путем последовательного отмечания узловых участков на карте и задания необходимых расчетных данных для каждого отрезка электросети. При этом на каждом участке магистрали на карте отображается № участка, его длина в километрах и нагрузка на нем в киловаттах. После нанесения магистрали, при неоходимости, отмечаются ответвления магистрали (нажатие на кнопку «Ответвление», указание начального и конечного узла на карте, его параметров).
По нажатию кнопки «Расчет промежуточных характеристик» будет произведен расчет ΔUdop, ΔUr, ΔAdop, j. После нажатия кнопки «Расчет сечений» будет произведен расчет необходимых сечений магистралей и ответвлений.
Порядок выполнения работы
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Цель работы:
Изучить методы измерения сопротивления изоляции электроустановок.
Задание:
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
При снижении сопротивления изоляции в месте повреждения (загрязнение, увлажнение и т. п.) увеличивается ток, протекающий под действием рабочего напряжения сети; соответственно повышается температура нагрева этого места. Повышение температуры нагрева изоляционного материала снижает его сопротивление, что приводит к соответствующему увеличению тока. Последнее вызывает новое повышение температуры и соответствующее дополнительное снижение сопротивления изоляции. Процесс нарастания электрического тока продолжается до тех пор, пока не установится равновесие между тепловыделением и теплоотводом (при какой-то установившейся температуре перегрева). В случае, когда условия охлаждения не соответствуют интенсивности тепловыделения в месте повреждения, наступает лавинообразное нарастание тока, приводящее к тепловому разрушению материала и дуговому замыканию. Поэтому при снижении сопротивления изоляции необходимо принимать меры к устранению неисправности.
Сопротивление изоляции сети
Сеть состоит из комплекса гальванически связанных электротехнических изделий - источника электроэнергии, распределительных щитов, приемников электроэнергии, линий связи и пр. Каждое изделие имеет определенное значение сопротивления изоляции.
Если все токоведущие части данной фазы находятся под электрическим потенциалом фф, а земля имеет электрический потенциал ф0, то сопротивления изоляции R0 этой фазы у всех элементов сети оказываются под одной и той же разностью потенциалов. Отсюда следует, что сопротивления R0 всех элементов сети включены между собой параллельно. Обычно измеряют эквивалентное сопротивление изоляции не отдельных фаз, а сети в целом (или ее отдельных участков). Тогда
(3.1)
где Rni - сопротивление изоляции отдельного электротехнического изделия, n - количество изделий в сети.
То есть эквивалентное сопротивление изоляции сети относительно земли зависит от количества входящих в эту сеть электротехнических изделий и значений их сопротивления изоляции. Чем разветвленнее сеть, чем больше в ней элементов, тем ниже уровень ее сопротивления изоляции. При этом даже и случаи исправной изоляции у всех элементов значение эквивалентного сопротивления изоляции сети может быть весьма низким. В разветвленной сети на фоне низкого значения эквивалентного сопротивления изоляции незаметно аварийное снижение сопротивления изоляции одного из элементов. Тем самым возрастает пожарная опасность разветвленных сетей.
Емкость относительно земли
Токоведущие части и корпус электротехнического изделия (либо земля) образуют своеобразный конденсатор, обладающий определенной емкостью. Действительно, здесь мы имеем две токопроводящие среды, изолированные друг от друга и находящиеся под разными потенциалами φф и φ0.
Так, на рисунке 3.1, а видно, что каждый элементарный участок провода длиной ΔL обладает емкостью ΔС относительно земли. Эквивалентная емкость провода равна сумме этих частичных емкостей. Емкость жилы кабеля длиной 1 км относительно внешней металлической оплетки колеблется в диапазоне 0,1-1,0 мкФ в зависимости от ее сечения и конструкции кабеля. Каждый токоведущий элемент - обмотки электрических машин, трансформаторов и реле, печатный монтаж и пр. - имеет определенную емкость.
Емкость относительно земли - элемент, распределенный по длине линии. Однако при анализе условий электробезопасности распределенную емкость заменяют сосредоточенной эквивалентной и применяют аппарат теории цепей с сосредоточенными параметрами. Это справедливо, так как длина электромагнитной волны промышленной частоты 50 Гц равна 6000 км (λ = c/f), то есть она существенно больше геометрических размеров электрической сети любого промышленного объекта. Емкость как распределенный элемент учитывается при анализе нестационарных высокочастотных процессов типа импульсных перенапряжений в сети при внезапных замыканиях на землю и при расчете процессов в протяженных линиях передачи электроэнергии.
|
|
||
|
φФ = Uф |
||
|
φ0 = 0 |
Рисунок 3.1 - Емкость токоведущих частей относительно земли: распределенная (а) и эквивалентная (б).
Другим источником емкости (основным по количественному значению) являются фильтры защиты аппаратуры автоматики и радиоэлектронной аппаратуры от помех. Эти фильтры устанавливают у источника помехи и в цепях питания радиоэлектронной аппаратуры.
В любой сети постоянною токи или промышленной частоты при каждом разрыве электрической цепи возникают высокочастотные электромагнитные колебания (электромагнитные помехи), которые как излучаются во внешнее пространство, так и проходят по сети. Генераторами подобных помех являются коммутационные аппараты (контакторы, реле), коллекторные электрические машины и тому подобные элементы. Другим источником помех является нелинейные элементы сети, искажающие форму кривой напряжения и генерирующие высокочастотные составляющие (например, полупроводниковые выпрямители).
Обычно уровень электромагнитных помех снижают путем применения емкостных помехоподавляющих фильтров.
Например, конденсаторы C1, включаются между каждой щеткой коллекторной электрической машины и корпусом. При этом для высокочастотной электромагнитной помехи внутри корпуса машины создается контур «щетка Щ1 - конденсатор C1 - корпус - конденсатор C1 - щетка Щ2», имеющий бесконечно низкое сопротивление
Хс =1/2πnfCl ->0
где n - кратность частоты помехи по отношению к основной гармонике 50 Гц. В результате помеха не выходит за пределы корпуса машины. Емкость каждого фильтра в зависимости от конкретных обстоятельств лежит в диапазоне 0,049-10 мкФ и более.
Емкость ухудшает изоляционные параметры сети, снижая эквивалентное сопротивление токоведущих частей относительно земли при исправной электрической изоляции. Например, если имеем эксплуатационный уровень эквивалентного сопротивления изоляции сети 600 кОм, то при значении емкости 1 мкФ он снижается в 200 раз - до 3 кОм; если емкость составляет 100 мкФ, то он падает в 20000 раз - до 30 Ом.
Емкость оказывает на сеть и другие виды негативного воздействия. Так, при каждом подключении приемников электроэнергии (отдельных участков сети) она в процессе своего заряда генерирует импульсные перенапряжения; при определенных обстоятельствах последние могут сформировать электрические пробои воздушных зазоров и дуговые замыкания. Паразитные емкостные связи способствуют выносу переменного напряжения сети питания в цепи систем автоматического управления и контроля; в результате нарушения работы систем автоматики могут сформироваться разнообразные аварийные ситуации на объектах.
Таким образом, анализ условий электробезопасности как на стадии разработки проекта электроустановки, так и при ее эксплуатации должен выполняться с учетом параметров цепей связи токоведущих элементов с землей. В качестве примера на рис. 2.1, б приведена эквивалентная схема трехфазной сети с изолированной нейтралью.
Как правильно измерить сопротивление изоляции электроустановок
Сопротивления изоляции распределены по сети. Обычно оперируют значениями эквивалентных величин. Вследствие этого линии связи между токоведущими частями и корпусом, показанные в упомянутой статье на схемах замещения (рис. 3.2), и соответствующие им подключения элементов к фазам (полюсам) сети и земле в природе отсутствуют. Поэтому измерить значение сопротивления изоляции непосредственным подключением какого-либо прибора к схемным линиям связи не представляется возможным. По этой причине обычно используют косвенные методы измерений - активные (с применением вспомогательного источника напряжения) или пассивные (с использованием рабочего напряжения сети в качестве оперативного напряжения).
В сетях с заземленной нейтралью выполняют периодический контроль при снятом рабочем напряжении, а в сетях, изолированных от земли, согласно п. 1.6.12 Правил устройства электроустановок - автоматический контроль под рабочим напряжением.
Представление о значении сопротивления изоляции дает лишь сила тока в измерительной цепи в установившемся режиме, так как в первые моменты после приложения измерительного напряжения, а также при каждом изменении структуры и состава сети (например, при подключении новых электроприемников) в измерительной цепи протекают токи переходных режимов, обусловленные перезарядом емкости полюсов сети относительно корпуса или зарядом емкости подключаемого участка сети. Кроме того, на результат измерений оказывает влияние рабочее напряжение электроустановки.
Правильный результат может быть получен лишь при соответствии принятого метода измерений параметрам контролируемой сети. Без соблюдения этого условия в одной и той же сети при измерении различными средствами могут быть получены данные, противоречащие одни другим.
Измерения при снятом рабочем напряжении
При снятом рабочем напряжении применяют метод наложения постоянного напряжения. Измерительный прибор - переносной либо щитовой мегаомметр И- содержит источник постоянного напряжения Е и миллиамперметр А (рисунок 3.2).
Рисунок 3.2 - Измерение при снятом рабочем напряжении
Один полюс прибора (обычно положительный) подключается к токоведущей части (например, к клемме 1), а второй полюс - к корпусу проверяемого электротехнического изделия.
В установившемся режиме после заряда емкостей C1 и С2 относительно корпуса ток IИЗМ, протекающий под действием источника Е, на полюсе 1 разветвляется: его часть I'изм протекает через эквивалентное сопротивление изоляции R1 полюса 1, а другая часть I''изм - через сопротивление нагрузки Rн и эквивалентное сопротивление изоляции R2 полюса 2. Далее ток протекает по корпусу и суммируется в цепи миллиамперметра А.
Силу тока IИЗМ определяет выражение:
Iизм=E/{Rвн+R) (3.2)
где RBH - внутреннее сопротивление мегаомметра (миллиамперметра, источника измерительного напряжения и добавочного сопротивления Rд), R -эквивалентное сопротивление изоляции. Строго говоря, в последнем следовало бы учесть сопротивление RH, но обычно RH«R2 поэтому его влиянием допустимо пренебрегать (в тех случаях, когда внутреннее сопротивление контролируемого изделия соизмеримо с величиной сопротивления изоляции, такое допущение может приводить к ошибочным результатам, завышенным против фактических).
При RBH = const и Е = const сила тока в измерительной цепи зависит только от величины R, поэтому миллиамперметр градуируют непосредственно в единицах сопротивления.
На практике обычно применяют переносные мегаомметры с питанием от сети переменного тока (типа MI27) или с автономным источником (типа М4100). В качестве последнего используют индукторный генератор с ручным приводом (скорость вращения рукоятки около 2 об/с). Чтобы уменьшить погрешность измерений из-за непостоянства скорости вращения рукоятки, в таких мегаомметрах в качестве измерительного прибора используют не миллиамперметр, а логометр, одна рамка которого подключена непосредственно к источнику напряжения, а вторая, жестко связанная с ней, включена в измерительную цепь.
Для повышения достоверности измерений измерительное напряжение выбирают близким к рабочему напряжению контролируемой цепи. Для электрооборудования напряжением от 100 В до 400 В применяют мегаомметры напряжением 500 В. Безопасность измерений при этом достигается за счет ограничения силы тока в измерительной цепи до величины 1 мА добавочным сопротивлением R = 0,5 МОм.
Измерения в сетях постоянного тока
Норвежская фирма Autronica создала автоматизированную систему контроля сопротивления изоляции System AJ-1 с генератором оперативного напряжения частотой 5 Гц. Фирма Merlin Gerin (Франция) выпускает приборы Vigilohm System XM-200 с оперативным источником частотой 2,5 Гц.
В ряде случаев вместо источника напряжения непромышленной частоты используют вспомогательный источник постоянного напряжения переменной полярности. Так, фирма Bender (Германия), выпускает прибор IRDH 265-4.
Метод уравновешенного моста
На этом методе, как правило, основана работа отечественных щитовых мегаомметров в сетях постоянного тока. Схема измерений этим методом приведена на рисунке 3.5, где использованы следующие обозначения: А - миллиамперметр; Rд - добавочное сопротивление; П - переключатель; Е - источник измерительного напряжения (до 150 В); Rп- потенциометр.
Плечами моста являются сопротивления изоляции R1 и R2 и сопротивления r1 и г2 плеч потенциометра Rп. Измерительный прибор и ограничительное сопротивление Rд включены в диагональ моста.
Рисунок 3.3 - Измерение сопротивления изоляции сети постоянного токаметодом уравновешенного моста
Сила тока Iизм в диагонали моста определяется выражением:
(3.3)
где R - эквивалентное сопротивление изоляции сети.
