CC BY
12
УДК 622:621.316.1
*
К ВОПРОСУ СОЗДАНИЯ ЩАДЯЩИХ ЗАЩИТНЫХ ШУНТИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ
В.Н. Борисов, B.C. Сидельковский
Алматинский институт энергетики и связи
Жумыста 1000 В кернеу астында турган уш фазалы тораптыц втмзгтпне адамныц кездейсои, жанасуы кез1нде электрлгк тоцпен талцандалудан шунттайтын сак,таушы memiKmepdi жасау неггздер! пшгщылаиган.
В работе рассмотрены основы создания щадящих шунтирующих устройств от поражения электрическим током при случайном касании человека к проводнику трехфазной сети, находящейся под напряжением до 1000 В
The main creation of the sparing by-passing apparatus from defeat of the current at accidental touching bv man to conductor of three-phase net-work being under the voltage till 1000 V are examined in this work.
Предельные значения токовре-менных параметров по обеспечению безопасности людей, попавших под действие электрического тока, трактуются рядом исследователей неоднозначно.
По данным Дальзиеля [I] отрыв от проводника при токе промышленной частоты величиной 16 мА возможен только у 50% подвергшихся действию этого тока людей, откуда следует вывод, что для обеспечения безопасности требуется отключение электросети, хотя этот ток еще не приводит к необратимым изменениям в организме в течении нескольких секунд.
При увеличении тока Iис ]. до 100 мА у 0,5 % попавших под действие тока в течение 3 - 4 с людей, возможна фибрилляция сердца, вследствие чего делается вывод о необходимости не только отключения сети, но и строгом соблюдении времени отключения для того, чтобы выдержалась зависимость
•/ = 0,27 (при вероятности 0,5%),
т.е. при токе /,= 0,1 А время воздействия тока на человека в период отключения сети, а также ЭДС отключенных, но вращающихся по инер-
ции двигателей и разрядного тока емкости отключенной сети относительно земли не превысило 2,7 секунды.
В СНГ по временным нормам электробезопасности и временным техническим требованиям к аппаратам защиты от утечек допустимое количество электричества через тело человека составляет примерно 50 - 60 мАс [1, 2] (милликулон), по американским нормам 100 - 270 мАс, (см. рисунок 1).
Дальнейшее снижение вероятности поражения обслуживающего персонала электрическим током, обеспечение щадящего режима защиты (в сравнении с указанным выше нормативом 50 - 60 мАс) возможно на основе разработки схем аппарата защиты с использованием метода создания при защите искусственной несимметрии (шунтирования), позволяющего также сократить число и длительность перерывов электроснабжения участков электросетей при защитных отключениях.
В работах [3,4] показано, что постановка шунта величиной, например, 100 Ом между фазой с коснувшимся человеком (Яча =1 кОм) и землей при сопротивлении изоляции 10 кОм на фазу в сети напряжением 380 В снижает ток через тело человека в 10 раз при увеличении общего тока замыкания на землю на 25%. В этих же работах даны теоретические обоснования по расчету величины шунтирующего сопротивления, перепада напряже-
ния "фаза - земля" при самоустраняющихся утечках или самоосвобождении человека от действия тока и ряду других вопросов, связанных с созданием защитных шунтирующих устройств (ЗИГУ). Вопросам теории и практики защитных шунтирующих устройств (ЗШУ) посвящен ряд предыдущих и последующих исследований [3, 4, 5].
Защитные шунтирующие устройства безусловно создают щадящий режим защиты, а в ряде случаев и сокращают число перерывов электроснабжения из - за защитных отключений. Однако на практике они почти не используются, в основном, за счет недостатков в принципе действия и недоработок в схемных решениях. Реакция ЗШУ на однофазные утечки однозначна - аппарат замыкает поврежденную фазу, обеспечивая щадящий режим защиты. Однако большинство предложенных схем либо не реагируют на двухфазные утечки, либо закорачивают эти фазы на землю, создавая двухфазное КЗ с выходом аппарата из строя. В первом случае в роли двухфазной утечки может оказаться человек, случайно коснувшийся двух фаз. В предлагаемой нами схеме этот недостаток исключен применением логических элементов, благодаря чему появление двухфазного короткого замыкания в аппарате защиты исключается, кроме того ЗШУ в этом случае отключает сеть без выдержки времени.
Графическая интерполяция функции |чел=1"(0
1мА
О 0,20,40,60,81,01,21,41,61,82,02,22,42.62,83,03,23,43,6
1->
Рисунок
Еще более редкий случай может быть, когда при утечке на землю в одной из фаз шунтирующий блок замкнул ее на землю, осуществляя защитное шунтирование, но в этой же сети произошло случайное касание человеком другой фазы. Человек в этом случае также попадает под линейное напряжение, поэтому и здесь необходимо отключение сети либо без выдержки, либо с небольшой выдержкой, гарантирующей не превышение указанного выше норматива 50 - 60 мАс. Отсюда вытекает требование к ограничению времени защитного замыкания фазы на землю: время действия защитного шунтирования должно быть ог-
раничено в пределах 0,5 - 1,25 с, после чего сеть должна быть отключена.
Для уяснения щадящего эффекта шунтирования рассмотрим основные слагаемые суммарного времени воздействия тока на человека при работе ЗШУ.
Задержка в постановке шунта за счет инертности входных схемных элементов. например, до входа компараторов - определителей поврежденной фазы С Я- 0,05 • 10"6 • 106 = 0,05 с, что составляет два с половиной периода синусоиды при значениях С = Скх - 0,05 мкФ\ Ят = 1000 кОм плюс задержка в срабатывании шун-
тирующего органа (0,0075 с), всего I, = 0,0575 с (2,87 периода синусоиды).
Задержка времени в срабатывании отключающего элемента и автомата подстанции при необходимости защитного отключения сети равна
12 = 0,0075 + 0,01 = 0,0175с или (0,875 периода синусоиды).
Время нахождения шунта в снятом состоянии при определении вида утечки (кратковременная самоустраняющаяся или длительная) составляет I,=0,04 с (два периода синусоиды). Время запаздывания постановки шунтов для защиты отЭДС отключенных, но вращающихся по инерции двигателей и разряда емкости сети, равное времени срабатывания шунтирующих элементов Х4 = 0,0075 с (0,375 периода синусоиды).
Время действия на человека остаточной (половинной) ЭДС при са-
Л«-'. =
з-и
ф
з • К, +
•0,0575 =
что в 18 раз ниже токовремен-ного норматива 50 - 60 мАс.
Таким образом, щадящий режим защиты человека, коснувшегося фазы, обеспечивает постановка шунта между этой фазой и землей. Суммарное время нахождения
моотключении ЗШУ от отключенной сети из - за потери питания, когда защитные шунты автоматически снимаются = 0,35 с.
Суммарное время нахождения человека под действием электрического тока от момента касания до момента самоосвобождения от фазы при постоянном шунте Ег = /, =0,0575 с (2,87 периода синусоиды).
Количество электричества, проходящее через тело человека в момент постановки шунта (т.е. за время г,) при сопротивлении тела человека ЯЧС1 = 1 к Ом и критическом сопротивлении изоляции гиз =10,5кОм на фазу (нескомпенсированной емкостью изоляции 0.1 мкФ на фазу для этого случая пренебрегаем, поскольку проводимость ее на порядок ниже проводимости тела человека и в 3 раза ниже активной проводимости изоляции) равно: 220-0,0575
= 2,8 мА • с
3-1 + 10,5 под действием тока человека, не сумевшего, по какимилибо причинам (захват проводника, потеря сознания и т.п.) освободиться от фазы при поставленном шунте, от момента касания до момента прекращения действия ЭДС равно:
£/" =/, +/2 + /, + /4 + г5 =0,0575+ 0,0175+ 0,04+ 0,0075+ 0,35 = 0,4725 с Количество электричества, проходящее через человека за время
1> = /, +/2 +/3 +/4 = 0,1225 с равно
_ _ 3-220 0,1225 _ „
/ -X/ =---= 6 мА ■ с
3-1 + 10,5
а количество электричества, проходящее за время Ц определяется в функции от остаточной (половиной) величины ЭДС (около 110 В)
3 • 110-0,35 .
К» ' 5 =-— = 8,6 мА ■ с
чея. 5 3-1 + 10,5
Суммарное значение количества электричества
I ./ =6 + 8,6 = 14,6мА-с-<50 + 60мА-с,
т.е. удовлетворяет временным нормативам электробезопасности.
Для сравнения эффектности ЗШУ с аппаратами типа УАКИ, АЗАК, АЗШ рассчитаем параметр при защите человека этими аппаратами при Я (сл = 1 кОм и г = 10,5 кОм на фазу.
Время срабатывания первичного реле в схеме УАКИ (АЗАК) составляет 0,008 - 0.009 с, сетевого автомата - 0,01 с, время воздействия ЭДС и разряда емкости после отключения сети 1,0 - 1,5 с, суммарное время нахождения человека под действи-
ем тока 1,27 с. Тогда, К
t =
3-220 3-1 + 10,5
1,27 = 62,1 мА - с
Эффективность ЗШУ по обеспечению щадящего режима защиты человека, коснувшегося фазы в сравне-
раза при осуществлении шунтирования с последующим отключением сети (при длительной, нес^моустра
няющейся утечке) и в
нии с применяемыми на производ-
62,1 - АО< стве (рудниках) выше в ^^ -
2,8
= 22.1
1. Dalzil Ch. F. Effects of electric shock on man. Trans of medical Electronics, July 1956.
2. Киселев А. П. Власов В. П. О критериях элетробезопаснослги. // Пром ыш-ленная энергетика, 1977, №4, с. 39-41.
3. Щуцкий В. И., Жидков В. О., Ильин Ю. Н. Защитное шунтирование однофазных повреждений электроустановок. М.г.Энергоатомиздат, 1986.-152 с.
раза при кратковременных самоустраняющихся утечках.
ЛИТЕРАТУРА
4. Разработка комплексного аппарата защиты от утечек тока внутриэк-скаваторных систем напряжением до 1000 В. Тема 0116, ВОСТНИИ (Россия); Кемерово, 1980.
5. А. С. 1695442 (СССР) Устройство для защиты человека от поражения электрическим током. Ефремов И. М., Иноземцев В. М., Шалапуптов А. Н., Ефремов А. И. Опубл. в Б. И. 1991, №44.
