Обеспечение электробезопасности при эксплуатации проектируемой системы охранной сигнализации.

11 Охрана труда

11.1 Обеспечение электробезопасности при эксплуатации проектируемой системы охранной сигнализации.

Система охранной сигнализации с использованием пакетной передачи данных по радиоканалу в  общем случае представляет собой GSM/GPRS модем, подключаемый к компьютеру через USB-разъем. Данный модем используется в составе пульта центрального наблюдения (ПЦН) для приема тревожных сообщений. Система содержит источник резервного питания, способного при отключении электричества, поддерживать работоспособность системы в течение 24 часов в дежурном режиме и в течении 3 часов в тревожном режиме.

Поражение человека электрическим током возможно при  замыкании электрической цепи через его тело, что может иметь место при прикосновении человека к сети не менее чем в двух точках (например, при двухфазном включении в сеть; однофазном включении в сеть, стоя на земле или касаясь каких-либо заземленных конструкций; при контакте с нетоковедущими частями оборудования, случайно оказавшимися под напряжением из-за нарушения изоляции проводов электропитания оборудования или электрифицированного инструмента и др.) [9].

Цепи электропитания обеспечивают передачу электрической энергии  в виде переменного электрического тока напряжением 380/220 В и частотой 50 Гц от внешних источников подавляющему большинству устанавливаемых в помещениях радио- и электрических приборов. Схема трехпроводной линии передачи показана на рисунке 10.1.

 

Рисунок 10.1 – Схема цепей электропитания здания

 

Оценка опасности  электропоражения заключается в расчете (или измерении) тока или напряжения прикосновения и сравнении этих величин с предельно допустимыми их значениями ( и ) в зависимости от продолжительности воздействия тока [9].

При эксплуатации системы наиболее вероятным случаем электропоражения является прикосновение к металлическим нетоковедущим частям оборудования, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения электроизоляции фазного провода.

Опасность такого поражения, оценивается значением тока, проходящего  через тело человека и зависит от ряда факторов:

- от схемы включения  человека в цепь;

- от степени изоляции  токоведущих частей.

Однофазное прикосновение  является наиболее типичным при эксплуатации разрабатываемого устройства (рисунок 10.2)

Оценим опасность поражения  человека током в  этой ситуации. Необходимо отметить, что такая ситуация характерна пробою напряжения на корпус разрабатываемого устройства.

Рассчитаем ток I_h протекающий через тело человека, без учета сопротивления пола и обуви (рисунок 10.2):

 

Ih = Uф / (Rh +r0)

(10.1)

 

где U_ф — фазное напряжение, В;

          R_h — сопротивление человека, Ом;

          r₀ — сопротивление заземления нейтрали, Ом.

Согласно правилам устройства электроустановок сопротивление заземления нейтрали устанавливаются в зависимости от напряжения сети. Так как питание осуществляется от сети напряжения 380/220 В, то сопротивление заземления нейтрали равно 4 Ом [10]. Отсюда следует, что r₀‹‹ R_h, поэтому формула (10.1) будет иметь вид:

 

Ih = Uф / Rh

(10.2)

 

За расчетное сопротивление  тела человека принято считать 1кОм.

Таким образом,

 

                                              I_h = 220 / 1000 = 220 мА

 

Рисунок 10.2 – Протекание  тока при пробое напряжения на корпус

 

Так как полученное нами значение тока проходящего через  тело человека превышает предельно  допустимое значение (6 мА при продолжительности  протекания через организм тока более 1 с) можно сделать вывод о необходимости применения мер защиты от поражения электрическим током [9].

Опасность электропоражения при прикосновении к корпусу или металлическим частям оборудования, оказавшихся под напряжением вследствие замыкания на них питающего напряжения и по другим причинам, может быть устранена быстрым отключением такого поврежденного устройства от питающей сети.

Применение защитного заземления в сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В не обеспечивает защиты, так как при однофазном коротком замыкании корпус оборудования будет находится под опасным напряжением (≈110 В), несмотря на то, что он заземлен. Токовая защита при этом не срабатывает из-за малого значения тока. Поэтому в данном случае наиболее простым и надежным способом защиты может стать зануление (рисунок 10.3).

Зануление состоит в  преднамеренном соединении металлических  нетоковедущих частей оборудования, которые могут оказаться под напряжением вследствие пробоя изоляции, с нулевым защитным проводником. Нулевым защитным проводником называется проводник, соединяющий зануляемые части с заземленным выводом. При замыкании фазы на корпус образуется контур короткого замыкания, характеризуемый силой тока весьма большой величины, достаточной для "выбивания" предохранителя в фазном питающем проводе. Таким образом, электроустановка обесточивается.

Так как плавкие предохранители и автоматические выключатели с  тепловой защитой срабатывают в течение нескольких секунд, для снижения напряжения по отношению к земле на зануленных частях в течение этого времени обязательно применение повторного заземления (r_повт) нулевого защитного проводника (рисунок 10.3).

 

 

Рисунок 10.3 – Электрическая схема зануления системы

 

Для надежной работы зануления  к нему предъявляются следующие  требования:

- значение тока однофазного  короткого замыкания I_кз фазы на зануленный корпус электроустановки должно удовлетворять условию:

 

Iкз > k · Iн

(10.3)

 

где I_н — номинальный ток перегорания плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания автоматического выключателя;

k — коэффициент безопасности, принимается равным 3 при защите электроустановки плавким предохранителем;

Найдем номинальный  ток срабатывания устройства защиты:

 

Iн = Kн·N/U

(10.4)

 

где   K_н — коэффициент надежности, равный 1,1;

N — мощность потребляемая электроприборами, N = 10 ВА;

  U — напряжение питания, 220 В.

 

I_н = 1,1·10/220 =0,05 А

 

Найдем ток короткого  замыкания:

 

Iкз = Uф/((Zт/3)+Zп)

(10.5)

 

где Z_т и Z_п — модули полного сопротивления обмоток источника питания (трансформатора) и полного сопротивления петли "фаза - ноль",   Z_т= 3,11.

(10.6)

 

где  R_ф и R_н - активное сопротивление фазного и нулевого защитного провода;

X_ф и Xн - внутренние индуктивные сопротивления фазового и нулевого защитного провода, X_ф =0,07 Ом ,  X_н =0,07 Ом;

       X_р - внешние индуктивное сопротивление петли "фаза-ноль", Ом.

Сопротивлением X_р можно  пренебречь, так как оно не превышает 0,1 Ом/км.

 

Rф +Rн =ρ·L/S

(10.7)

 

где ρ - удельное сопротивление материала провода (для меди ρ=0,0175 Ом·мм²/м);

L - длина проводника, имеющего поперечное сечение и выполненного из одного материала, L = 11 м, S=6 мм²:

 

R_ф +R_н =0,0175·11/6= 0,032 Ом

 

Тогда

 

Z _п=

 

Таким образом

 

I_кз = 220 / (0,144 + 3,11 / 3) =186,34 А

 

Проверим выполнение условия 

186,34 >3·0,05 > 0,15

По результатам расчета  в качестве отключающего устройства выберем предохранитель типа НПН 10, у которого номинальный ток срабатывания равен 5 А [11].

Таким образом, в данном разделе была произведена оценка опасности поражения электрическим  током персонала во время эксплуатации системы охранной сигнализации. Был произведен расчет зануления, как способа защиты от поражения электротоком. В качестве отключающего устройства был выбран предохранитель НПН10.