Лекции по БЖД в электронном виде (БЖД)

Посмотреть архив целиком

26



Безопасность жизнедеятельности


Лекция №1

ОТ

(охрана труда)





Правовые во­просы ОТ

Эргономика

Техника безопасности

Электробезопасность

Производственные факторы

Пожарная безопасность

Ионизация








1. Электробезопасность.

Система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающая безопасность и здоровье работающих при воздействии электрического тока, электрической дуги, э-м поля.


Лекция № 2


Действие электрического тока проявляется в термическом, электролитическом и динамическом действиях. Вызывает также биологическое действие, присущее только живым организмам.

Электрический ток – опасный антропогенный производственный фактор. Травма – резкое, внезапное изменение здоровья человека.

Особенность действия электрического тока.

  1. Электрический ток мы не ощущаем органами чувств.

  2. Пролонгированное действие электрического тока.

Все многообразие действия электрического тока можно условно свести к 3 видам электротравм.

  1. Местные электротравмы – 20%. Ярко выраженное нарушение целостности ткани.

  2. Электрические удары – 25%. Общие электротравмы, имеющие общее воздействие на организм человека.

  3. Смешанные травмы – 55%


Местные электротравмы

  1. Электрические ожоги разных степеней – наиболее тяжело поддается лечению.

  2. Электрические знаки – уплотнения кожи в местах приложения электрода.

  3. Металлизация кожи – вкрапление в кожу расплавленного металла.

  4. Механические повреждения – сокращения мышц при захвате токоведущими частями руки.

  5. Электроофтальмия – из-за ультрафиолетового потока в дуге – конъюнктивит.


Электрические удары

  1. Не потерял сознание

……………….

  1. Клиническая смерть


Критерии электробезопасности

ГОСТ 12.1.038 – 82

Первичные критерии электробезопасности

  1. Пороговый ток ощущения: 50 Гц – 0,5…1,5 мА, 5…7 мА. На основании этого критерия устанавливаются предельные токи и напряжения при нормальной работе электроустановки.

  2. Пороговый не отпускающий ток: 50 Гц – 10…15 мА, 50…70 мА. На основании этого критерия устанавливаются предельные токи и напряжения при длительной работе в аварийном режиме. На основании этого установлено 50 Гц 36 В, 6мА. Эффект не отпускания характерен для переменного тока, для постоянного тока он наблюдается в переходных процессах.

  3. Пороговый ток фибрилляции – наименьшее значение тока, при котором наступает фибрилляция сердца: 50 Гц – 100 мА, 300 мА. На основании этого критерия устанавливаются предельные токи и напряжения в аварийном режиме работы в зависимости от времени воздействия. При воздействии 0 – 1 сек.: Iн = 50/T – ток, который вызывает фибрилляцию сердца у 0,05% испытуемых (все для промышленных установок). В Америке Iн = 165/T

  4. При токах более 3 – 4 А сердце, минуя стадию фибрилляции, останавливается; все, что более 1 сек., считается длительным воздействием.


Электрическое сопротивление тела человека

Полное электрическое сопротивление тела человека имеет нелинейную зависимость от ряда факторов, в том числе:

  1. от состояния кожи

  2. от параметров электрической цепи, куда включен человек

  3. от факторов окружающей среды

  4. от индивидуальных физиологических свойств человека

R 100 Ом – 1 МОм, причем большее сопротивление соответствует более здоровому человеку.


А)













В

СН

RН

RН

СН

RВ

ZН

ZН

) Схема замещения









RН – активное сопротивление наружного слоя кожи

СН – емкость образовавшегося конденсатора

RН = 10 – 100 кОм

СН = 1 пФ

RВ – активное сопротивление

RВ = 300 – 700 Ом







Лекция № 3


Zполн = 2Zполн + RВ = 2/(1/RН + jCН) + RВ


Zплон = (4RН(RН+RВ)/(1+(RНСН)2) +RВ2)


С

СН

RН

ZН

)








RН = 2RН + RВ

СН 0,5СН


Zполн = RН/(1+(RНСН)2)


Факторы, влияющие на сопротивление тела человека.

