Основы обеспечения безопасности сельских нестационарных электроустановок
|
|
Скачать 0.87 Mb.
|
|
В третьей главе В четвертой главе Включить УЗО Включить УЗО Включить УЗО Включить УЗО |
|
Сравнение расчетных данных показывает, что, в соответствии с известным принципом оптимизации «затраты-выгоды», наиболее целесообразно затрачивать средства на третий и первый варианты, имеющие практически одинаковое значение коэффициента К1. Однако реализация первого варианта потребует жесткого выполнения сроков профилактических испытаний электрической изоляции ручного электроинструмента и сертифицированной лаборатории, производящей необходимые измерения, что в условиях фермерских и личных подсобных хозяйств является весьма проблематичным. Сравнительная оценка вариантов по дополнительному показателю К2 ,учитывающему степень снижения материального ущерба от электротравматизма, убедительно показывает высокую эффективность применения устройств защитного отключения при работе с ручным электроинструментом. В диссертации приведено обоснование структуры информационного обеспечения системы электробезопасности, в основе которой лежит статистический классификатор, позволяющий автоматизировать сбор и анализ бытового и непроизводственного электротравматизма. Это дает возможность выявить основные факторы, влияющие на показатели электротравматизма, оценить эффективность системы безопасности электроустановок и дать прогноз показателей частоты и тяжести электротравматизма в агропромышленном комплексе. ^ представлены основные результаты математического моделирования системы безопасности НЭУ. Рассмотрен вероятностно-статистический метод формирования травмоопасных ситуаций как в штатном, так и в аварийном режиме электроустановки. Дано математическое описание электротравмы с различными исходами: летальным, инвалидности и временной потери трудоспособности. Приведена количественная оценка эффективности основных технических средств электрической защиты (зануления, защитного заземления, защитного отключения). При определенных допущениях система (Ч-Э-С) может рассматриваться как вероятностная модель с некоторыми дискретными ее состояниями Аj, Вj, Сj, … Тогда возникновение электротравмы выражается стохастической моделью  , (8)где Р12, Р23,Р 34… вероятности перехода рассматриваемой системы из одного состояния в другое. Событие ЭПj - возникновение электропоражения человека в j-ой электроустановке, принадлежащей к однородному множеству электроустановок N за время Т – представлено в виде суммы четырех несовместных событий: ЭПj=ЭП1+ЭП2+ЭП3+ЭП4, (9) где ЭП1 – электротравма, вызванная прикосновением к токоведущему элементу электроустановки (прямой контакт); ЭП2 – электротравма, вызванная одновременным прикосновение к двум фазным проводам или к фазному и нулевому проводам; ЭП3 – то же из-за прикосновения к токопроводящему корпусу электрооборудования с поврежденной изоляцией токоведущих частей (косвенный контакт); ЭП4 – то же, вызванная одновременным прикосновение к двум нетоковедущим металлическим частям, одна из которых оказалась под напряжением вследствие заноса электрического потенциала по цепям зануления с другого объекта. Первые два события происходят в штатном режиме работы электроустановки, события ЭП3 и ЭП4 - в аварийном. В диссертации введены допущения о том, что: - электротравма может возникнуть только при появлении одного из четырех событий (ЭП1, ЭП2, ЭП3 и ЭП4); -возможен один из трех исходов электротравмы: летальный, инвалидность и временная потеря трудоспособности, причем летальный исход возникает из-за фибрилляции желудочков сердца; -в электроустановке отсутствует устройство защитного отключения; -контакт человека с металлической частью оборудования или конструкции, оказавшейся под напряжением, принимается полным, т.