Задача 1 Расчет защитного заземления

Действие электротока на человека и виды электротравм

Факторами опасного и вредного воздействия на человека, связанными с использованием электрической энергии, являются:

- протекание электрического тока через организм человека;

- воздействие электрической дуги;

- воздействие биологически активного электрического поля;

- воздействие биологически активного магнитного поля;

- воздействие электростатического поля;

- воздействие электромагнитного излучения (ЭМИ).

В данной задаче будем рассматривать опасности, связанные с протеканием электрического тока через организм человека.

Опасные и вредные последствия для человека от воздействия электрического тока, электрической дуги, электрического и магнитного полей, электростатического поля и ЭМИ проявляются в виде электрических ударов, электротравм. Степень воздействия зависит от экспозиции фактора, в том числе от рода и величины напряжения и тока, частоты электрического тока, пути тока через тело человека, продолжительности воздействия электрического тока или электрического и магнитного полей на организм человека, условий внешней среды.

Экспозиция – продолжительность действия опасного или вредного фактора.

Электротравмы:

- локальные поражения тканей (металлизация кожи, электрические знаки и ожоги);

- поражение органов (резкие сокращения мышц, фибрилляция сердца, электроофтальмия, электролиз крови) являются результатом воздействия электрического тока или электрической дуги на человека (электрический удар).

По степени воздействия на организм человека различаются четыре стадии электрического удара:

I – слабые, судорожные сокращения мышц;

II – судорожные сокращения мышц, потеря сознания;

III – потеря сознания, нарушение сердечной и дыхательной деятельности;

IV – клиническая смерть, т. е. отсутствие дыхания и кровообращения.

Механические повреждения, явившиеся следствием воздействия опасных факторов, связанных с использованием электрической энергии (падение с высоты, ушибы), также могут быть отнесены к электротравмам. Кроме того, электрический ток вызывает непроизвольное сокращение мышц (судороги), которое затрудняет освобождение человека от контакта с токоведущими частями. Величины пороговых токов приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Значения пороговых токов

Вид тока	Значения тока, мА
Переменного	Постоянного
1 Ощутимый	0,6 – 1,5	5-7
2 Неотпускающий	10 - 15	50-60
3 Фибрилляционный

Переменный ток промышленной частоты человек начинает ощущать при 0,6–15 мА. Ток 12–15 мА вызывает сильные боли в пальцах и кистях. Человек выдерживает такое состояние 5–10 с и может самостоятельно оторвать руки от электродов. Ток 20–25 мА вызывает очень сильную боль, руки парализуются, затрудняется дыхание; человек не может самостоятельно освободиться от электродов. При токе 50–80 мА наступает паралич дыхания, а при 90–100 мА - паралич сердца и смерть. Поэтому ток 100 мА для человека является смертельно опасным.

Менее чувствительно человеческое тело к постоянному току. Его воздействие ощущается при 12–15 мА. Ток 20–25 мА вызывает незначительное сокращение мышц рук. Только при токе 90–110 мА наступает паралич дыхания. Самый опасный – переменный ток частотой 50–60 Гц. С увеличением частоты (начиная с 1000–2000 Гц) ток начинает распространяться по поверхности кожи, вызывают сильные ожоги, но не приводит к электрическому удару.

Величина тока, проходящего через тело человека, зависит от сопротивления тела и приложенного напряжения. Наибольшее сопротивление току оказывает верхний роговой слой кожи, лишенный нервов и кровеносных сосудов. При сухой неповрежденной коже сопротивление человеческого тела электрическому току равно 40–100 кОм. Роговой слой имеет незначительную толщину (0,05–0,2 мм) и при напряжении 250 В мгновенно пробивается. Повреждение рогового слоя уменьшает сопротивление человеческого тела до 0,8–1 кОм. Сопротивление уменьшается также с увеличением времени воздействия тока. Поэтому очень важно быстро устранить соприкосновение пострадавшего с токоведущими частями.

Исход поражения во многом зависит также от пути тока в теле человека. Наиболее опасны пути руки–ноги и рука–рука, когда наибольшая часть тока проходит через сердце.

На величину сопротивления, а следовательно, и на исход поражения электрическим током большое влияние оказывает физическое и психическое состояние человека. Повышенная потливость кожного покрова, переутомление, нервное возбуждение, опьянение приводят к резкому уменьшению сопротивления тела человека (до 0,8–1 кОм). Поэтому даже сравнительно небольшие напряжения могут привести к поражению электрическим током.

Нужно обязательно помнить, что человеческий организм поражает не напряжение, а величина тока. При неблагоприятных условиях даже низкие напряжения (30–40 В) могут быть травмоопасными. Если сопротивление тела человека 700 Ом, то опасным будет напряжение 35 В.

В расчетах принимается в качестве опасного ток 100 мА для переменного тока промышленной частоты.

Опасность (величина) напряжения прикосновения [12] зависит от времени воздействия и нормируется в зависимости от того, нормальный или аварийный режим работы сети (оборудования). Это обстоятельство учитывают при расчете контура защитного заземления (КЗЗ).

При появлении напряжения на токопроводящих частях (пробой фазы на корпус и т.д.) необходимо снизить потенциал напряжения до безопасных значений [12]. Фактически потенциал на оборудовании (напряжение прикосновения) будет определяться мощностью, необходимой для возврата тока на нейтраль трансформатора. Мощность определяется произведением напряжения и силы тока, величины которых связаны с сопротивлением КЗЗ.

Метод «коэффициентов использования» применяют для расчета сопротивления отдельных вертикальных и горизонтальных электродов. Сопротивления электродов складываются параллельно, а для учета взаимного влияния их полей вводятся коэффициенты использования. Таким образом, определяется сопротивление заземлителя в целом. Точность метода зависит от правильного применения этих коэффициентов. Значения их определялись многократно на моделях в электролитических ваннах и в земле для разных конфигураций.

Нейтраль – общая точка обмоток генераторов или трансформаторов, питающих сеть; напряжения на выходных зажимах источника электроэнергии, измеренные относительно нейтрали, равны.

Глухозаземленная нейтраль источника электроэнергии – нейтраль генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока напряжением до 1 кВ, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление.

Изолированная нейтраль – нейтраль генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока напряжением до 1 кВ, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через приборы сигнализации, измерения, защиты и подобные им устройства, имеющие большое сопротивление.

В расчетах необходимо иметь сопротивление КЗЗ в пределах требований безопасности (таблица А1 приложения) [12].

 

Исходные данные. Рассчитать заземляющее устройство трансформаторной подстанции, исходные данные приведены в таблице 2. Подстанция понижающая размещена в отдельном кирпичном здании, имеет два трансформатора с изолированной нейтралью на высокой стороне и с глухозаземленной нейтралью на низкой стороне (0,4 кВ). Предполагаемый контур искусственного заземлителя вокруг здания имеет форму прямоугольника.

В качестве естественного заземлителя будет использована металлическая технологическая конструкция, частично погруженная в землю; ее расчетное сопротивление растеканию принято равным R_е с учетом сезонных изменений.

Таблица 2 - Исходные данные к решению задачи №1

№ вар.	U, кВ	Контур заземлителя	Re, Ом	lкл, км	lвл, км	lв, м	d, мм	Lт, м	t0, м	Ом м	Ом м
длина, м	ширина, м
							2,5			0,5
										0,8
							2,5			0,5
										0,8
							2,5			0,5
										0,8
							2,5			0,5
										0,8
							2,5			0,5
										0,8
							2,5			0,5
										0,8
							2,5			0,5
										0,8
							2,5			0,5
										0,8
							2,5			0,5
										0,8
							2,5			0,5
										0,8