  1. Состояние кожи

а) Повреждение рогового слоя кожи Rh RВН

б) Увлажнение кожи – подсоленная вода R на 30 – 50%, а дистиллированная – на 15 – 30%

в) Потовыделение – раствор солей

г) Загрязнение кожи


  1. Параметры электрической цепи

а) Место приложения электрода

б) Значение тока, проходящего через тело человека, тока ведет к снижению сопротивления (термическое воздействие тока центральная нервная система расширение кровеносных сосудов потоотделение

в) Значение напряжения, приложенного к телу человека

Пробивное напряжение 20 – 200 В — пробой рогового слоя кожи.

Когда f = 0, RН = 2RН + RВ

Сопротивление тела человека постоянному току больше.










г) Частота









д) Площадь, приложенных к телу человека электродов

На больших частотах площадь влияет меньше


е) Длительность прохождения тока через тело человека

Если воздействие длится 1 – 2 мин, Rh на 10 – 40 %.


  1. Факторы окружающей среды

а) температура

б) давление

в) влажность

  1. Физиологические факторы

а) пол

б) возраст

в) сердечно-сосудистая система

г) дерматология

д) психофизическое состояние человека


Факторы, влияющие на исход поражения человека электрическим током

  1. см. критерии электробезопасности

  2. время воздействия

а) чем больше время, тем хуже

б) совпадение времени воздействия тока с фазой T кардиоцикла

100 %

20 %

систола

диастола

период 0,8–1 с

Систола – период активной работы сердца, диастола – период покоя.

Если ток проходит через фазу Т, то 100 % фибрилляция сердца.



— вероятность наступления фибрилляции сердца

Р

Q

S

R

R

S

Q

Р

Т

f
















в) род тока и частота

Несмотря на то, что с частоты полное сопротивление тела , поражение электрическим током неоднозначно.

Р = Iнеотп (f)/Iнеотп(50)100%

Постоянный ток менее опасен


50–70 мА

10 мА

Iнеотп

Р










50 400 Гц



г) путь прохождения тока

Наиболее опасные пути прохождения тока:

  1. голова — руки

  2. голова — ноги

Наиболее частые пути прохождения тока:

  1. рука — ноги

  2. рука — рука

  3. нога — нога

Через сердце проходит больший ток при «правая рука — ноги»

3,7 % через сердце


6,7 % через сердце

3,3 % через сердце

0,4 % через сердце




е) индивидуальные свойства человека


Классификация электроустановок и помещений по опасности поражения электрическим током – книга Долина.


Явление растекания тока в земле


Электрическое замыкание на землю – случайное электрическое соединение токоведущей части непосредственно с землей или нетоковедущими проводящими конструкциями, имеющими связь с землей.

Преднамеренное замыкание на землю называется заземлением.

З = IЗRЗ,

где:

З – потенциал заземлителя

IЗ – ток, стекающий в землю

RЗ – сопротивление заземлителя растеканию тока (не сопротивление лома, воткнутого в землю)


Распределение потенциалов на поверхности земли (потенциальная кривая)


Характер распределения потенциалов вблизи заземлителя зависит от: IЗ, конфигурации заземлителя, их взаимного расположения. Размеры электродов от нескольких метров до нескольких километров.

Полушаровой заземлитель, расположенный на поверхности земли.
















Допущения:

  1. Ток стекает в землю через одиночный заземлитель, полусферической формы.

  2. Заземлитель находится в однородном изотропном грунте.

  3. Удельное электрическое сопротивление грунта >> удельного электрического сопротивления материала заземлителя.

  4. Не учитываем поверхностный эффект


В объеме грунта возникает поле растекания.

Плотность тока j = IЗ/(2х2)

Выделим dx : dU = Еdx

Напряжение точки А – потенциал точки А относительно бесконечно удаленной точки с = 0.

А = UА = х dU

Электрическое поле 50 Гц может рассматриваться как стационарное.