е. переходное сопротивление в месте контакта равно нулю; Событие электропоражение ЭП1 может произойти при одновременном совпадении следующих событий: А1 – прикосновение человека к токоведущему контакту электроустановки; В1 – возникновение эффекта «неотпускания», проявляющегося в невозможности самостоятельно разжать ладонь, охватывающую токоведущую часть; С1 – длительность воздействия тока на человека меньше 1 с. Электротравма ЭП1 приводит к летальному исходу. Тогда ЭП1=А1·В1·С1 или Р(ЭП1)=Р(А1)·Р(В1)·Р(С1), (10) где Р (ЭП1), Р(А1), Р(В1), Р(С1) – вероятности соответственно событий ЭП1, А1, В1 и С1. Электропоражение ЭП2 может произойти при совместном совпадении четырех независимых событий: А2 – прикосновение к фазному проводу; В2 – прикосновение к нулевому или другому фазному поводу; С2 – то же, что и событие В1; Д2 – то же, что и событие С1. Электротравма ЭП2 приводит к летальному исходу: ЭП2=А2·В2·С2·Д2 или Р(ЭП2)=Р(А2)·Р(В2)·Р(С2)·Р(Д2). (11) Электропоражение ЭП3 может произойти при совместном совпадении следующих событий: А3 – пробой изоляции на токопроводящие части электрооборудования; В3 – прикосновение человека к корпусу электрооборудования. Далее возможны следующие сценарии события С3: С3' – ток, протекающий через тело человека, превышает пороговый “неотпускающий”, но ниже фибрилляционного (при сопротивлении цепи тока через тело человека порядка 10 кОм, когда имеется частичная изоляция ног человека от токопроводящего пола); С3" – ток, протекающий через тело человека, меньше порогового значения “неотпускающего” тока (человек самостоятельно разрывает цепь тока). Если совершается сценарий С3', то исход электротравмы в зависимости от физиологического состояния человека может привести либо к серьезному расстройству здоровья (инвалидности), либо к более легкому исходу – временной потери трудоспособности. При возникновении сценария С3", ущерб здоровью не наносится (электрический удар). Событие ЭП3 можно представить как: ЭП3=А3·В3·С3 или Р(ЭП3)=Р(А3)·Р(В3)·Р(С3). (12) Не трудно видеть, что событие ЭП4 развивается по сценарию события ЭП3. Поэтому ЭП4=А4·В4·С4 или Р(ЭП4)=Р(А4)·Р(В4)·Р(С4). (13) Тогда полную вероятность возникновения электропоражения человека в j-ой электроустановке: Р(ЭП)j=Р(А1)·Р(В1)·Р(С1)+Р(А2)·Р(В2)·Р(С2)·Р(Д2)+Р(А3)·Р(В3)·Р(С3)+Р(А4)·Р(В4)·Р(С4). (14) Вероятности электропоражения на объекте, содержащим N электроустановок, время Т:  Разработаны математические модели электропоражения человека в основе которых лежит положение о том, что вероятность электропоражения в j-ой электроустановке есть произведение вероятностей двух событий: попадание человека под напряжение и такого его состояния, при котором ток через тело iчел (при заданной длительности tвоз) является поражающим, т.е. Р(ЭП)ij=Р(Uпр)ij·Р'(Пор)j, (16) где Р(Uпр)ij – вероятность попадания человека под напряжение i-го человека в j-ой электроустановке; Р'(Пор)j – условная вероятность электропоражения в j-ой электро-установке. Причем, Р'(Пор)j=ƒ(iчел· tвоз) (17) Для определения условных вероятностей использовались данные МЭК, определяющие области возможных исходов воздействия электрического тока на организм человека.  Расчет Р'(Пор)j производится путем интегрирования плотностей распределения тока через тело человека ƒ(iчел) и кривых распределения смертельного Fсм(iчел) или опасного Fоп(iчел) исходов. При этом пределы интегрирования определяются с учетом механизма действия того или иного вида защиты, который обусловливается либо уменьшением времени воздействия на организм человека электрического тока либо снижением напряжения прикосновения. Плотности распределения f(iчел) могут быть получены с помощью метода статистического моделирования. Интегральная функция распределения Fсм(iчел) смертельного исхода может быть получена на множестве точек кривой С при фиксированном значении tвоз = t0. Аналогичным образом определяются F’оп(чел) и F”оп(чел) соответственно по кривым В и С при расчете условных вероятностей опасных исходов (инвалидизация и временная потеря трудоспособности) (рисунок 5). Рисунок 4 - Области возможных исходов воздействия переменного электрического тока на организм человека (по данным МЭК) 1 – область допустимых (безопасных) токов, tвоз→ ∞. 2 – область благополучных исходов (электрический удар), Р(Iчел, tвоз), tвоз ≤ 5 с. 3 – область опасных исходов (временная потеря трудоспособности), Р(Iчел, tвоз), tвоз ≤ 5 с. 4 – область опасных исходов (инвалидность), Р(Iчел, tвоз), tвоз ≤ 5 с. 5 – область летальных исходов, Р(Iчел, tвоз), tвоз ≤ 1 с.  Рисунок 5 – Совмещенные интегральные функции распределения F(iчел) при различных исходах электротравмы с плотностью распределения f(iчел) При принятых допущениях математические модели электропоражения человека могут представлены в виде: с летальным исходом –  (18) с исходом инвалидности – (19)  с временной потерей трудоспособности –  (20) Здесь  ,   и  - нижнее пороговое значение «неотпускающего» тока и возможные наибольшие токи, протекающие через человека в рассматриваемых исходах электротравмы.