Измерение производится в два этапа. На первом этапе переключатель П устанавливают в положение 1 и перемещением движка потенциометра балансируют мост - добиваются отсутствия тока в диагонали моста. На втором этапе переключатель устанавливают в положение 2, подключая в диагональ моста источник измерительного напряжения Е. После окончания процессов перезаряда емкостей снимают показание миллиамперметра.
В сбалансированном мосте составляющая тока, определяемая вторым слагаемым, отсутствует. Поэтому при Е = const, Rд = const и при условии r1r2/Rn«R сила тока IИЗМ однозначно определяется сопротивлением изоляции R (приборы типа MI54, М1508, М1608, М1428, М1628).
Обычно при работе с сетями постоянного тока применяют методы измерений, основанные на использовании рабочего напряжения сети в качестве оперативного напряжения. Рассмотрим один из них.
Метод трех отсчетов вольтметра
Этот метод заключается в последовательном измерении вольтметром с известным сопротивлением r трех напряжений: U - рабочего; U1 – между положительным полюсом сети и землей; U2 - между отрицательным полюсом и землей. Расчет искомой величины сопротивления изоляции сети производится по формуле:
(3.3)
Рассмотрим физические основания этого метода.
Рисунок 3.4 - Измерение сопротивления изоляции
сети постоянноготока вольтметрами
а) - по методу двух вольтметров; б) и в) - по методу трех отсчетов вольтметра
На рисунке 3.4(а) показана эквивалентная схема сети постоянного тока с сопротивлениями изоляции полюсов R1, R2 и рабочим напряжением U.
Напряжения между полюсами сети и корпусом U' и U" пропорциональны соответствующим сопротивлениям изоляции, то есть всегда выполняются следующие соотношения:
(3.4)
Если для измерения этих напряжений между полюсами сети и корпусом включить вольтметры V1 и V2 c равными внутренними сопротивлениями r, то получим:
(3.5)
При r»R выражение (3.4) будет совпадать с предыдущим.
Такой способ контроля (с использованием двух вольтметров) ранее применялся для индикации однополюсных снижений сопротивления изоляции и однополюсных замыканий на землю. Вольтметр, соответствующий полюсу с меньшим сопротивлением изоляции, имеет меньшее показание (зачастую вместо вольтметров включали две лампы накаливания).
Пользуясь результатами измерения напряжений U` и U", определить величины сопротивлений R1 и R2, соответственно и значение эквивалентного сопротивления изоляции сети R, не представляется возможным, так как система уравнений (3.5) неполная: эквивалентная схема соcтоит из трех контуров, в то время как сама система содержит только два уравнения. Чтобы ее все-таки можно было разрешить, в сеть вносят нормированные искажения.
При включении вольтметра V по схеме рисунка 3.4(б) меняется эквивалентное сопротивление между положительным полюсом сети и землей (за счет шунтирования сопротивления изоляции Ri внутренним сопротивлением вольтметра r). Оно становится равным:
(3.6)
Так как при этом сопротивление между отрицательным полюсом сети и корпусом не изменится, то уменьшается напряжение между положительным полюсом и землей: U1<U` (соответственно U`2>U"). При измерении по схеме рис. 3.4,в аналогично получаем: U2<U". С условием того, что U'+U" =U, при измерении методом трех отсчетов всегда справедливо неравенство
U1+U2<U
Следует еще раз подчеркнуть, что оно образуется за счет намеренного поочередного уменьшения сопротивлений между полюсами сети и землей путем шунтирования сопротивлений изоляции R1 и R2 известным сопротивлением r.
Теперь система уравнений, составленных для напряжений U1 и U2, оказывается разрешимой, так как она содержит известные величины U, U1, U2, r и две неизвестные величины: R1 и R2. Решая систему относительно последних, получаем выражение (3.3) для эквивалентного сопротивления изоляции сети.
Соотношение величин напряжений U и U1 + U2, определяющее точность измерений при данном сопротивлении изоляции сети, зависит от величины сопротивления вольтметра r. Если r>>R (например, при измерении ламповым, цифровым или электростатическим вольтметром), то при подключении вольтметра в сеть вносятся несущественные искажения, так как сопротивления между полюсами сети и землей практически не изменяются. Как следствие этого получаем U1 + U2 = U. Соответственно нулевыми будут результаты при расчетах по формуле (3.3).
Наибольшая точность измерений достигается при выполнении следующего соотношения: r = 0,8R, при котором U1+U2=0,44U. Обычно рекомендуется выбирать вольтметр с внутренним сопротивлением, приблизительно равным измеряемому сопротивлению изоляции.
Изложенное справедливо не только для силовых сетей, но и для низковольтных систем автоматики. В последних опасно выполнять контроль сопротивления изоляции с использованием щитовых мега-омметров, содержащих источник измерительного напряжения 100-150 В. Под действием этого источника при определенных условиях могут выйти из строя комплектующие систему полупроводниковые приборы и микросхемы.
Этот метод прост в выполнении и доступен, так как не требует применения специальной аппаратуры. Однако он имеет и ряд недостатков, связанных с необходимостью выполнения вычислений.
Опыт показывает, что целесообразна подмена расчетов по формуле (3.3) работой с соответствующими номограммами. В качестве примера на рис. 3.5 приведена номограмма, предназначенная для определения значения сопротивления изоляции сетей постоянного тока напряжением от 150 до 600 В.
Номограмма имеет три шкалы - рабочего напряжения U, суммы напряжений полюсов сети относительно корпуса U1+U2, и искомого значения сопротивления изоляции R. Порядок работы с номограммой таков: к точкам шкал U и U1+U2, соответствующим полученным результатам измерений, прикладывается линейка; искомое значение считывается по шкале R.
В практической деятельности не всегда имеется в наличии вольтметр с предусмотренным номограммой значением внутреннего сопротивления. Поэтому на рисунке 3.6 приведена номограмма, пригодная для работы с различными типами вольтметров. Она состоит из двух параллельных шкал (U1 + U2 и R) и бинарного поля с координатами «напряжение сети - внутреннее сопротивление вольтметра». Работа с такой номограммой также не составляет труда.
Рисунок 3.5 - Номограмма для определения сопротивления изоляции сетей постоянного тока напряжением от 150 В до 600 В при измерении вольтметром с внутренном сопротивлением 100 кОм
Рисунок 3.6 - Номограмма для определения сопротивления изоляции сетей постоянного тока напряжением от 150 В до 600 В при измерении вольтметром с внутренним сопротивлением от 50 до 200 кОм
Измерения в сетях переменного тока
Принцип действия большинства приборов, предназначенных для работы в сетях переменного тока, находящихся под рабочим напряжением, основан на использовании метода наложения постоянного измерительного напряжения (см. рисунок 3.6), аналогичного методу измерений при снятом напряжении. Так как под действием рабочего напряжения Uф в измерительной цепи может протекать, переменный ток, то для ее защиты применяют индуктивный или, как показано на схеме, емкостный фильтр (цепь R1—C1). Конденсатор С1 также защищает измерительную цепь от бросков тока IИЗМ в переходных режимах работы сети (при подключении электроприемников) (см. рисунок 3.7).
Рисунок 3.7 - Контроль изоляции сетей переменного тока методом наложения постоянного напряжения
Измерение сопротивления изоляции производят при нажатой кнопке К, когда измерительная цепь замыкается через миллиамперметр А, проградуированный в единицах сопротивления. При «свободном» состоянии кнопки (в режиме автоматического контроля) цепь замыкается через резистор Rд, являющийся входным элементом блока сигнализации БС. Падение напряжения на этом резисторе, так же как и сила тока в измерительной цепи, однозначно определяется значением эквивалентного сопротивления изоляции сети. При уменьшении сопротивления изоляции это напряжение возрастает; в случае снижения сопротивления доопределенного значения (установленной для данной сети уставки срабатывания сигнализации Uycт) на выходе БС появляется соответствующий сигнал (световой или звуковой).
На таком принципе работают устройства «Электрон-1» (автоматический контроль и измерение), ПКИ (автоматический контроль) и щитовые мегаомметры М1423, М1503, М1527. М1623. М1603.
В процессе настройки или эксплуатации электроустановки нередко возникает необходимость измерять сопротивление изоляции «прикладным» методом, не обращаясь к штатным средствам контроля. Л.П. Подольским в 1946 г. предложен достаточно простой способ двух отсчетов вольтметра применительно к трехфазным сетям (см. рисунок 3.8).
Рисунок 3.8 - Измерение сопротивления изоляции сети переменного тока методом двух отсчетов вольтметра
Согласно этому способу измеряют напряжение U1 между одной из фаз сети и землей. Затем между этой фазой и землей включают дополнительное сопротивление известной величины R1 и измеряют напряжение U2; вместо сопротивления R1 подключают сопротивление R2 и вновь измеряют напряжение между фазой и землей Uз.
Величина эквивалентного сопротивления изоляции сети определяется по
формуле:
(3.6)
где q1 = (U1/U2)2 -1; q2 = (U, /U3) -1.
Для уменьшения погрешности измерений рекомендуется принимать R1=2R2, а величину 2R2 - такой, чтобы после его подключения напряжение фазы относительно земли уменьшилось на 75 % (Uз=0.25U1).
Измерения в сетях двойного рода тока
В современных сетях переменного тока обычно присутствуют полупроводниковые выпрямители, подключенные непосредственно к фазам сети (без применения трансформаторов). Это могут быть как маломощные элементы (например, для питания катушек контакторов в магнитных пускателях), так и силовые агрегаты (питание электроприводов постоянного тока). В подобных сетях величина эквивалентного сопротивления изоляции определяется пятью составляющими: сопротивлениями изоляции rа, r0, rс фаз цепей переменного тока и сопротивлениями изоляции R1 и R2 полюсов цепи постоянного тока.
Рассмотренные выше методы измерений в сетях переменного тока называются непригодными для сетей двойного рода тока. Это объяснятся тем, что в сети двойного рода тока полюса цепи постоянного тока имеют определенные; постоянные напряжения относительно земли - в зависимости от значения сопротивления их изоляции.
Через полупроводниковый выпрямитель эти напряжения в определенной закономерности переносятся на цепи переменного тока и влияют на работу приборов контроля изоляции. Так, в простейшем случае, при использовании трехфазного неуправляемого выпрямителя, собранного по схеме Ларионова, среднее значение напряжения между фазами сети переменного тока и землей определяется выражением:
(3.7)
где UmФ - амплитуда фазного напряжения на входе выпрямительного моста; R1, R2 — сопротивления изоляции полюсов цепи постоянного тока; R-, R~ - эквивалентные сопротивления изоляции цепей постоянного и переменного тока соответственно.
Из этого выражения следует, что при равенстве величин R1 и R2 имеет место U = 0 и никаких искажений в работу приборов контроля не вносится.
Однако в общем виде R1≠R2, соответственно Ucp ≠ 0. В предельных случаях при однополюсном замыкании на корпус (R1<<R2 или R2<<R1) постоянная составляющая напряжения между фазами и землей UcpMax= ± 0,5 U (U - среднее значение напряжения на выходе выпрямительного моста). То есть постоянная составляющая напряжения между фазой и землей может произвольно изменять как величину, так и знак, по абсолютному значению достигая половины рабочего напряжения цепи постоянного тока.
В трехфазных сетях напряжением 380 В напряжение на выходе выпрямительного моста U=510 В. В приборах контроля изоляции измерительное напряжение Е существенно меньше (обычно оно равно 150 В), поэтому напряжение U оказывает существенное влияние на силу тока и напряжение в измерительной цепи, вносит дополнительную погрешность. Стрелка мегаомметра может занимать любое положение на рабочем участке шкалы, независимо от измеряемого значения сопротивления изоляции. Она может даже зашкаливать за отметки «о» и «∞», показывая лишенные физического смысла величины R<0 и R>∞ . В качестве примера на рисунке 3.9 приведены показания щитового мегаомметра типа M1503 в зависимости от значения сопротивления изоляции отрицательного полюса цепи постоянного тока при постоянном значении сопротивления изоляции положительного полюса (50 кОм) и эквивалентном сопротивлении изоляции цепей переменного тока 100 кОм (кривая 1). Кривая 2 соответствует фактическим значениям эквивапентного сопротивления изоляции сети.
Из графиков видно, что кривые 1 и 2 совпадают только в одной точке, когда R1=R2= 50кОм. При низких значениях эквивалентного сопротивления изоляции (менее 10 кОм) стрелка прибора находится вблизи отметки «оо», и наоборот, при достаточно высоких сопротивлениях (более 25 кОм) прибор показывает R < 0.
