Реферат по теме выпускной работы
Содержание
- Введение
- 1. Актуальность темы
- 2. Ученые, занимающиеся решением данной проблемы
- 3. Современные проблемы использования устройств защитного отключения (УЗО) в сетях до 1000 В
- Список источников
Введение
Все более широкое использование электроэнергии во всех областях деятельности человека, неуклонный рост энерговооруженности труда, резкое увеличение количества электроприборов в быту и на производстве естественным образом повлекли за собой повышение опасности поражения человека электрическим током.
Одной из наиболее важных проблем современной электроэнергетики является создание безопасных электроустановок. Так как, не смотря на колоссальные усилия инженеров электроэнергетиков, в мире ежегодно от поражения электрическим током погибают десятки тысяч человек, при этом не имеющих прямого отношения к профессии электроэнергетик. Подобного рода статистика несчастных случаев существует для людей других профессий, имевших прямой или косвенный контакт с устройствами в которых нарушена изоляция токоведущих частей, или подключенных к неисправной питающей сети. [1]
1. Актуальность темы
Защита жизни и здоровья людей, а также их имущества от поражения электрическим током, представляет собой задачу первостепенной важности во всем мире. Во всех странах, где высоко развито электроснабжение и самые обычные потребители имеют доступ к электрической сети, к степени защит потребителей от поражения электрическим током применяются высочайшие требования по электробезопасности.
Электрический ток не имеет каких-либо физических признаков или свойств, по которым человек мог бы его ощущать органами чувств, что усугубляет его опасность для человека. С самого начала промышленного применения электричества ученые всего мира занимались изучением воздействия электрического тока на человека и последствий этого воздействия.
Электротравматизм составляет значительную долю в общем числе несчастных случаев. Специалистам-электрикам и рядовым пользователям известно большое количество случаев гибели или тяжелого поражения людей от удара электрическим током или возгораний и пожаров, вызванных неисправностями электрооборудования и электропроводок.
2. Ученые, занимающиеся решением данной проблемы
Большой вклад в изучение этой проблемы внесли известные ученые: H.H.Egyptien, L.P.Ferris, D.G.King, H.B.Williams, W.B.Kouwenhoven, C.F.Dalziel, S.Koeppen, G.Irresberger, H.Hofherr, J.T.Harley, G. Biegelmeier, E.Reindl, F.Smola, B.J.Simpson, J.Jacobsen, М.Охаси, Т.Кавасэ, А.П.Киселев, В.Е. Манойлов, А.И.Сидоров, Ю.В.Ситчихин, Б.А.Князевский, В.И.Щуцкий и многие др.
3. Современные проблемы использования устройств защитного отключения (УЗО) в сетях до 1000 В
В 1950-е годы учеными было однозначно установлено, что при воздействии электрического тока на человека, наиболее уязвимым органом является сердце.
Фибрилляция (беспорядочные сокращения мышц) сердца может возникать даже при малых значениях тока. Отпали версии об асфиксии, параличе мышц, поражении мозга как первичных причинах летального исхода при поражении электрическим током.
Также было установлено, что результат воздействия электрического тока на организм человека зависит не только от значения тока, но и от продолжительности его протекания, пути тока через тело человека, а также, в меньшей степени, от индивидуальных качеств человека, частоты тока, формы кривой, коэффициента пульсаций и других факторов.
Электрическое сопротивление тела человека зависит от влажности кожи, размера поверхности контакта, пути протекания тока по телу, физиологических особенностей организма и ряда других факторов.
Известно, что сопротивление внутренних органов человека не превышает 500-600 Ом. [1]
Сопротивление кожи во влажном состоянии крайне мало 10-20 Ом. При определении условий электробезопасности в электроустановке за расчетное принято сопротивление тела человека 1000 Ом.
