29.8. Перенапряжения и защита от них

Под перенапряжением понимают всякое повышение напряжения в электрической сети по отношению к номинальной его вели­чине. Перенапряжения в зависимости от причин их возникно­вения разделяют на атмосферные (внешние) и коммутационные (внутренние). Атмосферные перенапряжения обусловливаются грозовыми разрядами и их называют грозовыми перенапряже­ниями. Коммутационные (внутренние) перенапряжения возни­кают при включении и отключении линий, трансформаторов, асинхронных двигателей, а также при однофазных замыканиях на землю через перемежающуюся дугу. Наибольшую кратность по отношению к номинальному напряжению имеют перена­пряжения, возникающие при однофазном замыкании на землю.

Перенапряжения могут быть опасными для изоляции элект­рических установок и сетей, поэтому необходима защита от них.

Атмосферные или грозовые перенапряжения возникают при грозовых разрядах непосредственно в электрическую установку или вблизи нее. Наиболее надежная защита линий от атмо­сферных перенапряжений обеспечивается заземленными на каж­дой опоре тросовыми молниеотводами. Защитная зона тросов по отношению к крайним проводам линии характеризуется за­щитным углом α (рис. 29.13). Руководящие указания по защите от перенапряжения рекомендуют применять защитные углы α=20-30°. Внутренняя область защиты двух тросовых молние­отводов ограничивается дугой окружности, проходящей через тросовые молниеотводы и расположенную посредине между ними точку, высота которой

где α — расстояние между тросами.

Распределительные устройства защищают от прямых ударов молнии и от волн грозовых перенапряжений, набегающих по ли­ниям электропередачи. Защита от прямых ударов молнии осу­ществляется стержневыми молниеотводами. Зона защиты

одиночного молниеотвода приведена на рис. 29.14. Радиус зоны за­щиты r_х на высоте h_x

где коэффициент р = 1 для молниеотводов с высотой h ≤ 30 м и

для h>30 м

Возвышение молниеотвода над защищаемым объектом назы­вается активной высотой молниеотвода:

При установке нескольких стержневых молниеотводов их за­щитные зоны перекрывают друг друга.

Для защиты оборудования распределительных устройств и трансформаторных

подстанций от набегающих с линии волн импульсного напряжения применяют вентильные разрядники (рис. 29.15). Эти разрядники состоят из фарфорового корпуса 1, искровых промежутков 2 и вилитовых дисков 3. Сопротивление вилита зависит от напряжения, с его увеличением сопротивление умень­шается. При подходе волны импульсного напряжения сопротивление вилитовых дисков резко уменьшается и энергия им­пульса отводится в землю. При восста­новлении нормального напряжения со­противление дисков увеличивается, что способствует быстрому гашению элек­трической дуги.

Для ограничения амплитуды, прихо­дящей на подстанцию волны импульс­ного напряжения, на линиях с деревян­ными опорами, защищенных только на подходе, устанавливают трубчатые раз­рядники.

Трубчатый разрядник (рис. 29.16, а) состоит из трубки 2, изготовленной из газогенерирующего материала (фибры, винипласта или оргстекла), которая за­креплена в металлической обойме 7. Внутри трубки находится стальной стер­жень 3.. Внутри трубки между стерж­нем и обоймой имеется внутренний иск­ровой промежуток (см. рис. 29.16, a), a

между его другим концом и проводом линии — внешний искро­вой промежуток (рис. 29.1'6,б). Обойма разрядника заземля­ется. При подходе к разряднику волн перенапряжения проби­ваются оба промежутка и энергия импульса отводится в землю. Горящая дуга внутри трубки вызывает выделение газов, кото­рые через отверстие выдувают и гасят дугу., Специфика работы передвижных карьерных электроустановок обусловливает осо­бенности схем защиты от внешних перенапряжений.

Защита трансформаторных подстанций и рас­пределительных пунктов. Стационарные и передвиж­ные подстанции с трансформаторами мощностью более 1600 кВ∙А и открытые распределительные устройства должны защищаться от прямых ударов молнии стержневыми молниеот­водами.

Защита от волн перенапряжений, набегающих с линии, дол­жна выполняться по схемам, приведенным на рис. 29.17, а и б. Защита передвижных КТП с трансформаторами мощностью до 630 кВ-А и вторичном напряжении 0,23—0,4 кВ выполня­ется по схеме рис. 29.17, в.

Защита электродвигателей передвижных м а ш и н. Защита двигателей экскаваторов с ковшом емкостью V ≥ 15м³ осуществляется комплектом машинных вентильных-разрядников, устанавливаемых в распредпункте экскаватора, и вторым комплектом вентильных разрядников на вводе приключательного пункта (рис. 29.17, г), а при емкости ковша V < 15 м³ — одним комплектом вентильных разрядников, уста­новленных на приключательном пункте (рис. 29.17, д).

Г л а в а 30

ЗАЩИТНЫЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ И ОТКЛЮЧЕНИЯ

30.1. Общие замечания

Одним из основных вопросов эксплуатации сложного электро­хозяйства горного предприятия является обеспечение безопас­ности обслуживания электроустановок. При этом необходимо полностью устранить возможность электротравматизма. Это тем более важно, что на горном предприятии из-за специфиче­ских условий электрификации и эксплуатации электроустано­вок каждый случай электротравматизва может закончиться смертельным исходом. В этих условиях вопросы обеспечения безопасности обслуживания электроустановок приобретают особо серьезное значение.