ЛПО «Вибратор» выпускает мегаомметры типа M1428 и M1628, пригодные для работы в сетях двойного рода тока.
Рисунок 3.9 - Эквивалентное сопротивление изоляции сети двойного рода тока
В сетях переменного и двойного рода тока можно применять метод, разработанный на кафедре безопасности жизнедеятельности СПб ТЭТУ «ЛЭТИ». Существо метода заключается в следующем. К фазам сети переменного тока подключается трехфазный выпрямительный мост, собранный на полупроводниковых диодах по схеме Ларионова (см. рисунок 3.10).
Вольтметром магнитоэлектрической системы поочередно измеряют три напряжения; Ucp — на выходе моста, U1— между положительным полюсом моста и землей, U2 — между отрицательным полюсом моста и землей. Расчет сопротивления изоляции сети выполняют по формуле:
(3.8)
аналогичной формуле (3.3) для метода трех отсчетов вольтметра в сетях постоянного тока. Существенно, что в подобных случаях измерения должны производиться вольтметром именно магнитоэлектрической системы, так как носителями информации о величине сопротивления изоляции являются только средние значения напряжений. Предел измерений вольтметра должен соответствовать величине Ucp, то есть для трехфазных сетей 380 В пригодны вольтметры со шкалой 0-600 В. Внутреннее сопротивление вольтметра выбирается в соответствии с рекомендациями, приведенными выше применительно к сетям постоянного тока.
Рисунок 3.10 - Измерение сопротивления изоляции сети двойного рода тока по способу ЛЭТИ
Этот метод пригоден для применения в однофазных и трехфазных сетях переменного тока, в сетях с управляемыми и неуправляемыми выпрямителями. Во избежание ошибок в расчетах здесь также рекомендуется применять номограммы. Поскольку напряжение источников переменного тока стабильно, номограммы оказываются существенно более простыми (рис. 3.11).
Порядок выполнения работы
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Рисунок 3.11 - Номограмма
Цель работы:
Изучить методы оказания первой помощи пострадавшим от электрического тока.
Задание:
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Первая помощь состоит из двух этапов: освобождения пострадавше го от действия тока и оказания ему доврачебной медицинской помощи. Очень важно как можно быстрее освободить пострадавшего от действия тока и сразу же приступить к оказанию ему медицинской помощи, так как исход поражения зависит от длительности прохождения тока через челове ка.
Освобождение человека от действия тока
Часто оказывается, что пострадавший продолжает находиться в кон такте с токоведущей частью и не может самостоятельно нарушить этот контакт, т. е. прервать проходящий через него ток. Причинами этого могут быть:
непроизвольное судорожное сокращение мышц, которое по страдавший не может преодолеть;
паралич конечностей и иных участков тела вследствие пора жения нервной системы;
тяжелая механическая травма;
потеря сознания.
Выключение человека из цепи протекания тока можно осуществить разными способами, но первое действие для освобождения пострадавшего от тока - быстрое отключение той части электроустановки, которой он ка сается! Отключение электроустановки производится с помощью ближай шего рубильника, выключателя, а также путём снятия или вывёртывания предохранителей, разъёмов. Если пострадавший находится на высоте, то отключение напряжения может вызвать его падение. Надо принять меры, обеспечивающие его безопасность! Может одновременно погаснуть свет. В этом случае надо использовать другой источник света или аварийное ос вещение.
При невозможности быстрого отключения установки (из-за удалён ности, недоступности выключателя) принимают иные меры освобождения от электрического тока:
перерубить провода (сухая ручка у топора);
вызвать автоматическое отключение электроустановки;
отделить пострадавшего от токоведущих частей.
Многое зависит от находчивости. Но во всех случаях оказывающий помощь не должен сам попасть под напряжение. При напряжении меньше 1000 В можно:
рубить провода;
перекусить их инструментом с изолированными рукоятками (если использовать обычный нож, надо надеть диэлектрические перчатки и галоши).
Перерубать провода надо каждый в отдельности; оттянуть постра давшего от токоведущих частей, взявшись за его одежду. Нельзя касаться тела пострадавшего, сырой одежды и окружающих металлических предме тов. Надо действовать одной рукой, другую в карман или за спину. Если касаться тела надо надеть диэлектрические перчатки или обмотать руки сухой тряпкой. Можно накинуть на пострадавшего сухо пиджак, коврик и др. Себя можно изолировать, встав на коврик, подставку, надев галоши. Можно отбросить провод сухой палкой.
Межотраслевая инструкция по оказанию первой помощи при несчастных случаях на производстве
Инструкция разработана по техническому заданию Департамента условий и охраны труда Министерства труда и социального развития Рос сийской Федерации.
Инструкция утверждена Департаментом научно-исследовательских и образовательных медицинских учреждений Министерства здравоохране ния РФ и рекомендована для подготовки лиц, не имеющих медицинского образования, но обязанных уметь оказывать первую медицинскую помощь (письмо № 16-16/68 от 28.06.99).
Инструкция выдается работодателем подчиненным работникам под подпись.
Инструкция является именным личным нормативным документом для каждого работника и должна постоянно находиться у него.
Каждый работник, получивший настоящую инструкцию, обязан знать ее содержание и уметь применять при необходимости в любой обстановке. Знание инструкции и навыки ее применения ежегодно подтверждаются экзаменом.
Универсальная схема оказания первой помощи на месте
происшествия
4. При наличии ран - наложить повязки.
5. Если есть признаки переломов костей конечностей – НАЛОЖИТЬ ТРАНСПОРТНЫЕ ШИНЫ.
Внимание! Эта схема является универсальной для всех случаев оказа ния первой помощи на месте происшествия.
Какое бы несчастье не произошло - автодорожное происшествие, па дение с высоты, поражение электрическим током или утопление - в любом случае оказание первой помощи следует начинать с восстановления серде чной деятельности дыхания, затем приступить к временной остановке кро вотечения.
После этого можно приступить к наложению фиксирующих повязок и транспортных шин.
Именно такая схема действий поможет сохранить жизнь пострадавше го до прибытия медицинского персонала.
Внезапная смерть
Если нет сознания и нет пульса на сонной артерии
1. Убедиться в отсутствии пульса на сонной артерии.
Нельзя терять время на определение признаков дыхания.
2. Освободить грудную клетку от одежды и расстегнуть поясной ре мень.
Нельзя наносить удар по грудине и проводить непрямой массаж сердца, не освободив грудную клетку и не расстегнув поясной ремень.
3. Прикрыть двумя пальцами мечевидный отросток.
Нельзя наносить удар по мечевидному отростку или в область ключиц.
4. Нанести удар кулаком по грудине. Проверить пульс. Если пульса нет
- перейти к п.5.
Нельзя наносить удар при наличии пульса на сонной артерии.
5. Начать непрямой массаж сердца. Частота нажатия 50-80 ударов в
минуту. Глубина продавливания грудной клетки должна быть не ме нее 3-4 см.
Нельзя располагать ладонь на груди так, чтобы большой палец был напра влен на спасателя.
6. Сделать "вдох" искусственного дыхания. Зажать нос, захватить подбородок, запрокинуть голову пострадавшего и сделать максимальный выдох ему в рот (желательно через марлю, салфетку или маску "рот в рот").
Нельзя сделать "вдох" искусственного дыхания, не зажав
предварительно нос пострадавшего.
7. Выполнять комплекс реанимации. При сужении зрачков, но отсутст вии сердцебиения реанимацию нужно проводить до прибытия мед
персонала.
Правила выполнения:
Если оказывает помощь один спасатель, то 2 "вдоха" искусствен ного дыхания делают после 15 надавливаний на грудину.
Если оказывает помощь группа спасателей, то 2 "вдоха" искусст венного дыхания делают после 5 надавливаний на грудину.
Для быстрого возврата крови к сердцу - приподнять ноги постра давшего.
Для сохранения жизни головного мозга - приложить холод к го лове.
Для удаления воздуха из желудка - повернуть пострадавшего на живот и надавить кулаками ниже пупка.
8. Организовать действия партнеров.
Первый спасатель проводит массаж сердца, отдает команду "Вдох!" и контролирует эффективность вдоха по подъему грудной клетки. Второй спасатель проводит искусственное дыхание, контролирует реакцию зрачков, пульс на сонной артерии и информирует партнеров о состоянии пострадавшего: "Есть реакция зрачков! Нет пульса! Есть пульс!" и т.п.
Третий приподнимает ноги пострадавшего для лучшего притока крови к сер-дцу и готовится к смене партнера, выполняющего непря мой массаж сердца.
Нельзя располагать спасателей друг напротив друга.
Особенности реанимации в ограниченном пространстве
Состояние комы
Если нет сознания, но есть пульс на сонной артерии
1. Повернуть пострадавшего на живот. Только в положении "лежа на
животе" пострадавший должен ожидать прибытия врачей.
Нельзя оставлять человека в состоянии комы лежать на спине.
Артериальное кровотечение
При артериальном кровотечении
1. Прижать пальцами или кулаком артерию в указанных точках. До на
ложения жгута поврежденную конечность следует оставить в приподнятом положении. На конечностях точка прижатия артерии должна быть выше места кровотечения. На шее и голове - ниже раны или в ране.
Нельзя терять время на освобождение конечностей от одежды.
2. Наложить кровоостанавливающий жгут.
Завести жгут за конечность и растянуть с максимальным усилием.
Прижать первый виток жгута и убедиться в отсутствии пульса.
Наложить следующие витки жгута с меньшим усилием.
Обернуть петлю-застежку вокруг жгута.
Оттянуть петлю и завести под свободный конец жгута.
Вложить записку о времени наложения жгута под резинку петли.
Жгут на шею накладывают без контроля пульса и оставляют до прибытия врача. Для герметизации раны используют чистую салфетку или многос лойную ткань (упаковку бинта).
В случаях посинения и отека конечности (при неправильном наложении жгута) следует немедленно заново наложить жгут.
Жгут на бедро накладывают через гладкий твердый предмет (бинт) с конт ролем пульса на подколенной ямке.
Ранение конечностей
Как накладывать повязки на раны
Запрещается промывать рану водой.
Запрещается вливать в рану спиртовые или любые другие растворы.
Проникающие ранения груди
Как накладывать повязки на раны
1. Прижать ладонь к ране и закрыть в нее доступ воздуха.
Недопустимо извлекать из раны инородные предметы на месте происшествия.
2. Наложить герметичную повязку или лейкопластырь. Транспортиро вка только в положении "сидя".
Проникающие ранения живота
Как накладывать повязки на раны
Прикрепить салфетку, полностью прикрывающую края раны, плас тырем.
Приподнять ноги и расстегнуть поясной ремень. При возможности положить холод на живот. Ожидание помощи и транспортировка -только в положении "лежа на спине" с приподнятыми и согнутыми в коленях ногами.
Запрещается вправлять выпавшие органы; давать пить.
Термические ожоги
Правила обработки ожога без нарушения целостности ожоговых пузырей Подставить под струю холодной воды на 10-15 минут и (или) прило жить холод на 20-30 минут.
Нельзя смазывать обожженную поверхность маслами и жирами.
Правила обработки ожога с нарушением целостности ожоговых пузырей
Запрещается бинтовать обожженную поверхность и промывать водой.
Травмы глаз
Раны глаз или век
Нельзя промывать водой колотые или резаные раны глаз и век.
Ожоги глаз или век в случаях попадания едких химических веществ
Недопустимо применять нейтрализующую жидкость при попадании в глаза едких химических веществ (кислота - щелочь).
Переломы костей конечностей
Правила переноски пострадавшего методом "нидерландский мост"
Первый спасатель придерживает голову и плечи пострадавшего
Второй спасатель приподнимает таз, захватывает руки пострадав шего, контролирует действия всех спасателей и подает общую команду "Раз-два! Взяли!"
Третий спасатель захватывает стопы и голени пострадавшего. Подобным образом можно перекладывать пострадавшего и в поло жении "лежа на животе".
Общая задача - удержать тело и конечности пострадавшего в гори зонтальной плоскости.
Переноска пострадавшего на носилках
Вверх по лестнице, в салон санитарного транспорта - головой вперед. Вниз по лестнице, из салона санитарного транспорта - ногами впе ред.
Идущие впереди внимательно смотрят и сообщают идущему сзади о всех препятствиях.
Идущий сзади следит за состоянием пострадавшего и при необходи мости отдает команду "Стоп! Началась рвота!" или "Стоп! Потеря созна ния!"