Е = j

А = х Еdх = х IЗ/(2х2)dх = IЗ/(2х)

З = МАХ = IЗ/(2R); MIN = 0 при х

Грунт, лежащий вблизи заземлителя, потенциал которого не равен нулю, называется зоной растекания. Грунт с потенциалом, равным нулю, называется электрической землей. Зона растекания тока ограничивается 20 метрами.


Сопротивление заземлителя растеканию тока.

  1. Собственное сопротивление заземлителя (сопротивление лома).

  2. Переходное сопротивление в месте контакта заземлителя с грунтом.

  3. Сопротивление грунта, лежащего вблизи заземлителя

1 и 2 можно пренебречь.

dRрастек = dx/(2х2)

Rрастек = R dx/(2х2) = /(2R) = /(D)











Сопротивление оказывает только грунт, лежащий вблизи заземлителей, между ними сопротивление не оказывает.

З = IЗ/(2R) = IЗ RЗ


Явление растекания тока с групповых заземлителей, сопротивление групповых заземлителей (книга Долина).


Напряжение прикосновения.


Разность потенциалов между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, падение напряжения в теле человека.

Uh = IhRh или Uh = рукиноги = Зоснования = З(1 – основания/З)


1


общем виде Uh = З1

1коэффициент напряжения прикосновения; 1 1

1 зависит от формы потенциальной кривой, от взаимного расположения человека и заземлителя.

З = IЗ RЗ



UОСН



Uh = З1



> 20 м

















Чтобы учесть сопротивление растекания с ног человека:

З1 = Ih(Rh + Rосн) = (Uh / Rh)(Rh + Rосн)

Uh = З1/(1+ Rос/Rh)


2






2 – коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий растекание тока с основания, на котором стоит человек.

Uh = З12

Напряжение шага – разность потенциалов между двумя точками цепи тока, находящихся одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек.

UШ = IШRШ

UШ = хх+а; а = 0,8 м

UШ = З1 – часть потенциала заземлителя, коэффициент напряжения шага.

1 = (хх+а) / З <1

1 в зависит от формы потенциальной кривой и взаимного расположения человека и заземлителя

х

х+а

х

х+а

Uш = хх+а
















Напряжение, приложенное к телу человека: З1 = Ih(Rh + Rосн)

Rосн — сопротивление растеканию тока с обоих ног человек.

UШ = З1/(1+ Rосн/Rh) = З12

2 – коэффициент напряжения шага, учитывает растекание тока с основания, на котором стоим человек.

UШ = З12

Uh = З12

Напряжение прикосновения опаснее, чем напряжение шага, т. к. 1 > 1, 2 >> 2

Надо уменьшить сопротивление заземлителя, путь снижения 1 – выравнивание потенциалов.


Анализ электробезопасности различных сетей.


Опасность поражения электрическим током в различных электрических сетях, оцениваемое напряжением соприкосновения, зависит от:

  1. Значения напряжения сети

  2. Режима нейтрали сети

  3. Сопротивление изоляции проводов относительно сети

  4. Емкость проводов относительно сети


Схемы включения человека в электрическую цепь.

TN – C

А

В

С





РЕN

N

РЕ

РЕ



РЕ – защитный

N – рабочий нулевой





TN – S










TN – С – S











IT











T

А

T

В


С



РЕN

РЕ
















ZА

ZВ

ZС

Двухфазное двухполюсное прикосновение (Ih не зависит от параметров сети)

Однофазное однополюсное прикосновение (Ih зависит от параметров сети)

Замыкание на корпус (косвенное прикосновение)









Двухфазное прикосновение Ih = 3Uф/Rh

При однофазном прикосновении ток значительно меньше.


Однофазные сети.


Однофазная сеть, изолированная от земли, нормальный режим работы.


2

1

Дано: R1, R2, Rh

C1 = C2 сеть короткая







R1

R2





U = Uh + I2R2, I2 = I1 + IШ, U = Uh + (I1 + IШ)R2

I1 = Uh / R1, Ih = Uh / Rh;

Uh = UR1Rh /(R1R2 + R1Rh + RhR2)

R1 = R2 = R ; Uh = URh /(2Rh+R)

Человек прикасается к исправному проводу.







