CC BY
88
Энергобезопасность и охрана труда ^^ 3 = ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЬ И ОХРАНА ТРУДА
УДК 658.382.3
Основы проектирования электробезопасных систем автономного электроснабжения
В. Р. Берг,
ОАО «ГОКБ «Прожектор», генеральный директор, кандидат технических наук
Приведены общие вопросы проектирования систем автономного электроснабжения объектов, направленные на снижение электротравматизма в электрических сетях систем. Учтены особенности защиты от прикосновения человека к электроустановкам переменного тока различного напряжения и постоянного тока.
Ключевые слова: системы автономного электроснабжения, электробезопасность, преобразователь, звено повышенной частоты.
Системы автономного электроснабжения некоторых объектов специального назначения производят, преобразуют и передают потребителям электроэнергию переменного и постоянного тока напряжением ниже 1000 В (380, 220, 36, 24, 12 В - переменного тока; 30, 28,5-50 В - постоянного тока). Многообразие уровней используемых напряжений увеличивает риск возникновения электротравматизма у персонала. Поэтому решение проблемы электробезопасности электрических сетей систем автономного электроснабжения (САЭ) следует считать актуальной научно-технической задачей, находящейся в центре внимания специалистов [1]. Отметим отдельные положения, лежащие в основе принятия решений по данному вопросу.
Задачи снижения электротравматизма и обеспечения электробезопасности промышленных сетей частотой 50 Гц различных напряжений успешно решаются как в теоретическом плане, так и в практическом при выборе средств их реализации с учётом предельно допустимых значений напряжений прикосновений и токов [2-4]. В основе принятия решений, как правило, лежат отдельные методики инструментального расследования электротравматизма, одна из которых разработана в [2]. Её основные положения, приемлемые для рассматриваемых систем автономного электроснабжения, заключаются:
- в унифицированной системе регистрации исходных данных;
- моделировании обстановки, в которой возникли электротравмы;
- максимальном использовании инструментального метода для получения параметров электрической цепи, в которой задействовано тело человека.
Эти методики находят практическое применение в условиях эксплуатации стационарных и мобильных объектов и направлены на обеспечение сбора и обработки результатов расследования случаев электротравматизма от элементов систем автономного
электроснабжения, включая наиболее распространённые - статические преобразователи со звеном повышенной частоты. Результаты работы анализируются нами для последующего принятия мер по исключению подобных случаев за счёт технических разработок при проектировании сетей систем автономного электроснабжения.
Так, в электрических сетях САЭ напряжением 380, 220 В возможно появление напряжения на корпусах и каркасах электрооборудования по различным причинам. Контакт человека с неисправными элементами систем автономного электроснабжения может приводить к электротравмам различной тяжести вплоть до смертельного исхода. В сетях постоянного тока напряжением 28,550 В, как показала практика их эксплуатации, не возникало ситуаций со смертельным исходом, однако у пострадавших отмечались более обширные ожоги [5].
В общем случае сопротивление тела человека при двухполюсном прикосновении принято представлять в виде эквивалентных схем, одна из которых выбрана нами для составления понятной математической оценки полного сопротивления тела человека (рис. 1).
о / —1 1— , Г1 , г2 1 1 1
^ 1 о- С1 —II— ' 1 1
Рис. 1. Эквивалентная схема сопротивления тела человека:
г1 — активное сопротивление кожи человека; с1 — ёмкость кожи между поверхностью электрода
и мышечной тканью; г2 — активное суммарное сопротивление внутренних органов с учётом путей протекания тока при поражении (через голову, область сердечной мышцы и т. д.)
Н8ИИ1И1ИИ1
= 4
Энергобезопасность и энергосбережение
Согласно схеме замещения, модуль полного сопротивления тела человека Ъ имеет вид
(1)
Из выражения (1) видно влияние частоты на Ъ: чем выше частота и, тем меньше сопротивление Ъ, которое при и^-да стремится к г2.
Схема замещения и сопротивление Ъ применяются нами для оценки опасности повышенной частоты таких элементов систем автономного электроснабжения, как преобразователи со звеном повышенной частоты, ограничители перенапряжений, автоматические защитные устройства и другие средства, содержащие последовательно-параллельное соединение активных и реактивных сопротивлений.