Первая помощь в случаях поражения электрическим током
Правила освобождения от действия электрического тока
При напряжении свыше 1000 В следует:
-надеть диэлектрические перчатки, резиновые боты или галоши;
-взять изолирующую штангу или изолирующие клещи;
-замкнуть провода ВЛ 6-20 кВ накоротко методом наброса, согласно специальной инструкции;
-сбросить изолирующей штангой провод с пострадавшего;
-оттащить пострадавшего за одежду не менее чем на 8 метров от мес та касания проводом земли или от оборудования, находящегося под напряжением.
Нельзя приступать к оказанию помощи, не освободив пострадавшего от
действия электрического тока.
Главная задача - как можно быстрее спустить пострадавшего с высоты,
чтобы приступить к оказанию помощи в более удобных и безопасных условиях (на земле, на площадке).
Нельзя тратить время на оказание помощи на высоте.
Правила перемещения в зоне "шагового " напряжения
Нельзя отрывать подошвы от поверхности земли и делать широкие шаги.
В радиусе 8 метров от места касания земли электрическим проводом можно попасть под "шаговое" напряжение.
Передвигаться в зоне "шагового" напряжения следует в диэлектри ческих ботах или галошах либо "гусиным шагом" - пятка шагающей ноги, не отрываясь от земли, приставляется к носку другой ноги.
Нельзя приближаться бегом к лежащему проводу.
Схема действий в случаях поражения электрическим током.
Если нет сознания и нет пульса на сонной артерии
Если нет сознания, но есть пульс на сонной артерии
Недопустимо прикасаться к пострадавшему без предварительного обесточивания, прекращать реанимационные мероприятия до появления признаков биологической смерти.
Падение с высоты
Что делать в случаях падения с высоты при сохранении сознания
Вынужденная поза "лягушки" - это верный признак крайне опасных повреждений.
Поза "лягушки" (т.е. пострадавший не может изменить положение ног при этом его стопы развернуты кнаружи, а колени приподняты и раз ведены).
К крайне опасным повреждениям относятся:
переломы костей таза и повреждения тазобедренных суставов;
переломы бедренных костей;
повреждения позвоночника;
разрывы внутренних органов и внутренние кровотечения.
Нельзя перемещать пострадавшего, снимать с него одежду или позволять ему шевелиться.
переломы бедренных костей и голени;
повреждение позвоночника;
повреждение костей таза и тазобедренных суставов.
Нельзя оставлять лежать пострадавшего на металлических носилках более 10-15 минут.
4. Зафиксировать пострадавшего на вакуумном матрасе в позе "лягуш ки"
Необходимо контролировать состояние пострадавшего.
Нельзя допускать резкие и грубые движения.
Первый спасатель фиксирует шейный отдел позвоночника.
Второй спасатель осторожно приподнимает матрас у колен постра давшего.
Третий спасатель свободной ногой формирует валик для опоры стоп пострадавшего и откачивает из матраса воздух откачивающим насо сом для вакуумных матрасов.
\
Схема действий при автодорожном происшествии
Если пострадавший находится без сознания:
Недопустимо:
Оставлять пострадавшего в состоянии комы лежать на спине.
Подкладывать под голову подушку, сумку или свернутую одежду.
Переносить или перетаскивать пострадавшего без крайней необ ходимости (угроза взрыва и т.п.)
Утопление
Схема действий в случаях истинного утопления
1. Сразу после извлечения утонувшего из воды - перевернуть его ли цом вниз и опустить голову ниже таза.
2. Очистить рот от инородного содержимого и слизи. Резко надавить на
корень языка.
Вызвать "Скорую помощь".
Недопустимо:
Оставлять пострадавшего без внимания;
Самостоятельно перевозить пострадавшего, если есть возмож ность вызвать спасательные службы.
Схема действий в случаях бледного утопления в холодной воде, проруби
Недопустимо:
- Терять время на удаление воды из легких и желудка при отсутствии пульса.
Помоги себе сам - если ты оказался в полынье
3. Старайся наваливаться и опираться на край полыньи не ладонями, а
всей верхней половиной туловища, захватывая наибольшую площадь крепкого льда.
4. Проползи по - пластунски первые 3-4 метра и обязательно по собственным следам.
Переохлаждение и обморожение
Схема действий при переохлаждении
Недопустимо:
Давать повторные дозы алкоголя или предлагать его в тех случа ях, когда пострадавший находиться в алкогольном опьянении.
Использовать для согревающей ванны воду с температурой ниже 30 градусов.
Схема действий при обморожении
Недопустимо:
Растирать обмороженную кожу.
Помещать обмороженные конечности в теплую воду или обкла дывать грелками.
Смазывать кожу маслами или вазелином.
Обморок
Схема действий в случаях обморока
Недопустимо:
Прикладывать грелку к животу или пояснице при болях в животе или повторных обмороках.
Кормить в случаях голодного обморока.
Сдавливание конечностей; укусы змей и насекомых
Схема действий в случаях длительного сдавления конечностей
Недопустимо:
Устранять препятствие кровотоку до наложения защитных жгутов и приема пострадавшим большого количества жидкости.
Согревать придавленные конечности.
Схема действий в случаях укусов ядовитых змей и насекомых
Недопустимо:
При потере сознания оставлять больного лежать на спине.
Использовать грелку или согревающие компрессы.
Химические ожоги и отравления газами
Схема действий в случаях химических ожогов кожи
При поражениях любой агрессивной жидкостью (кислотой, щело чью, растворителем, спецтопливом и т.д.) - промывать под струей холод ной воды до прибытия "Скорой помощи".
Недопустимо:
- Использовать сильнодействующие и концентрированные раство ры кислот и щелочей для реакции нейтрализации на коже пострадавшего.
Схема действий в случаях отравления ядовитыми газами
Недопустимо:
- Проводить искусственное дыхание изо рта в рот без использова
ния специальных масок, защищающих спасателя от выдоха пострадавшего.
Показания к проведению основных манипуляций
Когда требуется немедленно нанести удар кулаком по грудине и присту пить к сердечно - легочной реанимации
Недопустимо:
Терять время на выяснение обстоятельств случившегося.
Поддаваться панике.
Терять время на определение признаков дыхания.
Когда следует накладывать давящие повязки
Когда следует немедленно наложить кровоостанавливающий жгут
3. Большое кровавое пятно на одежде или лужа крови возле пострада вшего.
Когда необходимо накладывать защитные жгуты
В случаях синдрома сдавления до освобождения конечностей.
Когда необходимо накладывать шины на конечности
Когда необходимо переносить пострадавших на щите с подложенным под колени валиком или на вакуум - носилках в позе "лягу шки"
Когда пострадавших переносят только на животе
Когда пострадавших можно переносить только сидя ли полусидя
Когда пострадавшего можно переносить только на спине с приподнятыми или согнутыми в коленях ногами
Признаки опасных повреждений и состояний
Признаки внезапной смерти
Признаки биологической смерти
Признаки комы
Признаки артериального кровотечения
Признаки венозного кровотечения
Признаки истинного утопления
Признаки бледного утопления
Признаки обморока
Признаки синдрома сдавления нижних конечностей Появляются спустя 15 минут.
Появление отека конечности с исчезновением рельефа мышц.
Отсутствие пульса у лодыжек.
Появление розовой или красной мочи.
Признаки переохлаждения
заторможенность и апатия;
бред и галлюцинации;
неадекватное поведение.
Признаки открытого перелома костей конечностей
Признаки обморожения нижних конечностей
Признаки закрытого перелома костей конечности
Аптечка для оказания первой помощи
Средства для остановки кровотечений, обработки ран и наложения повя зок, а также дезинфекции рук спасателя и медицинского оборудования
Средства для искусственного дыхания
Средства для оказания помощи при переломах и сильных ушибах
-Холод - при ушибах, ожогах, внутренних кровотечениях, укусах змей и насекомых, аллергической реакции.
-Тепло - при переохлаждении и утоплении.
Лекарственные препараты
1. Валидол;
2. Санорин или галазолин;
3. Анальгин;
4. Сода питьевая.
Порядок выполнения работы
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Цель работы:
Изучить теорию и получить навыки расчета устройства защитного заземления
Задание:
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Общие сведения о заземляющих устройствах
Защитное заземление - преднамеренное электрическое соедине ние с землей металлических нетоковедущих частей электроустановок, которые нормально не находятся под напряжением, но могут оказать ся под ним (прежде всего вследствие нарушения изоляции).
При замыкании фазы на металлический корпус электроустанов ки он приобретает электрический потенциал относительно земли. Ес ли к корпусу такой электроустановки прикоснется человек, стоящий на земле или токопроводящем полу (например, бетоном), он немед ленно будет поражен электрическим током.
Посредством защитного заземления ток замыкания перераспре деляется между заземляющим устройством и человеком обратно про порционально их сопротивлениям. Поскольку сопротивление тела человека в сотни раз превышает величину сопротивления растеканию тока заземляющего устройства, через тело человека, прикоснувшего ся к поврежденному заземленному оборудованию, пройдет ток, не превышающий предельно допустимого значения (10 мА), а основная часть тока уйдет в землю через контур заземления. При этом напря жение прикосновения на корпусе оборудования не превысит 42 В.
Контур заземления выполняют из стальных стержней, уголков,
некондиционных труб и др. В траншее глубиной до 0,7 м вертикально
забиваются стержни (трубы, уголки и др.), а выступающие из земли
верхние концы соединяются сваркой внахлест стальной полосой или
прутком.
При этом необходимо соблюдать следующие условия.
Рис. 5.1 - Минимально-допустимые геометрические размеры сечений заземляющих элементов
Рис. 5.2 - Установка одиночного заземлителя в двухслойном грунте:
L - длина одиночного заземлителя; D - диаметр одиночного заземлителя;
Н - толщина верхнего слоя грунта; Т - заглубление заземлителя (расстояние
от поверхности земли до середины электрода);
t - глубина траншеи (заглубление соединительной полосы)
3. Расстояние между соседними стержнями рекомендуется вы бирать равным длине стержня (если иное не предусмотрено условия ми эксплуатации) (рис. 5.3).
Стержни можно располагать в ряд (рис. 5.3) или в виде какой-либо геометрической фигуры (квадрата, прямоугольника) в зависи мости от удобства монтажа и используемой площади. Совокупность стержней, соединенных между собой полосой, образует контур за земления. В помещении контур заземления приваривается к корпусу силового щита и к заземляющей магистрали (шине заземления), ко торая проходит вдоль стен здания. На практике часто используются естественные заземлители (части коммуникаций, зданий и сооруже ний производственного или иного назначения), находящиеся в сопри косновении с землей. Это канализационные трубы, железобетонные конструкции фундаментов, свинцовые оболочки кабелей и др.
Рис. 5.3 - Конструкция заземляющего устройства
L - длина одиночного заземлителя;
К - расстояние между соседними (смежными) заземлителями
Измерение сопротивления растеканию тока заземляющих уст ройств должно производиться в сроки, установленные Правилами эксплуатации электроустановок потребителей (ПЭЭП) не реже одно го раза в шесть лет, а также после каждого капитального ремонта и длительного бездействия установки.
Сопротивление заземляющих устройств рекомендуется изме рять в наиболее жаркие и сухие или в наиболее холодные дни года, когда грунт имеет наименьшую влажность. Чем меньше влажность, тем выше удельное сопротивление грунта. В первом случае влага из грунта испаряется, во втором - замерзает (лед практически не прово дит электрический ток). При замерах в другие дни нужно полученные значения корректировать с помощью поправочных коэффициентов, которые приводятся в ПЭЭП [3].
Расчет заземляющего устройства сводится к определению числа вертикальных заземлителей и длины соединительной полосы. Для упрощения расчета примем, что одиночный вертикальный заземлитель представляет собой стержень, либо трубу малого диаметра.
Задание на расчетную часть лабораторной работы
Исходные данные (N - № студента по зачетному списку):
1.1. Удельное сопротивление грунта, rгр = 500,00 Ом·м;
1.2. Длина вертикального заземлителя, L = 0,25+N/5 м;
1.3. Сезонный климатический коэффициент, y = 1,64;
1.4. Наружный диаметр вертикального заземлителя, d = 5+N/2 мм;
1.5. Нормируемое ПУЭ сопротивление заземляющего устройства
растеканию тока при базовом удельном сопротивлении земли,
Rнорм = 20,00 Ом;
1.6. Заглубление соединительной полосы, tполосы= 0,40+N/25 м;
1.7. Ширина соединительной полосы, b = 50,00+4*N мм;
1.8. Расстояние между электродами, P = L/2;
Сопротивление одного вертикального заземлителя определяется по алгоритму:
Rоc = 0,366×rгр×y/×L×Lg(4×L/d).
Вычисляем сопротивление контура по алгоритму:
RH = Rнорм ×(rгр /rбаз),
где rбаз - базовое удельное сопротивление грунта, (rбаз = 100 Ом·м).