Величины тока, которые должно идентифицировать такое устройство, приведены в таблице 1. [5]
Таблица 1 - Величины токов, протекающих через человека и их действие
Значение тока, мА |
Характер воздействия |
|
Переменный ток 50 Гц |
Постоянный ток |
|
| 0,6—1,6 | Начало ощущения — слабый зуд, пощипывание кожи под электродами | Не ощущается |
| 2—4 | Ощущение тока распространяется и на запястье руки, слегка сводит руку | Не ощущается |
| 5—7 | Болевые ощущения усиливаются во всей кисти руки, сопровождаются судорогами; слабые боли ощущаются во всей руке, вплоть до предплечья. Руки, как правило, можно оторвать от электродов | Начало ощущения. Впечатление нагрева кожи под электродом |
| 8—10 | Сильные боли и судороги во всей руке, включая предплечье. Руки трудно, но в большинстве случаев еще можно оторвать от электродов | Усиление ощущения нагрева |
| 10—15 | Едва переносимые боли во всей руке. Во многих случаях руки невозможно оторвать от электродов. С увеличением продолжительности протекание тока боли усиливаются | Еще большее усиление ощущения нагрева как под электродами, так и в прилегающих областях кожи |
| 20—25 | Руки парализуются мгновенно, оторваться от электродов невозможно. Сильные боли, дыхание затруднено | Еще большее усиление ощущения нагрева кожи, возникновение ощущения внутреннего нагрева. Незначительные сокращения мышц рук |
| 25—50 | Очень сильная боль в руках и груди. Дыхание затруднено. При длительном токе может наступить паралич дыхания или ослабление деятельности сердца с потерей сознания | Ощущение сильного нагрева, боли и судороги в руках. При отрыве рук от электродов возникают едва переносимые боли в результате судорожного сокращения мышц |
| 50—80 | Дыхание парализуется через несколько секунд, нарушается работа сердца. При длительном протекании тока может наступить фибрилляция сердца | Ощущение очень сильного поверхностного и внутреннего нагрева, сильные боли во всей руке и в области груди. Затруднение дыхания. Руки невозможно оторвать от электродов из-за сильных болей при нарушении контакта |
| 100 | Фибрилляция сердца через 2-3 с; еще через несколько секунд — паралич сердца | Паралич дыхания при длительном протекании тока |
| 300 | То же действие за меньшее время | Фибрилляция сердца через 2-3 с; еще через несколько секунд — паралич дыхания |
| более 5000 | Дыхание парализуется немедленно — через доли секунды. Фибрилляция сердца, как правило, не наступает; возможна временная остановка сердца в период протекания тока. При длительном протекании тока (несколько секунд) тяжелые ожоги, разрушения тканей | |
Безопасность при эксплуатации электроустановок и приборов достигается за счет применения комплекса защитных мероприятий, суть которых зафиксирована в стандартах Международной электротехнической комиссии (МЭК, анг. IEC - The International Electrotechnical Commission) на электроустановки зданий.
Одним из эффективных способов повышения электро- и пожаробезопасности в сети электропитания до 1000 В, является применение устройств защитного отключения [1] (УЗО, рис. 1), управляемых дифференциальным (остаточным) током. Определение УЗО звучит следующим образом - механический коммутационный аппарат или совокупность элементов, которые при достижении (превышении) дифференциальным током заданного значения при определённых условиях эксплуатации должны вызвать размыкание контактов. Может состоять из различных отдельных элементов, предназначенных для обнаружения, измерения (сравнения с заданной величиной) дифференциального тока и замыкания и размыкания электрической цепи (разъединителя) [2].
Рисунок 1 – Двухполюсное УЗО с номинальным током 100 А
Основная задача УЗО - защита человека от поражения электрическим током и от возникновения пожара, вызванного утечкой тока через изношенную изоляцию проводов и некачественные соединения.
Широкое применение получили комбинированные устройства, совмещающие в себе УЗО и устройство защиты от сверхтока, такие устройства называются УЗО-Д со встроенной защитой от сверхтоков, либо просто диффавтомат.
Все УЗО по виду входного сигнала классифицируют на несколько типов (рис. 2). [3]
Рисунок 2 – Классификация УЗО по виду входного сигнала.
В зависимости от характеристик электроустановок, для которых предназначены УЗО, их классифицируют по:
• режиму нейтрали источника питания электроустановки;
• роду и частоте тока;
• напряжению; числу фаз (полюсов);
• мобильности.
В зависимости от режима нейтрали источника питания электро-установки УЗО подразделяют на устройства, предназначенные для электроустановок с изолированной либо с глухозаземлённой нейтралью.
По роду и частоте тока УЗО подразделяют на устройства, предназначенные для электроустановок:
• переменного тока частоты 50 (60) Гц;
• переменного тока непромышленной частоты;
• постоянного тока; выпрямленного тока;
• двух и более родов тока из числа указанных выше.
УЗО, предназначенные для отключения электроустановок при прикосновении человека к частям, находящимся под напряжением, подразделяют на устройства, рассчитанные на электроустановки следующих классов напряжений: переменного тока частоты 50 (60) Гц - 127, 220, 380, 500, 660, 1140 В; переменного тока частоты 400 Гц - 200 В; постоянного (выпрямленного) тока - 110, 220, 275, 400 В. УЗО, предназначенные для отключений электроустановки при возникновении в ней тока утечки, подразделяют на устройства, рассчитанные на электроустановки вышеуказанных классов напряжений, а также 6000 и 10000 В частоты 50 (60) Гц. По числу фаз (полюсов) УЗО подразделяют на: однофазные (однополюсные); двухфазные (двухполюсные); трехфазные (трехполюсные, четырехполюсные).
По видам средств защиты, взаимодействующих с УЗО, различают устройства, используемые с:
• защитным заземлением;
• занулением;
• автоматическим закорачиванием на землю поврежденной фазы (шунтированием цепи утечки тока замыкания на землю);
• компенсацией (автоматической или статической) тока утечки (замыкания на землю).
Основными параметрами, по которым подбирается то или иное УЗО являются: номинальный ток нагрузки, т.е. рабочий ток электро-установки, который протекает через нормально замкнутые контакты УЗО в дежурном режиме; номинальное напряжение (действующее значение напряжения, при котором обеспечивается работоспособность УЗО-220, 380В); уставка (дифференциальный отключающий ток или минимальное значение входного сигнала, вызывающего срабатывание УЗО и последующее автоматическое отключение поврежденного участка сети или токоприемника); время срабатывания устройства.
Принцип работы УЗО основан на измерении баланса токов между входящими в него токоведущими проводниками с помощью дифференциального трансформатора тока. Если баланс токов нарушен, то УЗО немедленно размыкает все входящие в него контактные группы, отключая таким образом неисправную нагрузку (рис. 3).
Рисунок 3 – Схема УЗО и принцип работы (анимация)
УЗО измеряет алгебраическую сумму токов, протекающих по контролируемым проводникам (двум для однофазного УЗО, четырем для трехфазного и т. д.): в нормальном состоянии ток, «втекающий» по одним проводникам, должен быть равен току, «вытекащему» по другим, то есть сумма токов, проходящих через УЗО равна нулю (точнее, сумма не должна превышать допустимое значение). Если же сумма превышает допустимое значение, то это означает, что часть тока проходит помимо УЗО, то есть контролируемая электрическая цепь неисправна - в ней имеет место утечка.
Другими словами при прикосновении человека к открытым токопроводящим частям или к корпусу электроприемника, который в результате пробоя изоляции оказался под напряжением, по фазному проводнику через УЗО кроме тока нагрузки I1 потечет дополнительный ток утечки ID, являющийся для трансформатора тока дифференциальным (разностным). Неравенство токов в первичных обмотках - I1 + ID в фазном проводнике и I2 = I1 в нулевом рабочем проводнике - вызывает небаланс магнитных потоков и, как следствие, возникновение во вторичной обмотке трансформированного дифференциального тока.
Если этот ток превышает заданное значение тока порогового элемента пускового органа 2, последний срабатывает и воздействует на исполнительный механизм 3. Исполнительный механизм, состоящий из пружинного привода, спускового механизма и группы силовых контактов, размыкает электрическую цепь. В результате электроустановка, защищаемая УЗО обесточивается. Время отключения УЗО составляет порядка (0.06-0.07) с, чем и обеспечивается безопасность человека. Для осуществления периодического контроля исправности (работоспособности) УЗО предусмотрена цепь тестирования 4. При нажатии кнопки "Т" искусственно создается цепь протекания отключающего дифференциального тока. Срабатывание УЗО в этом случае означает, что устройство в целом исправно.
Использование УЗО, управляемых дифференциальным током, обеспечивает высокий уровень электробезопасности. Такие УЗО отличаются повышенной эффективностью по сравнению с другими известными устройствами. Поэтому международные электротехнические стандарты уделяют защитным мероприятиям с использованием УЗО все большее внимание.
Существует необходимость в проведении ежедневных усиленных работ по внедрению УЗО на предприятиях, в жилых и общественных зданиях.
Кроме того необходимо постоянно вести исследования в поисках новых решений при разработке УЗО и новых защитных систем, работающих совместно с УЗО. Например, расширить область исследования и применения УЗО типа HFI с функционально условной зависимостью от напряжения питания, ограничители пиков напряжения на основе алмазных материалов, УЗО с силовыми полупроводниковыми элементами, УЗО с дифференциальным высокочувствительным магниторезистором, новых защитных систем с УЗО TN-C-S-Tk, TN-S-Tk, TT-Tk и др., что на мой взгляд является перспективным. [4]
Список источников
- Ф. Штепан «Устройства защитного отключения, управляемые дифференциальным током» /Ф. Штепан Прага, 2000, 90 с; с ил.
- IEC 60947-2:2016. Low-voltage switchgear and control gear. Part 2: Circuit-breakers. Edition 5.0. – Geneva: IEC, 2016-06.
- Носанов Н.И. Устройства защитного отключения и их применение. Учебное пособие для студентов вузов.- Макеевка: ДонНАСА, 2003. – 359 с.: ил.
- Электробезопасность. Устройства защитного отключения и их применение / Носанов Н.И., Тимченко В.И., Романова Т.И. – Донецк: Норд-Пресс, 2009. – 84 с.
- Ильинов С.С., Степанюк А.Н. Исследование устройств защитного отключения // Научное сообщество студентов XXI столетия. Технические науки: сб. ст. по мат. XXVIII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 1(27). URL: http://sibac.info/archive/technic/1(27).pdf