В диссертации приведен метод расчета эффективности основных средств электрической защиты. Для оценки эффективности УЗО используется выражение  , (21)где Р(ЭБ)б – вероятность электробезопасности человека в электроустановке при отсутствии УЗО (базовый вариант); Р(ЭБ)УЗО – то же, при оснащении электроустановки УЗО. Эффективность УЗО оценивается применительно к событиям ЭП1 и ЭП2, вызванным прикосновением человека к токоведущей части электроустановки. В диссертации рассмотрены возможные сценарии последствия события ЭПj (при tсрУЗО = const):
2. Ток через человека равен или больше тока уставки УЗО, т.е. Iчел≥Iуст. Тогда УЗО срабатывает за весьма короткое время (≈0,05 с), эффект “неотпускания” не успевает развиться: событие ЭП'' опасности не представляет. 3. Ток через человека меньше тока уставки УЗО, т.е. Iчелуст. В этом случае УЗО не срабатывает, что можно интерпретировать как возникшую опасную ситуацию нахождения человека в незащищенной зоне и появление эффекта “неотпускания”. При времени воздействия тока, меньшем 1 с, смертельную опасность представляет ток, равный пороговому фибрилляционному току: событие ЭП′′′ приводит к летальному исходу. 4. Ток через человека равен или больше уставки, но УЗО не сработало по причине его отказа, что соответствует модельной ситуации попадания человека под напряжение в электроустановке, неоснащенной УЗО: событие ЭП′′′′ приводит к летальному исходу. В соответствии с теоремой сложения вероятностей находим  (22) . (23)Тогда вероятности электропоражения человека в электроустановке (при условии Р(Uпр.оп)=1), оснащенной УЗО, соответственно равны:    В диссертации произведен расчет вероятностей  ,  ,  , а так же показателя электрозащитной эффективности УЗО Пэузо применительно к случаям возникновения электротравмы с летальным исходом, инвалидностью и временной потери трудоспособности. Показано, что при уставке тока срабатывания УЗО, равной 6мА, обеспечивается минимальное значение Р(ЭП)j=2,98· и максимальное значение Пэузо=16,72. Если Iуст превышает пороговое значение «отпускающего» тока (например, 10мА), то показатель Р(ЭП)j увеличивается в 4,1, а показатель Пэузоj соответственно уменьшается в 4,3 раза. Уставки тока срабатывания 100 и 300 мА (рекомендуемые стандартами) практически не защищают человека от электропоражений.Полученные расчетные значения Р(ЭП)j и ПЭУЗОj позволили не только количественно оценить эффективность электрической защиты, но и легли в основу требований к параметрам устройства защитного отключения при эксплуатации нестационарных электроустановок. Так, чтобы обеспечить нормативный уровень электробезопасности (1…2)⋅10-6 при пользовании, например, ручным электроинструментом, ток уставки УЗО должен быть 6 мА, а время срабатывания – не более 0,5 с. ^ приведены результаты экспериментальных исследований изоляции сельских электроустановок. Изложена методика сбора экспериментальных данных по токам утечки основных видов нестационарных электроустановок: передвижные агрегаты, переносные приборы и ручной электроинструмент. Получены числовые оценки и законы распределения токов утечки. Построены математические модели токов утечки и определены параметрические зависимости прогноза этих утечек для обеспечения безопасной эксплуатации НЭУ. Разработаны методы и средства инструментального контроля состояния изоляции по току утечки, включающие периодический ее контроль и автоматический мониторинг. Установлено, что неудовлетворительное техническое состояние внутренних электрических сетей зданий и сооружений в сельском хозяйстве является одной из основных причин аварий, электропоражений людей и пожаров. Существующий метод измерения изоляции с помощью мегаомметра, основанный на принципе наложения постоянного тока на переменный ток сети не позволяет определить фактическую проводимость. Поскольку физические процессы в изоляции при постоянном и переменном напряжении имеют различный характер, то, очевидно, и результаты измерения мегаомметром будут отличаться от действительных величин сопротивлений изоляции в реальных условиях переменного напряжения в сети. В диссертации рассмотрен способ контроля, основанный на выделении с помощью дифференциального трансформатора тока (ДТТ) тока утечки Iут, представляющего собой геометрическую сумму полных токов утечки фазных проводов, включаю активную и емкостную составляющую (рисунок 6).  