Определяем ориентировочное число стержней по алгоритму:
nпредв = Roc×y / Rн.
Вычисленное приблизительное количество вертикальных электродов округляется в сторону увеличения до целого числа.
Вычисление сопротивления одиночного заземлителя с учетом коэффициента использования:
R'ос = Roc / hC,
где hC - коэффициент использования заземлителей (см. табл. 4 Приложения 1).
Вычисляем длину соединительной полосы по алгоритму:
1)Если заземлители расположены в ряд Lп = L/2×(nпредв-1).
Если заземлители расположены по контуру Lп = L/2×nпредв.
2)Определяем сопротивление соединительной полосы по формуле:
Rполосы = 0,366×rгр×y/(Lп×hп)×Lg((2×Lп2)/(b×tполосы)),
где hп - коэффициент использования соединительной полосы (см. табл. П2.4).
Суммарное сопротивление вертикальных заземлителей и соединительной полосы определяется по формуле:
Rверт =(Rполосы × Rн)/(Rполосы - Rн).
Уточненное количество вертикальных заземлителей определяется по формуле:
n = R'oc/(Rверт × hC).
Вычисленное количество вертикальных электродов округляется в сторону увеличения до целого числа.
План размещения заземляющего устройства с нанесением всех размеров (масштаб 1:100) привести на отдельном листе на формате А4 (рис. 5.4).
Рис. 5.4 - План размещения заземляющего устройства
Описание используемого программного обеспечения – «Расчет устройства заземления»
При запуске данного ПО [8] Вас потребуют ввести данные о себе (см. рис. 5.5). После ввода необходимой информации и выбора вида расчета нажмите «ОК». Далее программа попросит Вас ввести расчетные данные и указания вида размещения электродов (см. рис 5.6). Уточнить справочные данные можно по встроенной справочной системе (путем нажатия на кнопку «Справочник»). После заполнения всех необходимых данных нажмите на конопку «Вычислить». Результаты расчета будут выведены отдельным окном.
Рис. 5.5 – Окно ввода пользовательских данных
Порядок выполнения работы
Рис. 5.6 – Окно ввода расчетных данных
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Цель работы:
Изучить основы и принципы расчета зануления
Задание:
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Назначение, принцип действия и область применения
Зануление — преднамеренное электрическое соединение металличе ских нетоковедущих частей электроустановки, могущих оказаться под на пряжением, с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока в трехфазных сетях с глухозаземленным выводом обмотки источника тока в однофазных сетях и с глухозаземленной средней точкой обмотки источника энергии в сетях постоянного тока.
Принципиальная схема зануления в сети трехфазного тока показана на рисунке 6.1.
Проводник, обеспечивающий указанные соединения зануляемых ча стей с глухозаземленными нейтральной точкой, выводом и средней точкой обмоток источников тока, называет нулевым защитным проводником.
Нулевой защитный проводник следует отличать от так называемого нулевого рабочего проводника, который также соединен с глухозаземлен-ной нейтральной точкой, выводом и средней точкой обмоток источников тока, но предназначен для питания током электроприемников, т. е. являет ся частью цепи рабочего тока и по нему проходит рабочий ток.
Назначение зануления — устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим металличес ким нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением относительно земли вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.
Принцип действия зануления — превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (т. е. замыкание между фазным и нулевым защитным проводниками) с целью вызвать большой ток, способный обес печить срабатывание зашиты и тем самым автоматически отключить по врежденную электроустановку от питающей сети. Такой защитой являют ся: плавкие предохранители или автоматы максимального тока, устанавли ваемые для защиты от токов короткого замыкания: магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой: контакторы в сочетании с тепловыми реле, осуществляющие защиту от перегрузки: автоматы с комбинирован ными расцепителями, осуществляющие защиту одновременно от токов ко роткого замыкания и перегрузки.
Рисунок 6.1- Принципиальная схема зануления в трехфазной сети до 1000В
1 - корпус электроустановки; 2 - аппараты защиты от токов КЗ
Назначение отдельных элементов схемы зануления
Из рисунка 6.1 видно, что для схемы зануления необходимы нулевой защитный проводник, глухое заземление нейтрали источника тока и по вторное заземление нулевого защитного проводника.
Назначение нулевого защитного проводника в схеме зануления — обеспечить необходимое для отключения установки значение тока однофазного короткого замыкания путем создания для этого тока це пи с малым сопротивлением. В трехфазной сети до 1000В с заземленной нейтралью без нулевого защитного проводника невозможно обеспечить безопасность при замыкании фазы на корпус, поэтому такая сеть применяться не должна.
Назначение заземления нейтрали обмоток источника тока, питающего сеть до 1000В,— снижение напряжения зануленных кор пусов (а, следовательно, нулевого защитного проводника) относительно земли до безопасного значения при замыкании фазы на землю. Электрическая сеть до 1000 В с нулевым защитным проводником, изолированная от земли, т. е. с изоли рованной нейтралью обмоток источника тока и без повторных заземлений нулевого защитного проводника, таит опасность поражения током и по этому применяться не должна.
Повторное заземление нулевого защитного проводника практически не влияет на отключающую способность схемы зануления. и в этом смыс ле без него можно обойтись.
Назначение повторного заземления защитного про водника — снижение напряжения относительно земли зануленных конс трукций в период замыкания фазы на корпус как при исправной схеме зануления, так и в случае обрыва нулевого защитного проводника. Без повторного заземления напряжение нулевого защитного проводника может достигать недопустимых значений.
Согласно указаниям «Правил устройства электроустановок» по вторному заземлению подвергаются лишь нулевые рабочие провода воз душных линий, которые используются одновременно и как нулевые за щитные проводники. При этом повторные заземления выполняются на концах воздушных линий (или ответвлений) длиной более 200м, а также на вводах воздушных линий в электроустановки, которые подлежат занулению.
3.2 Расчет зануления
Расчет зануления имеет целью определить условия, при которых оно надежно выполняет возложенные на него задачи — быстро отключает по врежденную установку от сети и в то же время обеспечивает безопасность прикосновения человека к зануленному корпусу в аварийный период. В соответствии с этим зануление рассчитывают на отключающую способ ность, а также на безопасность прикосновения к корпусу при замыкании фазы на землю (расчет заземления нейтрали) и на корпус (расчет повтор ного заземления нулевого защитного проводника).
Расчет на отключающую способность
При замыкании фазы на зануленный корпус электроустановка авто матически отключится, если значение тока однофазного короткого замы кания (т. е. между фазным и нулевым защитным проводниками) IK, А, удо влетворяет условию
(6.1)
где k — коэффициент кратности номинального тока IНОМ, А, плавкой вставки предохранителя или уставки тока срабатывания автоматического выключателя, А.
Значение коэффициента k принимается в зависимости от типа за щиты электроустановки. Если защита осуществляется автоматическим вы ключателем, имеющим только электромагнитный расцепитель (отсечку), т. е. срабатывающим без выдержки времени, то k принимается в пределах 1,25-1,4.
Если установка защищается плавкими предохранителями, время пе регорания которых зависит, как известно, от тока (уменьшается с ростом тока), то в целях ускорения отключения принимают к3.
Если установка защищается автоматическим выключателем с обрат но зависимой от тока характеристикой, подобной характеристике предох ранителей, то также к3.
Значение IK зависит от фазного напряжения сети UФ и сопротивлений цепи, в том числе от полных сопротивлений трансформатора ZT фазного проводника ZФ, нулевого защитного проводника ZН 3, внешнего индуктив ного сопротивления петли (контура) фазный проводник — нулевой защит ный проводник (петли фаза - нуль) ХП, а также от активных сопротивлений заземлений нейтрали обмоток источника тока (трансформатора) rо и по вторного заземления нулевого защитного проводника rп (рисунок 6.2, а).
Поскольку r0 и rп, как правило, велики по сравнению с другими .сопротивлениями цепи, можно не принимать во внимание параллельную ветвь, образованную ими. Тогда расчетная схема упростится (рисунок 6.2,6), а выражение для тока КЗ IK, А, в комплексной форме будет
(6.2)
или
(6.3)
где UФ — фазное напряжение сети, В; ZT — комплекс полного сопро тивления обмоток трехфазного источника тока (трансформатора), Ом; ZФ = RФ + jХФ - комплекс полного сопротивления фазного провода, Ом; Z H,З = RH,З +jXH,З, - комплекс полного сопротивления нулевого защитного прово дника, Ом; Ro, и RHj — активные сопротивления фазного и нулевого за щитного проводников, Ом; Хф и ХH,З - внутренние индуктивные сопротив ления фазного и нулевого защитного проводников, Ом; ZП= ZФ+ZH,З +jXП -комплекс полного сопротивления петли фаза — нуль, Ом.
При расчете зануления допустимо применять приближенную форму лу для вычисления действительного значения (модуля) тока короткого за мыкания IК А, в которой модули сопротивлений трансформатора и петли фаза — нуль zT и zП, складываются арифметически. Некоторая неточность (около 5%) этой формулы ужесточает требования безопасности и поэтому считается допустимой.
(6.4)
Рисунок 6.2 - Расчетная схема зануления в сети переменного тока и от ключающая способность: а – полная; б, в - упрощенные
Полное сопротивление петли фаза — нуль в действительной форме (модуль) равно, Ом.
(6.5)
Расчетная формула вытекает из (6.1), (6.4) и (6.5) и имеет следующий вид:
(6.6)
Здесь неизвестными являются лишь сопротивления нулевого защит ного проводника RH,З и XH,З, которые могут быть определены соответству ющими вычислениями по этой же формуле. Однако эти вычисления обыч но не производятся, поскольку сечение нулевого защитного проводника и его материал принимаются заранее из условия, чтобы полная проводи мость нулевого защитного проводника была не менее 50% полной прово димости фазного провода, т. е. 1/ZH,3 > 1/2Zф или ZH,3 2 ZФ. Это условие установлено ПУЭ в предположении, что при такой проводимости IК будет иметь требуемое значение, т. е. IК kIHOM
В качестве нулевых защитных проводников ПУЭ рекомендуют при менять неизолированные или изолированные проводники, а также различ ные металлические конструкции зданий, подкрановые пути, стальные тру бы элекропроводок, трубопроводы и т. п. Рекомендуется использовать ну левые рабочие провода одновременно и как нулевые защитные. При этом нулевые рабочие провода должны обладать достаточной проводимостью (не менее 50% проводимости фазного провода) и не должны иметь предо хранителей и выключателей.
Таким образом, расчет зануления на отключающую способность яв ляется поверочным расчетом правильности выбора проводимости нулевого защитного проводника, а точнее, достаточности проводимости петли фаза — нуль.
Значение zТ Ом, зависит от мощности трансформатора, напряжения и схемы соединения его обмоток, а также от конструктивного исполнения трансформатора. При расчетах зануления значение zT берется из таблиц (например, таблица 6.1).
Значения Rф и RH3 Ом, для проводников из цветных металлов (медь, алюминий) определяют по известным данным: сечению s, мм2, длине l, м, и материалу проводников. При этом искомое сопротивление
(6.7)
где р — удельное сопротивление проводника, равное для меди 0,018, а для алюминия 0,028 Ом мм /м.
Если нулевой защитный проводник стальной, то его активное сопро тивление RH3 определяется с помощью таблиц.
Для этого необходимо задаться профилем и сечением проводника, а также знать его длину и ожидаемое значение тока КЗ IК, который будет проходить по этому проводнику в аварийный период. Сечением проводни ка задаются из расчета, чтобы плотность тока КЗ в нем была в пределах примерно 0,5-2,0 А/мм2.
Таблица 6.1 - Приближенные значения расчетных полных сопротивлений обмоток масляных трехфазных трансформаторов
|
Мощность Трансформатора кВА |
Номинальное напряжение обмотки высшего напряжения, кВ |
zT, Ом. при схеме соединения обмоток |
Мощность трансформатора, кВА |
Номинальное напряжение обмоток высшего U, кВ |
zT, Ом. При схеме соединения обмоток |
||
|
и |
и |
||||||
|
25 |
6-10 |
3,110 |
0,906 |
400 |
6-10 |
0,195 |
0,056 |
|
40 |
6-10 |
1,949 |
0,562 |
20-35 |
0,191 |
- |
|
|
63 |
6-10 |
1,237 |
0,360 |
630 |
6-10 |
0,129 |
0,042 |
|
20-35 |
1,136 |
0,407 |
20-35 |
0,121 |
- |
||
|
100 |
6-10 |
0,799 |
0,226 |
1000 |
6-10 |
0,081 |
0,027 |
|
20-35 |
0,764 |
0,327 |
20-35 |
0,077 |
0,032 |
||
|
160 |
6-10 |
0,487 |
0,141 |
1600 |
6-10 |
0,054 |
0,017 |
|
20-35 |
0,478 |
0,203 |
20-35 |
0,051 |
0,020 |
||
|
250 |
6-10 |
0,312 |
0,090 |
||||
|
20-35 |
0,305 |
0,130 |
Примечание. Данные таблицы относятся к трансформаторам с обмотками низшего напряжения 400 - 230 В. При низшем напряжении 230 - 127 В значения сопротивлений, приведённые в таблице, необходимо уменьшить в 3 раза.