Ток через тело человека существенно зависит от сопротивления изоляции относительно земли. Опаснее прикасаться к проводу, имеющему большее сопротивление относительно земли.


О

R1

R2

2

1

RЗ

днофазная сеть, изолированная от земли, аварийный режим работы.











R2

R1

Rh

RЗ

R1 и R2 – мегаомы

RЭ = R2RЗ/( R2+RЗ) RЗ

Uh = U при аварийном режиме

Ih U/Rh










Лекция №


Однофазная сеть с заземленным выводом (нормальный режим работы).

2

К

А

а)

б)

О



1







R1

R2

R0

U

UОА




При КЗ


 U



IнагрRОА

0,05U





а) R0 << Rh, R1, R2 Uh U Ih = Uh /(Rh + R0) U/Rh

б) Uh = IнагрRОА


Трехфазные сети


трехфазную сеть можно представить в виде схемы замещения.





Ih






Y0

YA

YB

YC

Gh

IA

IB

IC


UО – напряжение нейтральной точки относительно земли.

YA = gA + jbA Gh = 1/Rh

YВ = gВ + jbВ gA = 1/RA

YС = gС + jbС bA = ACA

IA, IB, IC – токи утечек в нормальном режиме работы сети.

Y0 – проводимость нейтральной точки относительно земли.

I0 = IA + IB + IC + Ih

U0Y0 = (UA – U0)(YA + Gh) + (UB – U0­)YB + (UC – U0)YC

UA = UФ, UB = UФa2, UC = UФa

a = ej2/3 – фазный множитель, характеризующий сдвиг на 1200.


U0 = UФ(YA + YBa2 + YCa + Gh) / (YA + YB + YC + Y0 + Gh) (*)

Uh = UA – U0 (**)


Решив систему, получаем:


Uh = UФ(YB(1-a2) + YC(1-a) + Y0) / (YA + YB + YC + Y0 + Gh)

Ih = GhUh

YA = YB = YC = Y

Ih = UФGh(3Y + Y0) / (3Y + Y0 + Gh)


Трехфазная сеть с изолированной нейтралью.


Сеть типа IT.









RA = RB = RC = R

CA = CB = CC = C Z = 1/(1/R + jC)


Ih = Uф /(Rh + Z/3)


Чем больше сопротивление провода, которого коснулся человек, тем меньше ток через тело человека.

а)

RA = RB = RC = R

CA = CB = CC = 0 Z = 1/(1/R)


Ih = Uф /(Rh + R/3)

Такие сети применяются там, где необходима высокая электробезопасность.

б)

RA = RB = RC = R

CA = CB = CC =


Ih Uф / Rh


I(C)

I(R)

Ih




R

C






Таким образом, по мере возрастания длины сети опасность сети возрастает.


Трехфазная сеть с изолированной нейтралью, аварийный режим работы.


Предположим, что фазный провод В замкнут на землю (RЗ).


А) человек прикоснулся к фазному проводу В.

IЗМ = UФ / (RЗ + Z/3) RЗ << Rh

Uh = UФ RЗ / (RЗ + Z/3) при 1 = 2 = 1

На этом принципе основана защита «защитное шунтирование».


Б) человек коснулся исправного провода.

Uh = 3UФ Ih = UЛ / (RЗ + Rh)


Трехфазная сеть с заземленной нейтралью.


Сеть типа TN.






Y0




RЗМ




Y0 >> YA, YB, YC

Нормальный режим работы: Ih = UФ / (Rh + R0) UФ / Rh


Аварийный режим работы: КЗ на фазе В.

а) человек касается фазного провода В

Uh = IЗМRЗМ12 = UФ RЗМ /(R0 + RЗМ)12

В основном R0 << RЗМ Uh UФ


б) человек касается исправного фазного провода

UЛ Uh UФ




RЗМ << R0 R0 << RЗМ


Лекция №


Технические способы и средства защиты от поражения электрическим током.


Классификация:

По принципу действия:

  1. Технические способы и средства, снижающие напряжение прикосновения.

  2. Технические способы и средства, ограничивающие время воздействия на человека.

  3. Технические способы и средства, ограничивающие доступ к токоведущим частям.





Технические способы и средства защиты от поражения электрическим током

Защита от прикосновения

Защита при прикосновении

Защита при замыкании на корпус

  • защитные оболочки

  • электрозащитные ограждения

  • безопасное расположение работающих и механизмов

  • индикация напряжения и сигнализация об опасности поражения током

  • изолирование рабочего места

  • защитная изоляция (рабочая, дополнительная, двойная, усиленная)

  • электрозащитные средства (предохранительные приспособления)

  • защитное отключение

  • применение малых напряжений

  • защитное разделение сетей

  • защитное шунтирование

  • выравнивание потенциалов

  • защитное изолирование рабочего места

  • защитное заземление

  • зануление

  • защитное отключение

  • выравнивание потенциалов

  • защитное разделение сети

  • применение малых напряжений

  • применение двойной изоляции

  • компенсация токов замыкания на землю


Защитное заземление

ПУЭ ГОСТ 12.1.030 – 81; ПТБ

Преднамеренное соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением в месте замыкания на корпус с целью снижения Uпр и Uш.

Назначение защитного заземления: снижение вероятности поражения током при замыкании на корпус.

Принцип заземления: снижение до безопасных значений напряжения прикосновения и шага за счет снижения потенциала заземленного оборудования (подбор Rз) и за счет выравнивания потенциалов (изменение 1).







RЗ






А) RЗ =

Uh = UфRh/(Rh + Z/3)

Б) RЗ = есть IЗ = Uф/(RЗ + Z/3)

UЗ = UфRЗ/(RЗ + Z/3)

Uh = UЗ12

Заземление будет эффективным, если, подбирая RЗ, снизим Uh до безопасного значения.






Сеть типа TNC

R0

RЗ











IЗ = UФ/(RЗ + R0)

UК = UЗ = UФ RЗ /(RЗ + R0)

Uпр = UЗ12

В сети с заземленной нейтралью защитное заземление в качестве единственной защиты не используется.

Область применения: сети до 1000 Вольт. Сети трехфазные, трехпроводные, с изолированной нейтралью; однофазные сети, изолированные от земли; сети постоянного тока с изолированной средней точкой источника питания. Сети напряжением более 1000 вольт, там только заземление.

Типы заземляющих устройств.

Заземляющие устройства – совокупность заземлителя и заземляющих проводников. В зависимости от взаимного расположения заземлителя и заземляемого оборудования различают 2 типа заземляющих устройств.

  1. Выносное З.У. (сосредоточенное)

  2. Контурное З. У.


1.








Классификация автоматических устройств


  1. По типу входного сигнала

  • прямого действия (Ih, Uh)

  • косвенного действия () = f (Ih)

  1. По типу входного сигнала и сложности их использования

  • простые (1 сигнал)

  • сложные (много сигналов, зависящих друг от друга)

  • комбинированные (несколько сигналов, не зависящих друг от друга, и имеющих различную физическую природу)

  1. По конструкции

  • моноблочные

  • блочные

  1. По числу исполняемых функций


Устройство защитного отключения

ГОСТ 124155-85 ГОСТ Р50807-95

УЗО – для автоматического отключения установки при однофазном прикосновении к частям, находящихся под напряжением, недопустимым для человека или при возникновении в электроустановке Iут (замык.), превышающих заданное значение.

По виду входных сигналов УЗО реагирует на:

  • несимметрию фаз I0 нулевая последовательность

  • напряжение корпуса

  • ток на землю

  • несимметрию Uф относительно земли

  • оперативные токи – накладываются на рабочий ток эл. устройства

  • комбинированные УЗО

Область применения – сети с заземленной нейтралью до 1000 В.