Рисунок 6 – Принцип выделения (регистрации) тока утечки в сети Достоинство данного метода состоит в том, что измерение тока утечки проводится в рабочем режиме с учетом номинального напряжения сети и реальной нагрузки. Контроль тока утечки, являясь более безопасным в отличии от измерения сопротивления изоляции, не требует применения повышенного напряжения, тем самым, при производстве измерений не происходит ухудшение состояния контролируемой сети. В работе показано, что для проведения регламентных работ по обслуживанию электроустановок необходимы простые в эксплуатации и надежные средства периодического контроля состояния изоляции. В АлтГТУ при непосредственном участии автора разработан и в настоящее время используется измеритель тока утечки типа ИДТУ, функциональная схема которого представлена на рисунке 7.  Рисунок 7 – Функциональная схема ИДТУ1. Дифференциальный трансформатор тока; 2. Входной фильтр и делитель напряжения; 3. Аналого-цифровой преобразователь; 4. Блок выбора пределов измерения; 5. Цифровой индикатор; 6. Источник питания с выпрямителем Обоснованы требования к конструкции и параметрам прибора и метрологическим характеристикам. Для повышения надежности измерителя предусмотрена отстройка от дестабилизирующих факторов, вызванных влиянием взаимоиндуктивности между силовой и измерительной обмотками ДТТ, остаточной намагниченностью и высшими гармониками. П Опыт эксплуатации прибора в Алтайском крае и Республике Бурятия показал высокую эффективность поиска и установления причин срабатывания УЗО от токов утечки в групповых и распределительных сетях зданий и сооружений значительной протяженности (более 100 м). Достоверность срабатывания УЗО повышается за счет учета в сетях емкостной составляющей токов утечки, величина которой в среднем на два порядка выше активной составляющей. Кроме того, необходимость использования прибора ИДТУ обусловлена введением ограничений на максимально допустимые токи утечки в сетях жилых и общественных зданий (ПУЭ, 7-е изд.,п.7.1.83), а также внесен-ным нами предложением о целесообразности нормирования верхнего значения «отпускающего» тока. Рассмотрен метод непрерывного контроля изоляции электроустановок путем создания системы автоматического мониторинга (рисунок 9), с помощью которого представляется возможным дать оценку и прогноз состояния изоляции в рабочем режиме. Условимся понимать под автоматическим мониторингом такой контроль, когда состояние изоляции фиксируется измерительным органом или сигнальным устройством или тем и другим одновременно и непрерывно в течение всего времени нахождения установки под рабочим напряжением. рибор ИДТУ, выполненный в виде токоизмерительных клещей, осуществляет поиск и локализацию поврежденного участка сети, вызвавшего срабатывание УЗО. Измерение тока утечки производится на отходящей питающей линии, контролируемой датчиком ДТТ, и нагрузкой. На рисунке 8 и в таблице 2 приведены процедуры выполнения необходимых мероприятий.  Рисунок 8 – Алгоритм поиска и локализации места повреждения изоляции электрической сети Сформулированы основные требования к мониторингу состояния изоляции в части обеспечения результатов измерения в дискретной или непрерывной форме регистрации физических величин, а также сигнализации о достижении параметров изоляции критического значения. Из известных способов постоянного контроля изоляции (мониторинга) наиболее перспективным представляется схема измерения тока утечки с использованием дифференциального трансформатора тока. При заземленной нейтрали электроустановки ток во вторичной обмотке ДТТ определяется выражением  (27)где Uф- фазное напряжение сети, YA , YB , YC - комплексные проводимости фазных проводов относительно земли; RO – сопротивление заземления нейтрали; w1 и w2 – количество витков в первичной и вторичной обмотках ДТТ. Таблица 2 – Мероприятия по реализации метода поиска повреждения изоляции сети