Пример: Определить активное сопротивление RH3 стальной полосы прямоугольного сечения s = 40x4 мм длиной l = 0,2 км, используемой в качестве нулевого защитного проводника электродвигателя. Номинальный ток плавких вставок предохранителей, защищающих электродвигатель, Iном = 125 А. коэффициент кратности тока k=3.
Решение. Ожидаемый ток КЗ IК>kIном=125*3=375 А, ожидаемая пло тность тока в стальной полосе
= 375/(40*4) = 2 А/мм2.
По таблице 6.2 находим для полосы сечением 40x4 мм при J = 2 А/мм2 rω =1,54 Ом/км.
Тогда искомое активное сопротивление полосы RH3 = rω l = 1,54x0.2 = 0.308 Ом.
Значения ХФ и ХН.З для медных и алюминиевых проводников сравни тельно малы (около 0,0156 Ом/км), поэтому ими можно пренебречь. Для стальных проводников внутренние индуктивные сопротивления оказываю тся достаточно большими, и их определяют с помощью таблиц, например таблицы 6.2. В этом случае также необходимо знать профиль и сечение проводника, его длину и ожидаемое значение тока IК.
Таблица 6.2 - Активные и внутренние индуктивные сопротивления стальных проводников при переменном токе (50 Гц), Ом/км
|
Размеры или диаметр сечения, мм |
Сечение, мм |
||||||||
|
При ожидаемой плотности тока в проводнике, А/ мм |
|||||||||
|
0,5 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
||||||
|
Полоса прямоугольного сечения |
|||||||||
|
204 |
80 |
5,24 |
3,12 |
4,20 |
2,52 |
3,48 |
2,09 |
2,97 |
1,78 |
|
304 |
120 |
3,66 |
2,20 |
2,91 |
1,75 |
2,38 |
1,43 |
2,04 |
1,22 |
|
305 |
150 |
3,38 |
2,03 |
2,56 |
1,54 |
2,08 |
1,25 |
- |
- |
|
404 |
160 |
2,80 |
1,68 |
2,24 |
1,34 |
1,81 |
1,09 |
1,54 |
0,92 |
|
504 |
200 |
2,28 |
1,37 |
1,79 |
1,07 |
1,45 |
0,87 |
1,24 |
0,74 |
|
505 |
250 |
2,10 |
1,26 |
1,60 |
0,96 |
1,28 |
0,77 |
- |
- |
|
605 |
300 |
1,77 |
1,06 |
1,34 |
0,8 |
1,08 |
0,65 |
- |
- |
|
Проводник круглого сечения |
|||||||||
|
5 |
19,63 |
17,0 |
10,2 |
14,4 |
8,65 |
12,4 |
7,45 |
10,7 |
6,4 |
|
6 |
28,27 |
13,7 |
8,20 |
11,2 |
6,70 |
9,4 |
5,65 |
8,0 |
4,8 |
|
8 |
50,27 |
9,60 |
5,75 |
7,5 |
4,50 |
6,4 |
3,84 |
5,3 |
3,2 |
|
10 |
78,54 |
7,20 |
4,32 |
5,4 |
3,24 |
4,2 |
2,52 |
- |
- |
|
12 |
113,1 |
5,60 |
3,36 |
4,0 |
2,40 |
- |
- |
- |
- |
|
14 |
150,9 |
4,55 |
2,73 |
3,2 |
1,92 |
- |
- |
- |
- |
|
16 |
201,1 |
3,72 |
2,23 |
2,7 |
1,60 |
- |
- |
- |
- |
Пример: Определить внутреннее индуктивное сопротивление сталь ной полосы 40x4 мм длиной 0,2 км при условиях, указанных в примере 6.1.
Решение. Ожидаемые значения Iк = 375А и J=2 А/мм2 (см. решение примера 6.1). По таблице 6.2 находим для полосы сечением 40x4 мм при J=2 А/мм2 хω =0.92 Ом/км.
Тогда искомое внутреннее индуктивное сопротивление полосы ХН.З = хω l=0,92*0,2 = 0,184 Ом.
Значение Хп, Ом, может быть определено по известной из теоретиче ских основ электротехники формуле для индуктивного сопротивления двухпроводной линии с проводами круглого сечения одинакового диамет ра d, м.
, (6.8)
где ω — угловая скорость, рад/с; L — индуктивность линии, Гн; μr—относительная магнитная проницаемость среды; μо= 4π*10-7— маг нитная постоянная, Гн/м); l — длина линии, м; D — расстояние между проводами линии, м.
Для линии длиной 1 км, проложенной в воздушной среде (μr = 1) при частоте тока f= 50 Гц (со =314 рад/с), (6.8) принимает вид, Ом/км,
(6.9)
Из этого уравнения видно, что внешнее индуктивное сопротивление зависит от расстояния между проводами D и их диаметра d. Однако поско льку d изменяется в незначительных пределах, влияние его также незначи тельно и, следовательно, хп зависит в основном от D (с увеличением расс тояния растет сопротивление). Поэтому в целях уменьшения внешнего ин дуктивного сопротивления петли фаза — нуль нулевые защитные провод ники необходимо прокладывать совместно с фазными проводниками или в непосредственной близости от них.
При малых значениях D, соизмеримых с диаметром проводов d, т. е. когда фазный и нулевой проводники расположены в непосредственной близости один от другого, сопротивление хп незначительно (не более 0,1 Ом/км) и им можно пренебречь.
Пример: определить внешнее индуктивное сопротивление хп петли фазы — нуль для грех случаев: 1) расстояние между фазным и нулевым -проводами D = 1 см (это может быть, если в качестве нулевого защитного проводника используется четвертая жила, или алюминиевая оболочка ка беля, или стальная труба, в которой проложены фазные провода, и т. п.); 2) D = 60 см; 3) D = 300 см. Диаметры обоих проводов одинаковы (d = 1,4 см), частота тока 50 Гц.
Решение: по (6.9) находим:
|
|
|
|
|
В практических расчетах обычно принимают хп = 0,6 Ом/км, что со ответствует расстоянию между проводами 70—100 см (примерно такие расстояния бывают на воздушных линиях электропередачи от нулевого провода до наиболее удаленного фазного).
Расчет сопротивления заземления нейтрали
Сопротивление заземления нейтрали источника тока rо, Ом, должно быть таким, чтобы в случае замыкания какой-либо фазы на землю через сопротивление rзм, Ом, напряжение, под которым ока жется человек, прикоснувшийся к зануленному корпусу или к нулевому защитному проводнику непосредственно, не превышало некоторого допу стимого напряжения прикосновения Unvmn,B, т.е.
, (6.10)
где UK = I3r0— напряжение зануленного корпуса (нулевого защитного проводника) относительно земли. В; I3 — ток замыкания на землю, А; α1 и α2 — коэффициенты напряжения прикосновения.
Этот случай необходимо рассматривать при следующих наиболее тяжелых, но вполне реальных условиях: человек, касаясь зануленного кор пуса, находится за пределами зоны растекания тока замыкания на землю, т. е. α1 = 1; сопротивление растеканию ног человека незначительно по срав нению с сопротивлением тела человека Rh, и им можно пренебречь, т. е. α2 = 1; в сети отсутствуют повторные заземления нулевого защитного прово дника. Тогда:
(6.11)
(6.12)
По условиям безопасности прикосновения к зануленным корпусам в период существования замыкания фазы на землю rзм и UПР,ДОП. должны быть возможно меньшего значения. Поэтому принимаем rзм = 20 Ом; ме ньше значения мало вероятны.
Поскольку при замыкании фазы на землю сеть от источники питания автоматически, как правило, не отключится и зануленные корпуса будут длительное время находиться под напряжением UK (до устранения повреж дения или отключения вручную сети либо поврежденной фазы от источни ка питания), принимаем длительно допустимое напряжение прикосновения UПР,ДОП = 36 В.
При этих условиях по (6.10) получим наибольшие допустимые зна чения сопротивлений заземления нейтрали rO =7,9 Ом для сети 220/127 В, 3,9 Ом для сети 380/220 В, 2,1 Ом для сети 660/380 В.
Надо иметь в виду, что эти предельные значения сопротивления за земления нейтрали должны выдерживаться, когда в схеме зануления от сутствуют повторные заземления нулевого защитного проводника. При наличии повторных заземлений такими сопротивлениями должны обла дать все вместе взятые заземления - заземление нейтрали и повторные за земления, поскольку они включены параллельно.
Согласно требованиям ПУЭ общее сопротивление заземления нейт рали источника тока (генератора, трансформатора) и всех повторных зазе млений нулевого провода отходящих воздушных линий электропередачи в любое время года должно быть не более 8, 4 и 2 Ом соответственно при линейных напряжениях 220, 380 и 660 В источника трехфазного тока или 127, 220 и 380 В источника однофазного, тока.
При этом сопротивление заземления нейтрали, а точнее говоря, соп ротивление заземлителя, расположенного в непосредственной близости от источника тока, к которому присоединяется нейтраль источника, должно быть не более 60, 30 и 15 Ом соответственно при линейных напряжениях 220, 380 и 660 В источника трехфазного тока или 127, 220 и 380 источника однофазного тока.
Эти требования ПУЭ относятся к случаям, когда от источника пита ния отходят две или более воздушные линии, несущие наряду с фазными нулевой провод.
Если же отходящих воздушных линий нет или отходит всего одна линия, то независимо от количества на ней повторных заземлителей нуле вого провода их сопротивления не учитываются и сопротивление заземле ния нейтрали источника тока (т. е. сопротивление заземлителя, располо женного в непосредственной близости от источника тока| должно быть не более 8, 4 и 2 Ом соответственно при линейных напряжениях 220, 380 и 660 В источника трехфазного тока или 127, 220 и 380 В источника однофа зного тока.
При удельном электрическом сопротивлении земли ρ превышающем 100 Ом м, ПУЭ разрешают увеличивать указанные сопротивления до ρо/100, но не более чем в 10 раз.
Расчет сопротивления повторного заземления нулевого защитного проводника
При замыкании фазы на зануленный корпус (рисунок 6.3) нулевой защитный проводник на участке за ближайшим к месту замыкания повтор ным заземлением (т. е. за точкой А на рисунок 6.3), а также зануленное оборудование, присоединенное к этому участку проводника, оказываются под некоторым напряжением относительно земли UH. Наибольшее значе ние этого напряжения В.
(6.13)
где I3 - часть тока однофазного короткого замыкания, стекающего в землю через повторные заземления нулевого защитного проводника, А; п - количество повторных заземлении нулевого защитного проводника; rп - сопротивление одного повторного заземления пулевого защитного про водника (принимаем, что все повторные заземлители обладают одинако выми сопротивлениями), Ом.
Это напряжение существует до момента отключения защитой по врежденной установки, т. е. кратковременно. Однако значение UH MAX может быть достаточно большим и представляет опасность для людей даже при кратковременном его существовании. Кроме того, при отказе или задержке защиты (из-за не исправности автоматического выключателя, завышенных установок, а также при несоответствующих плавких вставка предохрани телей и т. п.) это напряжение может существовать длительно. В целях уст ранения возникающей при этом опасности поражения людей током необ ходимо, чтобы UH MAX не превышало допустимого значения напряжения прикосновения UПР,ДОП, В. Это условие будет выполнено при определенном значении rп от которого зависит также неизвестный ток I3 (6.13).
Pисунок 6.3 - К расчету сопротивления повторного заземления нулевого защитного проводника: а - замыкание фазы на корпус; б - схема замыка ния
Найдем это значение rп. Ом. Для схемы замещение (см. рисунок 6.3(б)) можно написать:
(6,14)
Откуда
(6.15)
где Iн — часть тока однофазного короткого замыкания, проходящего по нулевому защитному проводнику от места замыкания фазы на корпус до нейтральной точки источника тока, A; zH,3 — полное сопротивление участка нулевого защитного проводника, по которому проходит ток IН, Ом. Это сопротивление находим по формуле
(6.16)
где RН.З. и ХН,З — активное и внутреннее индуктивное сопротивления нулевого защитного проводника, Ом; ХП — внешнее индуктивное сопроти вление петли фаза - нуль, Ом.
Допуская некоторую ошибку, которая в итоге повышает безопас ность, принимаем IН=IК. Тогда искомое сопротивление каждого повторного заземления нулевого защитного проводника
(6.17)
В простейшем случае, когда ХНЗ = ХП = 0, и с учетом того, что IкzH3=2UФ/3, уравнение (6.16) примет вид
(6.18)
Задание на расчетную часть лабораторной работы
1)Проверить, обеспечена ли отключающая способность зануления в сети, показанной на рис. 6.4, при нулевом защитном проводнике — стальной полосе сечением 50 х 5 мм. Линия 380/220 В с медными проводами 3x20 мм питается от трансформатора Р, 6/0,4 кВ со схемой соединения обмоток Д/Ун. Двигатели защищены предохранителями IНОМ1 (двигатель 1) и IНОМ2 (двигатель 2). Коэффициент кратности тока k.
2)На линии, рассмотренной нами в предыдущей части задания, по вторные заземления нулевого провода выполнены в точка А и В (см. рису нок 6.4). Определить наибольшие допустимые значения сопротивлений rп если значения их одинаковы. Дополнительные данные: п = 2; r0; UПР,ДОП.
N = (№ студента по зачетному списку)*4
IНОМ1 = 70+N А
IНОМ2 = 35+N/2 А
l1=N+100 м
l2=(100-N)+40 м
k = 2+(100- N)/50
r0 = 2+N/33 Ом
UПР,ДОП = 12+N/2 В
Рис. 6.4 – Участок электросети
Решение сводится к проверке соблюдения условия срабатывания за щиты по (6.3). Для этого необходимо определить наименьшие допустимые по условиям срабатывания защиты Iк, затем по (6.8) — действительные Iк, которые будут проходить по петле фаза — нуль, и сравнить их.
а) при замыкании фазы на корпус двигателя 1
б) при замыкании фазы на корпус двигателя 2
Вывод: поскольку действительные (вычисленные) значения токов однофазного КЗ (390 и 282 А) превышают наименьшие допустимые по условиям срабатывания защиты токи (375 и 240 А), нулевой за щитный проводник выбран правильно, т. е. отключающая способ ность системы зануления обеспечена.
а) при замыкании на корпус двигателя 1
б) при замыкании на корпус двигателя 2
Порядок выполнения работы
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Цель работы:
Изучить характеристики и виды освещения и световой среды
Задание:
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Искусственное освещение. Основным методом расчета общего равномерного освещения при горизонтальной рабочей поверх ности является метод светового потока (коэффициента исполь зования). Необходимый световой поток Фл (лм) от одной лампы накаливания или группы ламп светильника при люминесцент ных лампах рассчитывают по формуле:
|
(7.1) |
где Еп - нормированная минимально-допустимая освещенность (лк), которая определяется нормативом (см. табл. 7.1);
S - пло щадь освещаемого помещения (м2);
z - коэффициент неравно мерности освещения, который зависит от типа ламп (для ламп накаливания и дуговых ртутных ламп - 1,15, для люминесцент ных ламп - 1,1);
k - коэффициент запаса, учитывающий запыление светильников и снижение светоотдачи в процессе экс плуатации, зависящий от вида технологического процесса, вы полняемого в помещении и рекомендуемый в нормативах СНиП 23-05-95 (обычно k= 1,3...1,8);
Nc - число светильников в помещении;
γ - коэффициент затенения, который вво дится в расчет только при наличии крупногабаритного оборудо вания, затеняющего рабочее пространство;
η - коэффициент использования светового потока ламп, учитывающий долю об щего светового потока, приходящуюся на расчетную плоскость, и зависящий от типа светильника, коэффициента отражения потолка ρП и стен ρС, высоты подвеса светильников, размеров помещения, определяемых индексом / помещения.
Индекс помещения определяется по формуле:
|
(7.2) |
где А и В - длина и ширина помещения, м;
Нс - высота подве са светильников над рабочей поверхностью.
Коэффициент использования светового потока ламп η опре деляют по таблицам, приводимым в СНиП 23-05-95 в зависи мости от типа светильника, ρП, ρС и индекса i. Некоторые значе ния η представлены в табл. 1 Приложения 3. По полученному в результате расчета по формуле (7.1) свето вому потоку по ГОСТ 2239-79* и ГОСТ 6825-91 выбирают ближайшую стандартную лампу и определяют ее необходимую мощность. Световые и электрические параметры некоторых наи более широко используемых ламп приведены в табл. 2,3 Прил. 3. Умножив электрическую мощность лампы на количест во светильников NС, можно определить электрическую мощность всего освещения помещения.
Таблица 7.1 - Нормы освещенности при искусственном освещении по СНиП 23-05-95
|
Характеристика зрительной работы |
Наименьший эквивалентный размер объекта, мм |
Разряд зрительной работы |
Подраздряд зрительной работы |
Контраст объекта с фоном |
Характеристика фона |
Освещение, Emin, лк |
||
|
При системе комбинированного освещения |
При системе общего освещения |
|||||||
|
всего |
В том числе от общего |
|||||||
|
Наивысшей точности |
Менее 0,15 |
I |
а |
малый |
темный |
5000 |
500 |
- |
|
б |
малый средней |
средний темный |
4000 3500 |
400 400 |
1250 1000 |
|||
|
в |
малый средней большой |
светлый средний темный |
2500 2000 |
300 200 |
750 600 |
|||
|
г |
средней большой большой |
светлый светлый средний |
1500 1250 |
200 200 |
400 300 |
При выборе типа лампы допускается отклонение от расчет ного светового потока лампы ФЛ до -10 % и +20 %. Если такую лампу не удалось подобрать, выбирают другую схему расположе ния светильников, их тип и повторяют расчет.
Расчет освещения от светильников с люминесцентными лам пами целесообразно выполнять, предварительно задавшись ти пом, электрической мощностью и величиной светового потока ламп. С использованием этих данных необходимое число све тильников определяют по формуле:
|
(7.3) |
где Np - число принятых рядов светильников.
Для проверочного расчета общего локализованного и комби нированного освещения, освещения наклонных и вертикальных поверхностей и для проверки расчета равномерного общего ос вещения горизонтальных поверхностей, когда отраженным све товым потоком можно пренебречь, применяют точечный метод. В основу точечного метода положена формула (расчетная схема изображена на рис. 7.1):
|
|
(7.4) |
где Iа - сила света в направлении от источника света к расчет ной точке А рабочей поверхности, кд (определяется по светотех ническим характеристикам источника света и светильника); Н - высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, м; γ - угол между нормалью к рабочей поверхности и направлением светового потока от источника.
При необходимости расчета освещенности в точке, создавае мой несколькими светильниками, подсчитывают освещенность от каждого из них, а затем полученные значения складывают. Должно выполняться условие ЕН ≤ Е∑.
Рис. 7.1 - Схема расчета точечным методом
Естественное освещение. Целью расчета естественного осве щения является аналитическое определение значения КЕО. Это необходимо для правильной расстановки оборудования, опреде ления положения рабочих мест. Расчет производят также для оп ределения достаточности размеров оконных проемов для обеспе чения минимально допустимого значения КЕО. Для расчета ес тественной освещенности могут применяться аналитические методы, но на практике определение значения КЕО в расчетной точке помещения осуществляют с использованием графиков и номограмм.
При использовании графических зависимостей расчет КЕО при боковом освещении осуществляют в следующей последова тельности:
1) определяют непосредственным измерением или по строи тельным чертежам площадь Sc (м2) световых проемов, площадь Sn (м2) освещаемой части пола помещения и находят их отноше ние Sc / Sn;
2) определяют глубину hn (м) помещения от световых про емов до расчетной точки, высоту h0 (м) верхней грани световых проемов (окон) над уровнем рабочей поверхности и находят их отношение hn / h0;
3) с использованием графика, изображенного на рис. 7.2, по значениям отношения 5С / Sn и hn / h0 находят значение КЕО.
Рис. 7.2 - Определение КЕО по значению площади светового проема и освещаемой площади пола
Для определения размеров оконных проемов, обеспечиваю щих требуемое по условиям трудовой деятельности значение КЕО, можно использовать график, изображенный на рис. 7.2. По графику на пересечении вычисленного значения hn / h0 (точка А) и необходимой величины КЕО (точка Б) определяют тре буемое значение Sc / Sn (точка В), выраженное в процентах. Да лее вычисляют требуемую площадь световых проемов Sc.
Графики, приведенные на рис. 7.2, 7.3, построены для окон с двумя слоями листового оконного стекла в спаренных металлических открывающихся переплетах. Если проектом пре дусмотрены другие типы заполнителей световых проемов, то найденное по графику рис. 7.2 значение КЕО необходимо ум ножить на поправочный коэффициент kn, значения которого для наиболее распространенных заполнителей световых проемов представлены в табл. 7.2.
Рис. 7.3 - Определение КЕО по глубине помещения и высоте световых проемов
Для определения значения КЕО может также применяться графический метод А. М. Данилюка, пригодный при легкой сплошной освещенности, т. е. при диффузном распространении светового потока. Метод сводится к тому, что полусферу небо свода разбивают на 10 000 участков равной световой активности и подсчитывают, какое число этих участков видно из расчетной точки помещения через световой проем, т. е. графически опре деляют, какая часть светового потока от всей небесной полусфе ры непосредственно попадает в расчетную точку.
Таблица 7.2 - Значения поправочного коэффициента kn
|
Тип остекления |
kn |
|
Однослойное остекление в стальных одинарных глухих переплетах |
1,26 |
|
То же в открывающихся переплетах |
1,05 |
|
Один слой оконного стекла в деревянных открывающихся переплетах |
1,05 |
|
Два слоя оконного стекла в стальных открывающихся переплетах |
0,75 |
|
Пустотелый стеклянные блоки |
0,70 |
Число видимых через световой проем участков небосклона находят при помощи двух графиков (рис. 7.4), представляющих собой пучок проекций лучей, соединяющих центр полусферы небосвода с участками равной световой активности по высоте (график I) и по ширине (график II) светового проема.
Рис. 7.4 – Схема для расчета естественного освещения по методу А.М. Данилюка
Для расчета по методу А. М. Данилюка на листе бумаги вы полняют разрезы помещения - поперечный разрез и в плане - и масштабе, соответствующем масштабу графиков. Затем накла дывают график I на поперечный разрез так, чтобы основание графика совпадало со следом расчетной плоскости рабочей по верхности, а полюс графика с расчетной точкой М, и определя ют число n1, лучей, проходящих через контур светового проема. График II накладывают на план помещения так, чтобы его осно вание было параллельно плоскости расположения светового проема и было расположено от нее на расстоянии, равном рас стоянию от расчетной точки до середины светового проема по высоте на поперечном разрезе. При этом полюс графика должен находиться на пересечении его основания с горизонтальной ли нией, проведенной на плане помещения через расчетную точку. Подсчитывают число n2 лучей, проходящих через контур свето вого проема по ширине. Значение КЕО в расчетной точке (в %) помещения определяют как: KEO = 0,01∙n1∙n2.