Д



Исполнительный орган

преобразователь







3-х фазный потребитель

Yc

YB

YA

I

Ih

А

В

С






I



ТТНП

I =к In + I

I – обусловлена проводимостью фазных проводов относительно земли; к – коэффициент чувствительности УЗО









I =Ih + I – TN-C

I = Uф (YAi + a2YBi +aYCi)

В TNC проводимость проводов вне зоны защиты не влияет на значение входного сигнала

Если I =Ih проводимости в зоне зашиты симметричны.

А – перезащита

В – идеальный случай

С – недозащита




Iуст = 10 мА





Ih длит. допуст.



Выбор параметров УЗО:

Уставка Iуст = Ih длит = 10 мА

Iуст < 10 мА - перезащита

Iуст > 10 мА – недозащита

Iуст зависит от Iнагрузки

Iуст > 10 мА уменьшаются ложные срабатывания

Выбор времени срабатывания УЗО

  • в сети с изолированной нейралью Ih = 3Uф/Rh

  • в сети с заземленной нейралью Ih = Uф/Rh

Ih = 50/T

УЗО, реагирующее на потенциал корпуса







РН

РН

ОК




RВ

RЗ







ОК – отключающая катушка, РН – реле напряжения, IЗRЗ = З, К>К допуст отключение потребителя от сети.

При меняется в том случае, когда зануление или заземление изначально ненадежны.

Уставка: уст = К допуст

Uh допуст = К12

Достоинства: простота

Недостаток: мало функциональное, неселективное, без самоконтроля.

RВ нужно включать вне зоны растекания тока от RЗ (исключается ложное срабатывание)


Защитное шунтирование.

В сетях с изолированной нейтралью










В момент времени t0 произошло однофазное прикосновение, через человека протекает ток Ih=Uф/(Rh+Z/3). В момент времени t1 происходит замыкание фазного провода, которого коснулся человек, при этом ток через человека снижается до значения отпускающего. В момент времени t2 происходит отключение фазы от земли, а в интервале времени t2t1 происходит освобождение человека.

При прикосновении человека происходит перераспределение напряжения фаз относительно земли. Uф, которой коснулся человек, однозначно меньше напряжения опережающей фазы.

Устройство выбора фазы для замыкания работает со следующей логикой:

  1. Uф, которой касается

  2. Uф, опережающей


Применение малых напряжений

Малое напряжение < 42 В

U = 10, 12, 24, 36, 42 В

На постоянном токе U = 110 В

БСНИ – безопасное сверхнизкое напряжение 50 В

Применение малого напряжения не обеспечивает полную безопасность.

Требования к источникам – либо автономные источники, либо понижающие трансформаторы, имеющие гальваническую развязку и имеющие защиту от перехода напряжения с высокой стороны. Можно применять электромашинный преобразователь.

Применение: в особо опасных помещениях, при проведении строительных работ.


Электрическое разделение сетей.

Разветвленные сети с изолированной нейтралью, имеющие большую емкость и малое сопротивление изоляции.

Ih



Uф/Rh

C




Начинаем работать на этом участке





Ih = Uф/(Rh+r/3)

Потребитель подключается через разделительный трансформатор. Ограничение применения большие массогабаритные трансформаторы. В соответствии с ПУЭ можно подключать к ним не более одного потребителя. Запрещается в разделительном трансформаторе заземлять или занулять нейтраль на вторичной стороне, либо заземлять выводы этой вторичной обмотки.


Защита от опасности при переходе напряжения с высшей стороны трансформатора на низшую.

Защита специальным предохранителем.




экран


Uмал



П

П


П




U = Uм + UЗ U = Uм + UЗ/2


Контроль изоляции

  • не осуществляет защиты от поражения электрическим током

  • измерение Rизол с целью выявления дефектов и предупреждения замыканий на землю и КЗ

2 вида контроля:

  • периодический контроль (оперативный)

  • ПКИ (постоянный контроль изоляции)

Периодический осуществляется с помощью МЕГАОМЕТРА.

Для определения типа изоляции нужно знать Uраб Rизол доп измерение на определенном пределе U Rизол с помощью мегаометра

Мегаометр на сеть – оперативное URизол

Недостатки:

  • требуется выключенная сеть

  • измерение в дискретные промежутки времени