Известно, что рост частоты повышает проводимость «паразитных» и специальных фильтровых ёмкостей относительно заземлённого корпуса преобразователей и других устройств [6]. Это наиболее заметно в системах электроснабжения с разветвлённой кабельной сетью, обладающих значительной распределённой ёмкостью относительно «земли», что в системах автономного электроснабжения усугубляется применением устройств, использующих частоту более 50 кГц. Поэтому необходимы дополнительные меры, обеспечиваю-
щие электробезопасность САЭ. Главным средством в таком случае является хорошая изоляция токове-дущих частей, исключающая возможность создания между телом человека и токоведущими частями последовательного соединения элементов систем автономного электроснабжения либо ограничивающая эту проводимость безопасным для человека значением.
В сетях САЭ с распределёнными ёмкостями эффективным средством повышения комплексного сопротивления изоляции (диэлектрической проницаемости материала, тангенса угла потерь, толщины и площади поверхности покрытия токоведущих частей и проводов) является введение специальных компенсирующих устройств, обеспечивающих взаимную компенсацию ёмкостных и индуктивных составляющих.
При разработке преобразователей повышенной частоты предусматриваются механические защиты и блокировки от прикосновения к токоведущим частям, защитные отключающие устройства, срабатывающие при замыканиях токоведущих частей на корпусе устройств, обеспечиваются рациональный выбор и размещение на объектах надёжных заземляющих устройств [6].
На рис. 2 приведён алгоритм, устанавливающий направление и последовательность принятия решений по проектированию электробезопасных систем автономного электроснабжения.
Рис. 2. Алгоритм принятия решений по обеспечению электробезопасности САЭ в процессе их проектирования
НЮМИИМ
Энергобезопасность и охрана труда ^^ 5 =
Он включает следующие этапы и рекомендации:
1. Оценка электротравматизма на элементах САЭ различных по величине напряжений переменного и постоянного тока; осуществляется по методике инструментального расследования электротравматизма.
2. Анализ технических характеристик сетей систем автономного электроснабжения переменного и постоянного тока (по типовым проектам).
3. Выбор эквивалентной схемы полного сопротивления тела человека (рис. 1).
4. Расчёт полного сопротивления тела человека в зависимости от частоты тока элементов систем автономного электроснабжения (1).
5. Выбор средств обеспечения электробезопасности элементов САЭ: из банка данных предприятия, справочной литературы.
6. Проектирование элементов повышенной электрозащищённости, рекомендуемых для применения в перспективных САЭ (по частным методикам головных отделов предприятия).
7. Проектирование электробезопасной системы автономного электроснабжения (по обобщённой методике комплексного отдела предприятия).
Этот алгоритм принят для разработки «Методики обеспечения электробезопасности систем автономного электроснабжения», применяемой на предприятии в процессе проектирования данной системы.
Если обобщить вышесказанное, то при проектировании электробезопасных систем автономного электроснабжения отдельных объектов в основном используются теоретические положения по снижению электротравматизма в промышленных сетях напряжением ниже 1000 В. В связи с широким применением в системах автономного электроснабжения преобразователей со звеном повышенной частоты (свыше 50 кГц) разработаны специальные средства защиты человека от прикосновения к их токоведу-щим частям.
Литература
1. Берг В. Р., Бродников С. Н. Современные тенденции и возможности совершенствования элементов типовой структуры САЭ / Научно-технический сборник «Теоретические и прикладные проблемы развития систем электроснабжения специальных объектов». - М.: ВА РВСН им. Петра Великого, 2007.
2. Манойлов В. Е. Основы электробезопасности. - Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1985.
3. Чекалин Н. А., Полухин Г. И., Тушин Г. Г. Охрана труда в электрической промышленности. - М.: Энергоатомиздат, 1983.
4. ГОСТ 12.1.038-82. Предельно допустимые значения напряжений прикосновений и токов. - М.: Госстандарт,1982.
5. Граве В. И., Романовский В. В., Ушаков В. М. Электропожаробезопасность высоковольтных судовых электроэнергетических систем. - СПб.: Элмор, 2003.
6. Розанов Ю. К. Полупроводниковые преобразователи со звеном повышенной частоты. - М.: Энергоатомиздат, 1987.
The base of electrical safety systems of autonomous power
V. R. Berg,
General Director of JSC «GOKB» Projector», Ph. D.
The general questions of designing of autonomous electrical supply systems, directed on electrical safety for people. Features of protection against a touch of the person in electrical installations of alternating current of various voltage and a constant current are considered.
Keywords: autonomous electrical supply systems, electrical safety, converters with high frequency link.
ишшпшш