 Рисунок 9 – Схема автоматического мониторинга состояния изоляции: 1-функция измерения; 2- функция отключения В соответствии с разработанной в диссертации методикой в Республике Бурятия были проведены экспериментальные исследования по изучению механизма изменения состояния изоляции сельских нестационарных электроустановок с целью установления наиболее значимых факторов, оказывающих влияние на электрические параметры изоляции, выбора чувствительности (порога срабатывания) устройств защитного отключения и прогнозирование величины токов утечки для обоснования нормативного значения и установления пределов непрерывного контроля (мониторинга) состояния изоляции. В качестве объектов обследования были выбраны производственные и фермерские хозяйства с различными строениями (деревянными, кирпичными, бетонными). Было обследовано около 200 питающих нестационарные электроустановки линий. Проведено обследование личных хозяйств с давностью монтажа электропроводок 12-15 лет. Измерению подвергались наиболее используемые в сельском хозяйстве электропроводки марки АПВ, АППВС, АПН, АПР скрытого и наружного исполнения. Измеряемый прибором ИДТУ ток утечки в электроустановке определяется как  , (27)где  – напряжение сети;  и  – активная и емкостная составляющие тока утечки.Измерения показали ,что доминирующим является емкостная составляющая тока утечки, которая более чем на порядок превышает активную составляющую. В этом случае угол сдвига фаз между вектором полного тока утечки  и вектором  будет менее 5°. Тогда, пренебрегая этим углом, можно рассматривать (с погрешностью не более 5%) суммарный ток утечки на вводе объекта как арифметическую сумму токов утечки в электропроводке и на отходящих линиях электроприемников, т. е. (28) n  i=(1, …,n);i=1 m  j=(1, …,m).i=1 Дано обоснование построения математической модели изоляции нестационарных электроустановок вида: M[Iут (l, p, ν)]= Θ(l, p, ν, aσ, a1, a2, a3), (29) где M[Iут (l, p, ν)] – математическое ожидание параметра Iут при соответствующих значениях контролируемых переменах; l – длина питающей линии (кабель, электропровод и т.д.), м; p – установленная мощность электроприемника, кВт; ν – относительная влажность, %; a0, a1, a2, a3 – коэффициенты, определение которых составляет цель измерения. Измерения токов утечки проводились по четырем основным линиям, питающим электроприемники фермерских и личных подсобных хозяйств, включая жилые дома: - первая линия (Iут1) – включенные наружные передвижные электроустановки (НПЭ) на приусадебном участке с наружной электропроводкой; - вторая линия (Iут2) – включенные переносные электроприборы (ПЭП) в жилых и подсобных помещениях; - третья линия (Iут3) – включенный парк ручного электроинструмента (РЭИ); - четвертая линия (Iут4) – электрический ввод с полностью включенной нагрузкой (ЭВН). В результате обработки полученных статистических данных найдены числовые оценки распределения тока утечки (математическое ожидание mx и среднеквадратическое отклонение σх) (таблица 3). Таблица 3 – статистики (параметры) распределения тока утечки
Подтверждена гипотеза распределения опытных данных нормальному закону, построены гистограммы, плотности вероятностей и функции накопления вероятностей тока утечки Iут1, Iут2, Iут3 и Iут4. Основываясь на гауссовском распределении (30), с помощью   (30)   правила «трех сигм» (mx±3σm), установлены интервалы токов утечки (31) и получены линейные уравнения регрессии (32):    (31)  (32)    При определении факторных признаков, влияющих на величину тока утечки, был проведен корреляционный анализ, результатом которого явилось получение коэффициентов корреляции, устанавливающих тесные положительные связи между токами утечки и длиной электропроводки или кабеля, питающих электроустановки. Существенное влияние на величину тока утечки оказывает установленная мощность электроприемника. Влияние фактора ν на величину Iут. прослеживается на линиях, подверженных отрицательному воздействию влажности (наружные электропроводки, передвижные электроустановки на приусадебном участке и т.д.). С помощью полученных математических моделей выявлены уровни естественного фона токов утечки, что позволило обосновать типоразмер уставок устройств защитного отключения, обеспечивающий необходимый уровень электробезопасности и бесперебойность электроснабжения потребителей. |
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям