Реферат за темою випускної роботи
Зміст
- Вступ
- 1. Актуальність теми
- 2. Вчені, що займалися виріщенням даного питання
- 3. Сучасні проблеми використання пристроїв захисного відключення (УЗО) в мережах до 1000 В.
- Перелік посилань
Вступ
Все більш широке використання електроенергії у всіх областях діяльності людини, неухильне зростання енергоозброєності праці, різке збільшення кількості електроприладів у побуті та на виробництві природним чином спричинили підвищення небезпеки ураження людини електричним струмом.
Однією з найбільш важливих проблем сучасної електроенергетики є створення безпечних електроустановок. Так як, не дивлячись на колосальні зусилля інженерів електроенергетиків, в світі щорічно від ураження електричним струмом гинуть десятки тисяч людей, при цьому не мають прямого відношення до професії електроенергетик. Подібного роду статистика нещасних випадків існує для людей інших професій, які мали прямий або непрямий контакт з пристроями в яких порушена ізоляція струмоведучих частин, або підключених до несправної електромережі. [1]
1. Актуальність теми
Захист життя і здоров'я людей, а також їх майна від ураження електричним струмом, являє собою завдання першорядної важливості у всьому світі. У всіх країнах, де високо розвинене електропостачання і самі звичайні споживачі мають доступ до електричної мережі, до ступеня захистів споживачів від ураження електричним струмом застосовуються найвищі вимоги з електробезпеки.
Електричний струм не має будь-яких фізичних ознак або властивостей, за якими людина могла б його відчувати органами почуттів, що посилює його небезпеку для людини. З самого початку промислового застосування електрики вчені всього світу займалися вивченням впливу електричного струму на людину і наслідків цього впливу.
Травматизм становить значну частку в загальній кількості нещасних випадків. Фахівцям-електрикам і рядовим користувачам відомо велика кількість випадків загибелі або важкого ураження людей від удару електричним струмом або загорянь і пожеж, викликаних несправностями електрообладнання і електропроводок.
2. Вчені, що займалися виріщенням даного питання
Великий внесок у вивчення цієї проблеми зробили відомі вчені: HHEgyptien, LPFerris, DGKing, HBWilliams, WBKouwenhoven, CFDalziel, S.Koeppen, G.Irresberger, H.Hofherr, JTHarley, G. Biegelmeier, E.Reindl , F.Smola, BJSimpson, J.Jacobsen, М.Охасі, Т.Кавасе, А.П.Кіселев, В.Є. Манойлов, А.І.Сідоров, Ю.В.Сітчіхін, Б.А.Князевскій, В.І.Щуцкій і багато ін.
3. Сучасні проблеми використання пристроїв захисного відключення (УЗО) в мережах до 1000 В.
У 1950-ті роки вченими було однозначно встановлено, що при дії електричного струму на людину, найбільш уразливим органом є серце.
Фібриляція (безладні скорочення м'язів) серця може виникати навіть при малих значеннях струму. Відпали версії про асфіксії, паралічі м'язів, ураження мозку як первинних причини летального результату при ураженні електричним струмом.
Також було встановлено, що результат впливу електричного струму на організм людини залежить не тільки від значення струму, але і від тривалості його протікання, шляхи струму через тіло людини, а також, в меншій мірі, від індивідуальних якостей людини, частоти струму, форми кривої, коефіцієнта пульсацій і інших чинників.
Електричний опір тіла людини залежить від вологості шкіри, розміру поверхні контакту, шляхи протікання струму по тілу, фізіологічних особливостей організму і ряду інших чинників.
Відомо, що опір внутрішніх органів людини не перевищує 500-600 Ом. [1]
Опір шкіри у вологому стані вкрай мало 10-20 Ом. При визначенні умов електробезпеки в електроустановці за розрахункове прийнято опір тіла людини 1000 Ом.
Величини струму, які має ідентифікувати такий пристрій, наведені в таблиці 1. [5]
Таблиця 1 - Величини струмів, що протікають через людину і їх дію.
Значення струму, мА |
Характер впливу |
|
Змінний струм 50 Гц |
Постійний струм |
|
| 0,6—1,6 | Початок відчуття - слабке свербіння, пощипування шкіри під електродами | Не відчувається |
| 2—4 | Відчуття струму поширюється і на зап'ясті руки, злегка зводить руку | Не відчувається |
| 5—7 | Больові відчуття посилюються у всій кисті руки, супроводжуються судомами; слабкі болі відчуваються у всій руці, аж до передпліччя. Руки, як правило, можна відірвати від електродів | Початок відчуття. Враження нагріву шкіри під електродом |
| 8—10 | Сильні болі і судоми в усій руці, включаючи передпліччя. Руки важко, але в більшості випадків ще можна відірвати від електродів | Посилення відчуття нагріву |
| 10—15 | Ледве переносяться біль у всій руці. У багатьох випадках руки неможливо відірвати від електродів. Зі збільшенням тривалості протікання струму болі посилюються | Ще більше посилення відчуття нагріву як під електродами, так і в прилеглих областях шкіри |
| 20—25 | Руки паралізуються миттєво, відірватися від електродів неможливо. Сильні болі, утруднене дихання | Ще більше посилення відчуття нагріву шкіри, виникнення відчуття внутрішнього нагріву. Незначні скорочення м'язів рук |
| 25—50 | Дуже сильний біль в руках і грудях. Дихання утруднене. При тривалому струмі може наступити параліч дихання або ослаблення діяльності серця з втратою свідомості | Відчуття сильного нагріву, болю і судоми в руках. При відриві рук від електродів виникають ледь переносяться болю в результаті судомного скорочення м'язів |
| 50—80 | Дихання паралізується через кілька секунд, порушується робота серця. При тривалому протіканні струму може наступити фібриляція серця | Відчуття дуже сильного поверхневого і внутрішнього нагріву, сильні болі у всій руці і в області грудей. Утруднення дихання. Руки неможливо відірвати від електродів через сильний біль при порушенні контакту |
| 100 | Фибрилляція серця через 2-3 с; ще через кілька секунд - параліч серця | Параліч дихання при тривалому протіканні струму |
| 300 | Та сама дія за менший час | Фібриляція серця через 2-3 с; ще через кілька секунд - параліч дихання |
| более 5000 | Дихання паралізується негайно - через частки секунди. Фібриляція серця, як правило, не наступає; можлива тимчасова зупинка серця в період протікання струму. При тривалому протіканні струму (кілька секунд) важкі опіки, руйнування тканин | |
Безпека при експлуатації електроустановок та приладів досягається за рахунок застосування комплексу захисних заходів, суть яких зафіксована в стандартах Міжнародної електротехнічної комісії (МЕК, анг. IEC - The International Electrotechnical Commission) на електроустановки будівель. Одним з ефективних способів підвищення електро-і пожежної у мережі електроживлення до 1000 В, є застосування пристроїв захисного відключення [1] (УЗО, рис. 1), що керуються диференційним (залишковим) струмом.
Визначення УЗО звучить наступним чином - механічний комутаційний апарат або сукупність елементів, які при досягненні (перевищення) диференціальним струмом заданого значення за певних умов експлуатації повинні викликати розмикання контактів. Може складатися з різних окремих елементів, призначених для виявлення, вимірювання (порівняння із заданою величиною) диференціального струму і замикання і розмикання електричного кола (роз'єднувача) [2].
Рисунок 1 – Двополюсна ПЗВ з номінальним струмом 100 А
Основне завдання УЗО - захист людини від ураження електричним струмом і від виникнення пожежі, викликаного витоком струму через зношену ізоляцію проводів і неякісні з'єднання.
Широке застосування отримали комбіновані пристрої, що поєднують в собі УЗО і пристрій захисту від надструмів, такі пристрої називаються УЗО-Д з вбудованим захистом від надструмів, або просто діффавтомат. Все УЗО по виду вхідного сигналу класифікують на кілька типів (рис. 2). [3]
Рисунок 2 – Класифікація ПЗВ з вигляду вхідного сигналу.
Залежно від характеристик електроустановок, для яких призначені УЗО, їх класифікують за:
• режимом нейтралі джерела живлення електроустановки;
• родом і частотою струму;
• напругою; числом фаз (полюсів);
• мобільністю.
Залежно від режиму нейтралі джерела живлення електро-установки УЗО поділяють на пристрої, призначені для електроустановок з ізольованою або з глухозаземленою нейтраллю.
За родом і частоті струму ПЗВ поділяють на пристрої, призначені для електроустановок:
• змінного струму частоти 50 (60) Гц;
• змінного струму непромислової частоти;
• постійного струму; випрямленого струму;
• двох і більше пологів струму з числа зазначених вище.
УЗО, призначені для відключення електроустановок при дотику людини до частин, що знаходяться під напругою, підрозділяють на пристрої, розраховані на електроустановки таких класів напруг: змінного струму частоти 50 (60) Гц - 127, 220, 380, 500, 660, 1140 В; змінного струму частоти 400 Гц - 200 В; постійного (випрямленого) струму - 110, 220, 275, 400 В.
УЗО, призначені для відключень електроустановки при виникненні в ній струму витоку, підрозділяють на пристрої, розраховані на електроустановки вищевказаних класів напруг, а також 6000 і 10000 В частоти 50 (60) Гц. За кількістю фаз (полюсів) УЗО поділяють на: однофазні (однополюсні); двофазні (двополюсні); трифазні (триполюсні, чотириполюсні).
За видами засобів захисту, взаємодіючих з УЗО, розрізняють пристрої, що використовуються з:
• захисним заземленням;
• занулення;
• автоматичним закорочуванням на землю пошкодженої фази (шунтуванням ланцюга витоку струму замикання на землю);
• компенсацією (автоматичної або статичної) струму витоку (замикання на землю).
Основними параметрами, за якими підбирається той чи інший УЗО є: номінальний струм навантаження, тобто робочий струм електро-установки, який протікає через нормально замкнуті контакти УЗО в черговому режимі; номінальну напругу (діюче значення напруги, при якому забезпечується працездатність УЗО-220, 380В); уставка (диференційний відключає струм або мінімальне значення вхідного сигналу, що викликає спрацьовування УЗО і подальше автоматичне відключення пошкодженої ділянки мережі або струмоприймача); час спрацьовування пристрою.
Принцип роботи УЗО заснований на вимірюванні балансу струмів між вхідними в нього токоведущими провідниками за допомогою диференціального трансформатора струму. Якщо баланс струмів порушений, то УЗО негайно розмикає всі вхідні в нього контактні групи, відключаючи таким чином несправну навантаження (рис. 3).
Рисунок 3 – схема УЗО і принцип роботи.
УЗО вимірює алгебраїчну суму струмів, що протікають по контрольованих провідникам (двом для однофазного ПЗВ, чотирьом для трифазного і т. д.): В нормальному стані струм, «впадає» за одними провідникам, повинен бути дорівнює струму, «випливає» з інших, то є сума струмів, що проходять через УЗО дорівнює нулю (точніше, сума не повинна перевищувати допустиме значення). Якщо ж сума перевищує допустиме значення, то це означає, що частина струму проходить крім УЗО, тобто контрольована електричний ланцюг несправна - в ній має місце витік.
Іншими словами при дотику людини до відкритих струмопровідних частин або до корпусу електроприймача, який в результаті пробою ізоляції опинився під напругою, по фазного провідника через УЗО крім струму навантаження I1 потече додатковий струм витоку ID, який є для трансформатора струму диференціальним (різницевим). Нерівність струмів в первинних обмотках - I1 + ID в фазному провіднику і I2 = I1 в нульовому робочому провіднику - викликає небаланс магнітних потоків і, як наслідок, виникнення у вторинній обмотці трансформованого диференціального струму.
Якщо цей струм перевищує задане значення струму порогового елемента пускового органу 2, останній спрацьовує і впливає на виконавчий механізм 3. Виконавчий механізм, що складається з пружинного приводу, спускового механізму і групи силових контактів, розмикає електричний ланцюг. В результаті електроустановка, що захищається УЗО знеструмлюється. Час відключення УЗО становить порядку (0.06-0.07) з, чим і забезпечується безпека людини. Для здійснення періодичного контролю справності (працездатності) ПЗВ передбачена ланцюг тестування 4. При натисканні кнопки "Т" штучно створюється ланцюг протікання відключає диференціального струму.
Спрацювання УЗО в цьому випадку означає, що пристрій в цілому справний.
Використання УЗО, керованих диференціальним струмом, забезпечує високий рівень електробезпеки. Такі УЗО відрізняються підвищеною ефективністю в порівнянні з іншими відомими пристроями. Тому міжнародні електротехнічні стандарти приділяють захисним заходам з використанням ПЗВ все більшу увагу.
Існує необхідність в проведенні щоденних посилених робіт по впровадженню УЗО на підприємствах, в житлових і громадських будівлях.
Крім того необхідно постійно вести дослідження в пошуках нових рішень при розробці УЗО і нових захисних систем, що працюють спільно з УЗО. Наприклад, розширити область дослідження і застосування УЗО типу HFI з функціонально умовної залежністю від напруги живлення, обмежувачі піків напруги на основі алмазних матеріалів, УЗО з силовими напівпровідниковими елементами, ПЗВ із диференціальним високочутливим Магніторезістори, нових захисних систем з УЗО TN-CS-Tk, TN -S-Tk, TT-Tk і ін., що на мій погляд є перспективним. [4]
Перелік посилань
- 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. – 84с.
- 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