Порядок выполнения работы
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Приложение 1
Таблица П1.1 - Данные сталеалюминиевых проводов воздушных линий
|
Марка провода |
Сечение алюминия, мм2 |
Диаметр провода, мм |
r0, Ом/км |
х0, Ом/км |
b0 10-6 , Oм/км |
ΔРк, кВт/км |
Длительно допустимый ток, А |
Цена, руб. за метр |
|
Напряжение 110 кВ |
|
|||||||
|
16/2,7 |
16 |
4 |
1,6 |
0,5 |
2,4 |
- |
110 |
6,1 |
|
25/4,2 |
24,7 |
6,4 |
1,15 |
0,402 |
2,43 |
- |
135 |
9,6 |
|
35/6,2 |
34,5 |
7,5 |
0,835 |
0,391 |
2,46 |
- |
170 |
14,0 |
|
50/8 |
49,5 |
9,0 |
0,578 |
0,380 |
2,50 |
- |
215 |
18,2 |
|
70/11 |
68,0 |
11,4 |
0,428 |
0,444 |
2,55 |
- |
265 |
25,7 |
|
95/16 |
95,4 |
13,5 |
0,306 |
0,434 |
2,61 |
- |
330 |
35,8 |
|
120/19 |
118,0 |
15,2 |
0,249 |
0,427 |
2,66 |
- |
390 |
50,9 |
|
120/27 |
114,0 |
15,4 |
0,253 |
0,425 |
2,67 |
- |
375 |
|
|
150/19 |
148,0 |
16,8 |
0,199 |
0,421 |
2,69 |
- |
450 |
|
|
150/24 |
149,0 |
17,1 |
0,198 |
0,420 |
2,70 |
- |
450 |
60,0 |
|
150/34 |
147,0 |
17,5 |
0,201 |
0,423 |
2,71 |
- |
450 |
|
|
185/29 |
181,0 |
18,8 |
0,162 |
0,413 |
2,75 |
- |
510 |
72,8 |
|
185/43 |
185,0 |
19,6 |
0,158 |
0,410 |
2,78 |
- |
515 |
|
|
240/32 |
244,0 |
21,6 |
0,121 |
0,405 |
2,81 |
- |
605 |
|
|
300/39 |
301,0 |
24,0 |
0,098 |
0,429 |
2,64 |
2,5 |
710 |
|
|
400/51 |
394,0 |
27,5 |
0,075 |
0,420 |
2,70 |
1,7 |
825 |
|
|
500/64 |
490,0 |
30,6 |
0,060 |
0,413 |
2,74 |
1,5 |
945 |
Приложение 2
Таблица П2.1 - Эквивалентное удельное сопротивление грунтов
|
Грунт |
Удельное сопротивление, Ом-м |
|
|
пределы колебаний |
при влажности грунта 10... 12% |
|
|
Чернозем |
9...53 |
20 |
|
Торф |
9...53 |
20 |
|
Глина |
8...70 |
40 |
|
Суглинок |
40...150 |
100 |
|
Супесь |
150...400 |
300 |
|
Песок |
400...700 |
700 |
Таблица П2.2 - Значения расчетных климатических коэффициентов сезонности
сопротивления грунта
|
Заземлитель |
Климатическая зона |
|||
|
I |
II |
III |
IV |
|
|
Стержневой |
1,8...2,0 |
1,6...1,8 |
1,4...1,5 |
1,2-1,4 |
|
Полосовой |
4,5...7,0 |
3,5...4,5 |
2,0...2,5 |
1,5...2,0 |
Таблица П2.3 - Нормируемые значения величины сопротивления растеканию тока заземляющих устройств (для электроустановок напряжением до 1000 В)
|
Вид заземления |
Напряжение сети, В |
||
|
220/127 |
380/220 |
660/380 |
|
|
Нормируемое сопротивление Rнорм, Ом |
|||
|
Рабочее заземление нулевой точки трансформатора (генератора) |
8 |
4 |
2 |
|
Повторное заземление нулевого провода на вводе в объект |
20 |
10 |
5 |
|
Повторное заземление нулевого провода на воздушной линии |
60 |
30 |
15 |
Таблица П2.4 - Коэффициент использования вертикальных заземлителейи соединительной полосы
|
Число заземлителей |
Заземлители размещены в ряд |
Заземлители размещены по замкнутому контуру |
||
|
2 |
0,91 |
— |
— |
— |
|
4 |
0,83 |
0,89 |
0,78 |
0,55 |
|
6 |
0,77 |
0,82 |
0,73 |
0,48 |
|
10 |
0,74 |
0,75 |
0,68 |
0,40 |
|
15 |
0,70 |
0,65 |
0,65 |
0,36 |
|
20 |
0,67 |
0,56 |
0,63 |
0,32 |
|
40 |
— |
0,40 |
0,58 |
0,29 |
Примечание: Значения коэффициентов даны с учетом того, что отношение длины заземлителей к расстоянию между ними равно двум.
Приложение 3
|
Таблица П3.1 - Коэффициент использования светового потока |
||||||||||||||||||
|
Лампы накаливания |
||||||||||||||||||
|
Тип светильника |
У |
У |
СЗЛ-300-1 |
ППД-200 |
Шм |
Ск-300 |
||||||||||||
|
rn, % |
70 |
50 |
30 |
70 |
50 |
30 |
70 |
50 |
30 |
70 |
50 |
30 |
70 |
50 |
30 |
70 |
50 |
30 |
|
rc, % |
50 |
50 |
10 |
50 |
30 |
10 |
50 |
30 |
10 |
50 |
30 |
10 |
50 |
50 |
30 |
50 |
50 |
30 |
|
i |
Значение коэффициента использования, % |
|||||||||||||||||
|
0,5 |
22 |
20 |
17 |
19 |
15 |
12 |
29 |
27 |
25 |
24 |
20 |
17 |
15 |
13 |
8 |
15 |
11 |
9 |
|
0,6 |
32 |
26 |
23 |
27 |
22 |
19 |
36 |
33 |
30 |
30 |
24 |
20 |
19 |
16 |
12 |
19 |
14 |
11 |
|
0,7 |
39 |
34 |
30 |
32 |
28 |
25 |
40 |
36 |
34 |
36 |
30 |
26 |
23 |
20 |
16 |
22 |
16 |
14 |
|
0,8 |
44 |
38 |
34 |
35 |
31 |
28 |
44 |
39 |
36 |
41 |
36 |
32 |
26 |
22 |
18 |
25 |
18 |
16 |
|
0,9 |
47 |
41 |
37 |
37 |
33 |
30 |
46 |
41 |
39 |
43 |
38 |
34 |
28 |
24 |
20 |
28 |
20 |
18 |
|
1,0 |
49 |
43 |
39 |
38 |
35 |
31 |
48 |
43 |
41 |
44 |
39 |
36 |
30 |
26 |
22 |
30 |
22 |
19 |
|
1.1 |
50 |
45 |
41 |
40 |
36 |
32 |
49 |
44 |
42 |
45 |
41 |
38 |
32 |
27 |
23 |
32 |
23 |
21 |
|
1,25 |
52 |
47 |
43 |
42 |
38 |
34 |
51 |
47 |
44 |
47 |
42 |
39 |
34 |
29 |
24 |
35 |
26 |
23 |
|
1,5 |
55 |
50 |
46 |
44 |
40 |
36 |
53 |
50 |
47 |
51 |
45 |
42 |
36 |
31 |
26 |
38 |
28 |
25 |
|
1,75 |
58 |
53 |
48 |
46 |
42 |
39 |
55 |
52 |
49 |
53 |
49 |
45 |
38 |
33 |
28 |
40 |
30 |
27 |
|
2,0 |
60 |
55 |
51 |
48 |
44 |
40 |
56 |
53 |
51 |
55 |
51 |
47 |
40 |
35 |
30 |
42 |
31 |
29 |
|
2,25 |
62 |
57 |
53 |
49 |
45 |
42 |
58 |
55 |
53 |
57 |
53 |
49 |
42 |
36 |
31 |
45 |
33 |
30 |
|
2,5 |
64 |
59 |
55 |
51, |
47 |
44 |
59 |
56 |
54 |
58 |
54 |
51 |
43 |
38 |
33 |
47 |
35 |
32 |
|
3,0 |
66 |
62 |
58 |
53 |
49 |
46 |
61 |
58 |
56 |
61 |
56 |
54 |
45 |
40 |
36 |
49 |
37 |
33 |
|
3,5 |
68 |
64 |
61 |
55 |
51 |
48 |
62 |
59 |
58 |
63 |
58 |
56 |
48 |
41 |
38 |
51 |
39 |
36 |
|
4,0 |
70 |
66 |
62 |
56 |
52 |
49 |
63 |
60 |
58 |
64 |
60 |
57 |
49 |
43 |
40 |
53 |
41 |
38 |
|
5,0 |
73 |
69 |
64 |
57 |
53 |
51 |
63 |
61 |
59 |
65 |
62 |
58 |
52 |
46 |
43 |
55 |
42 |
40 |
|
Лампы люминесцентные |
||||||||||||||||||
|
ОД |
ДР и ПВЛ-6 |
ОДО ОДОР |
ШОД |
ШЛП |
||||||||||||||
|
rn, % |
70 |
50 |
30 |
70 |
50 |
30 |
70 |
50 |
30 |
70 |
50 |
30 |
70 |
50 |
30 |
70 |
50 |
30 |
|
rc, % |
50 |
30 |
10 |
50 |
30 |
10 |
50 |
30 |
10 |
50 |
30 |
10 |
50 |
50 |
30 |
50 |
50 |
30 |
|
i |
Значение коэффициента использования, % |
|||||||||||||||||
|
0,5 |
30 |
25 |
20 |
28 |
24 |
21 |
29 |
21 |
19 |
26 |
20 |
17 |
22 |
16 |
14 |
22 |
20 |
17 |
|
0,6 |
34 |
29 |
25 |
32 |
27 |
24 |
32 |
26 |
22 |
30 |
24 |
20 |
28 |
21 |
18 |
27 |
25 |
21 |
|
0,7 |
38 |
33 |
29 |
35 |
30 |
27 |
36 |
29 |
25 |
34 |
28 |
23 |
32 |
24 |
21 |
30 |
28 |
24 |
|
0,8 |
42 |
36 |
33 |
38 |
33 |
29 |
40 |
33 |
28 |
37 |
31 |
26 |
35 |
27 |
24 |
33 |
30 |
27 |
|
0,9 |
45 |
39 |
35 |
41 |
36 |
32 |
42 |
36 |
31 |
40 |
33 |
28 |
38 |
30 |
27 |
35 |
32 |
29 |
|
1,0 |
47 |
42 |
38 |
44 |
38 |
34 |
46 |
38 |
33 |
42 |
35 |
30 |
41 |
32 |
29 |
37 |
34 |
31 |
|
Окончание табл. П3.1 |
||||||||||||||||||
|
1,1 |
50 |
44 |
40 |
46 |
41 |
36 |
48 |
41 |
36 |
45 |
37 |
33 |
43 |
34 |
31 |
39 |
36 |
32 |
|
1,25 |
53 |
48 |
43 |
48 |
44 |
39 |
51 |
44 |
38 |
48 |
40 |
35 |
46 |
37 |
34 |
42 |
38 |
34 |
|
1,5 |
57 |
52 |
47 |
52 |
47 |
43 |
54 |
48 |
42 |
51 |
43 |
38 |
50 |
40 |
37 |
45 |
40 |
37 |
|
1,75 |
60 |
54 |
51 |
54 |
50 |
46 |
59 |
51 |
45 |
54 |
46 |
41 |
53 |
43 |
40 |
47 |
42 |
40 |
|
2,0 |
62 |
57 |
54 |
56 |
52 |
49 |
61 |
53 |
47 |
56 |
48 |
43 |
55 |
45 |
42 |
48 |
44 |
42 |
|
2,25 |
64 |
59 |
56 |
58 |
54 |
51 |
63 |
55 |
49 |
58 |
50 |
45 |
57 |
47 |
44 |
50 |
46 |
43 |
|
2,5 |
65 |
60 |
57 |
60 |
55 |
52 |
65 |
56 |
50 |
59 |
51 |
46 |
59 |
48 |
45 |
51 |
47 |
44 |
|
3,0 |
67 |
63 |
60 |
62 |
58 |
55 |
67 |
59 |
53 |
61 |
53 |
48 |
61 |
50 |
48 |
53 |
49 |
46 |
|
3,5 |
69 |
65 |
62 |
63 |
59 |
57 |
69 |
61 |
55 |
63 |
55 |
50 |
63 |
52 |
50 |
55 |
51 |
48 |
|
4,0 |
70 |
66 |
64 |
64 |
61 |
58 |
70 |
62 |
56 |
64 |
56 |
51 |
65 |
54 |
51 |
56 |
52 |
49 |
|
5,0 |
72 |
69 |
66 |
65 |
62 |
60 |
72 |
65 |
58 |
66 |
58 |
53 |
67 |
56 |
53 |
58 |
53 |
51 |
|
Таблица П3.2 - Световой поток ламп накаливания общего назначения |
|||||
|
Мощность, Вт |
Тип лампы |
Световой поток, лм |
Мощность, Вт |
Тип лампы |
Световой поток, лм |
|
15 |
В |
105 |
150 |
Г |
2000 |
|
25 |
В |
220 |
150 |
Б |
2100 |
|
40 |
Б |
400 |
200 |
Г |
2800 |
|
40 |
БК |
460 |
200 |
Б |
2920 |
|
60 |
Б |
715 |
300 |
Г |
4600 |
|
60 |
БК |
790 |
500 |
Г |
8300 |
|
100 |
Б |
1350 |
750 |
г |
13100 |
|
100 |
БК |
1450 |
1000 |
г |
18600 |
|
Таблица П3.3 - Световой поток наиболее распространенных люминесцентных ламп напряжением 220 В |
||||||
|
Тип лампы |
Световой поток, лм, при мощности, Вт |
|||||
|
15 |
20 |
30 |
40 |
65 |
80 |
|
|
ЛДЦ |
500 |
820 |
1450 |
2100 |
3050 |
3560 |
|
ДЦ |
540 |
920 |
1640 |
2340 |
3575 |
4070 |
|
ЛХБ |
675 |
935 |
1720 |
2600 |
3820 |
4440 |
|
ЛБ |
760 |
1180 |
2100 |
3000 |
4550 |
5220 |