Надежно и правильно выполненное защитное заземление яв­ляется в условиях открытых горных работ мерой, гарантирую­щей безопасность при прикосновении к металлическим частям электромеханического оборудования, оказавшимся под напря­жением вследствие нарушения изоляции между токоведущими частями и корпусом машины, механизма, аппарата и т. п. Зна­чительно повышается безопасность обслуживания электроуста­новок, если, кроме защитного заземления, будет иметься защит­ное отключение.

Статистика показывает, что число несчастных случаев от электрического тока в промышленности Советского Союза, в том числе и в горной промышленности, неуклонно снижается, несмотря на огромный рост электровооруженности труда.

Однако на этом успокаиваться нельзя. На социалистическом предприятии электрические установки, электрифицированные машины и механизмы должны выполняться и эксплуатиро­ваться так, чтобы они не представляли опасности для окружа­ющих и обслуживающих их лиц.

В этом отношении большое значение имеет, как уже указы­валось выше, правильное устройство и правильная эксплуата­ция защитных заземлений, а также применение защитных от­ключений.

30.2. Действие электрического тока на человека

Действие электрического тока на человека сложно и многооб­разно: оно может быть термическим (ожог), механическим (разрыв тканей и костей), химическим (электролиз). Но самое главное—ток действует биологически, нарушая те процессы, с которыми связана жизнеспособность живой материи.

Контактные ожоги развиваются в результате комплексного электрического и термического воздействия тока и вызывают глубокие патологические изменения в сосудах, нервах, ионизи­рованных тканях. При всех прочих равных условиях, чем боль­ше сопротивление в месте контакта, чем больше ток и чем больше время воздействия тока, тем больше выделяется тепла . и тем сильнее ожог.

Электрические знаки, или отметки тока, представляют со­бой специфические поражения, вызываемые главным образом механическим и химическим воздействием тока. В противопо­ложность ожогам электрические знаки обычно возникают при хорошем контакте.

Специфическим видом электротравм является металлизация кожи — так называется пропитывание кожи мельчайшими час­тицами металла, разрушающегося и проникающего в кожу на месте контакта под влиянием механического или химического воздействия тока. При возникновении электрической дуги ме­талл токоведущей части, где возникла дуга, испаряясь, механи­чески заносится в глубь кожи и осаждается в ней, придавая коже своеобразную окраску. Металлизация возможна также и при плотном прикосновении кожи к токоведущей части без об­разования электрической дуги вследствие электролитического действия тока.

Изучение механизма электропоражения показывает, что электрический ток вызывает в организме общую рефлекторную реакцию со стороны центральной и периферической нервной системы, а также со стороны сердечно-сосудистой системы. Это приводит к нарушению нормальной работы сердца или к оста­новке дыхан-ия и является симптомами при поражениях элект­рическим током. Тем самым при воздействии тока нарушаются функции жизненно важных органов, причем возможны исходы разной степени тяжести, вплоть до смертельного исхода.

Ответная реакция организма на действие электрического тока закономерна и зависит от целого ряда факторов: рода и величины тока, протекающего через тело человека; длитель­ности воздействия, частоты и пути тока; физического и психи­ческого состояния человека; состояния кожного покрова при контактной электротравме, площади соприкосновения с токо­ведущими частями и т. д.

Степень воздействия электрического тока на человека при­нято классифицировать следующим образом:

1) ощутимый ток — электрический ток, вызывающий при прохождении через организм ощутимые раздражения.

По данным МГИ, средние значения ощутимого переменного тока 50 Гц составляют 0,8—1,8 мА, средние значения ощути­мого постоянного тока примерно в 3,5—4 раза больше. Наиболее активным в физиологическом отношении является ток с фазовыми отсечками, присущий электроустановкам, силовые схемы которых содержат полупроводниковые приборы;

2) неотпускающий ток — электрический ток, вызывающий при прохождении через человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник.

По данным МГИ, средние значения неотпускающего пере­менного тока частотой 50 Гц составляют 8—16 мА;

3) фибрилляционный ток — электрический ток, вызывающий при прохождении через организм фибрилляцию сердца. Фиб­рилляцией называется такое состояние сердца, когда вместо ритмичных сокращений, происходящих в определенной после­довательности, наступают частые, беспорядочные, разновремен­ные сокращения (до 700 в минуту) многочисленных волокон сердечной мышцы, в результате чего сердце не перекачивает кровь, что приводит организм к гибели.

По оценке МГИ, наименьшие значения фибрилляционного тока составляют 24—28 мА.

Чем больше продолжительность воздействия тока на орга­низм человека, тем больше опасность поражения. Для оценки предельно допустимых токов (мА) Международная электро-" техническая комиссия рекомендует формулу

где t — длительность воздействия тока на человека, с (t ≥ 0,1 - 0,2 с).

В 1979 г. Министерством здравоохранения СССР утверж­дены Санитарно-гигиенические нормы на предельно допусти­мые токи при их воздействии на организм человека, которые предназначены для применения при проектировании и эксплуа­тации технических средств защиты электроустановок напряже­нием до 1000 В и свыше 1000 В (табл. 30.1).

Для продолжительности воздействия от 3 до 5 с допусти­мый переменный ток частотой 50 Гц составляет 5 мА.