Что называется напряжением шага напряжением прикосновения

Напряжение шага и прикосновения

Рис. Схема прикосновения человека к заземленному оборудованию при напряжении прикосновения:

Напряжение прикосновения и величина тока, протекающего через организм человека при нормальном (неаварийном) режиме работы электроустановки переменного тока частотой 50 Гц, не должны превышать соответственно 2 В и 0,3 мА.

Снизить напряжение прикосновения и силу тока можно за счет малого сопротивления системы защитного заземления или увеличения потенциала поверхности в зоне растекания тока на землю.

При наличии токопроводящих полов или грунта человек, находящийся недалеко от корпуса электрооборудования, на которое произошло замыкание тока, может оказаться под напряжением шага U Напряжение шага возникает вокруг места перехода тока от поврежденной электроустановки в землю.

Характер распределения потенциалов на земной поверхности подчиняется гиперболическому закону.

На расстоянии 1 м от места стекания тока на землю потенциал снижается на 68%, на расстоянии 10 м снижение достигает 92%, а на расстоянии 20 м потенциал точек земли практически равен нулю. Такое распределение потенциалов объясняется тем, что вблизи заземлителя площадь проводника-земли малая, поэтому здесь земля оказывает большое сопротивление прохождению тока. По мере удаления от заземлителя сечение проводника-земли увеличивается, сопротивление его уменьшается, следовательно, и падение напряжения уменьшается. На расстоянии более 20 м от места замыкания тока земля практически не оказывает сопротивления прохождению тока.

Человек, находясь в зоне растекания тока, даже не прикасаясь к поврежденному оборудованию, может попасть под высокое напряжение.

Это происходит потому, что различные точки земли, которых касаются ноги человека, имеют различные потенциалы.

Из равенства следует, что напряжение шага зависит от тока замыкания, ширины шага, расстояния от человека до места замыкания тока на землю, а также от удельного сопротивления грунта. По мере удаления от места замыкания напряжение шага становится меньше.

Следует отметить, что характер зависимости напряжения шага от расстояния между человеком и заземлителем противоположен той же зависимости напряжения прикосновения, которое увеличивается с увеличением расстояния.

Оказавшись в зоне напряжения шага, выходить из нее следует небольшими шагами (гусиными скользящими шагами) в сторону, противоположную месту предполагаемого замыкания на землю и, в частности, лежащего на земле провода.

Источник

Что такое напряжение прикосновения и напряжение шага?

В любых электрических сетях человек, находящийся в зоне растекания тока, может оказаться под напряжением шага и напряжением прикосновения.

Шаговым напряжением (напряжением шага) называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага (0,8 м) и на которых одновременно стоит человек.

Наибольший электрический потенциал будет в месте соприкосновения проводника с землей. По мере удаления от этого места потенциал поверхности грунта уменьшается, так как сечение проводника (почвы) увеличивается пропорционально квадрату радиуса, и на расстоянии, примерно равном 20 м, может быть принят равным нулю. Опасность напряжения шага увеличивается, если человек, подвергшийся его воздействию, падает: напряжение шага возрастает, так как ток проходит уже не через ноги, а через все тело человека.

Напряжением прикосновения называется напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек. Опасность такого прикосновения оценивается значением тока, проходящего через тело человека, или же напряжением прикосновения и зависит от ряда факторов: схемы замыкания цепи тока через тело человека напряжения сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали (т.е. заземлена или изолирована нейтраль), степени изоляции токоведущих частей от земли, а также от значения емкости токоведущих частей относительно земли и т.д.

Величина напряжения прикосновения для человека, стоящего на грунте и коснувшегося оказавшегося под напряжением заземленного корпуса может быть определена как разность потенциалов руки (корпуса) и ноги (грунта) с учетом коэффициентов:

Наиболее опасным для человека является прикосновение к корпусу, находящемуся под напряжением и расположенному вне поля растекания.

Напряжением шага (шаговым напряжением) называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящихся одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек (ГОСТ 12. 1. 009-76).

По территории завода был проложен временный гибкий кабель. Кабель лежал на пути перемещения ручной тележки, поэтому в этом месте он был прикрыт железным листом, при перемещении груженой тележки кабель был поврежден и одна из его жил была в соприкосновении с листом. В результате вокруг листа возникло шаговое напряжение.

Источник

Напряжение прикосновения: что это такое, особенности, меры защиты, расчет

Определение и особенности.

Напряжение прикосновения (touch voltage) — это напряжение между проводящими частями при одновременном прикосновении к ним человека или животного (определение согласно СП 437.1325800.2018 [1]).

Примечание к определению: на значение напряжения прикосновения может существенно влиять полное сопротивление тела человека или животного, находящегося в электрическом контакте с этими проводящими частями.

Согласно ГОСТ Р МЭК 61557-1-2005 для рассматриваемого термина установлено следующее краткое обозначение: U_t

Харечко Ю.В., проведя, на мой взгляд, основательный анализ нормативной документации, в своей книге [2] описал особенности понятия «напряжение прикосновения» следующим образом:

« При одновременном прикосновении человека или животного к проводящим частям, находящимся под разными электрическими потенциалами, он попадает под напряжение, которое в нормативной документации называют напряжением прикосновения. В этих условиях через тело человека (животного) будет протекать электрический ток, который может вызвать смертельное поражение электрическим током, привести к серьезной электрической травме или спровоцировать механическую травму. Если человек (животное), имея электрическую связь с землей, прикоснется к какой-либо проводящей части, находящейся под напряжением, то он также окажется под напряжением прикосновения. Через тело человека (животного) также будет протекать электрический ток, величина которого зависит от напряжения прикосновения и полного сопротивления его тела. »

« Прикосновение человека (животного) к проводящим частям, находящимся под напряжением, обычно происходит в условиях единичного или множественных повреждений. Например, когда из-за повреждения изоляции частей, находящихся под напряжением, они становятся доступными для прикосновения. Однако наиболее вероятным является прикосновение к открытой проводящей части электрооборудования класса 0 или I, которая оказалась под напряжением из-за повреждения основной изоляции какой-то опасной токоведущей части. Возможно, но менее вероятно прикосновение человека к проводящей оболочке электрооборудования класса II, оказавшейся под напряжением при повреждении двойной или усиленной изоляции опасной части, находящейся под напряжением. »

Меры защиты.

О том какие меры защиты необходимо использовать, для того, чтобы уменьшить напряжение прикосновение в электроустановках зданий, писал Харечко Ю.В. в своем кратком терминологическом словаре [2]:

« С целью уменьшения напряжения прикосновения в электроустановках зданий выполняют защитное уравнивание потенциалов. При его осуществлении посредством защитных проводников соединяют между собой открытые проводящие части электрооборудования класса I, а с помощью защитных проводников уравнивания потенциалов соединяют сторонние проводящие части. В условиях повышенной вероятности поражения электрическим током, когда электрооборудование класса I используют, например, в помещениях здания, имеющих проводящие полы и стены, характеризующихся повышенной влажностью, температурой и другими неблагоприятными условиями, осуществляют дополнительное уравнивание потенциалов. При его выполнении с помощью защитных проводников дополнительного уравнивания потенциалов открытые проводящие части электрооборудования класса I соединяют со сторонними проводящими частями. »

Защитное уравнивание потенциалов обычно применяют в совокупности с другими мерами предосторожности, например – с автоматическим отключением питания. В этом случае посредством системы защитного уравнивания потенциалов, во-первых, создают искусственный проводящий путь для протекания тока замыкания на землю. Во-вторых, уменьшают напряжение прикосновения до момента срабатывания защитного устройства, которое отключает распределительную или конечную электрическую цепь с аварийным электрооборудованием класса I.

Ожидаемое напряжение прикосновения

Ожидаемое напряжение прикосновения (prospective touch voltage) — это напряжение между одновременно доступными проводящими частями, когда человек или домашний скот их не касается (определение согласно ГОСТ Р 58698-2019).

Ожидаемым напряжением прикосновения является напряжение между проводящими частями, доступными одновременному прикосновению, когда этих частей не касается ни человек, ни животное. Термин «ожидаемое напряжение прикосновения» характеризует максимальное значение напряжения между указанными проводящими частями. В случае прикосновения человека (животного) к этим проводящим частям величина напряжения прикосновения может уменьшиться по сравнению со значением ожидаемого напряжения прикосновения.

Для уменьшения ожидаемого напряжения прикосновения в электроустановках зданий выполняют защитное уравнивание потенциалов, а в помещениях здания, характеризующихся повышенной вероятностью поражения электрическим током, например в ванных комнатах, осуществляют также дополнительное уравнивание потенциалов.

Напряжение между открытой проводящей частью, оказавшейся под напряжением из-за повреждения основной изоляции опасной токоведущей части, и землей или проводящей поверхностью, на которой может находиться человек, также является ожидаемым напряжением прикосновения. Его значение зависит от типа заземления системы, которому соответствует электроустановка здания.

Расчет

Оценим значения ожидаемых напряжений прикосновения для наиболее распространенной системы распределения электроэнергии, которая представляет собой электроустановку здания, подключенную к низковольтной распределительной электрической сети, состоящей из понижающей трансформаторной подстанции и воздушной или кабельной линии электропередачи.

Если произошло повреждение основной изоляции какой-либо опасной токоведущей части электрооборудования класса I и возникло ее замыкание на открытую проводящую часть, то в электроустановке здания, соответствующей типу заземления системы TT, ток замыкания на землю из токоведущей части протекает в открытую проводящую часть. Далее из открытой проводящей части по защитному проводнику, главной заземляющей шине, заземляющим проводникам и заземлителю электрический ток протекает в локальную землю. Через землю ток замыкания на землю протекает к заземлителю заземляющего устройства нейтрали трансформатора, установленного в трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ. (см. рис. 1 статьи «Ток замыкания на землю»).

Рассмотрим упрощенную схему замещения системы TT, представленную на рис. 1. Ток замыкания на землю протекает в
замкнутом контуре, образованном полными сопротивлениями фазного проводника линии электропередачи, фазных и защитных проводников электрических цепей электроустановки здания, заземляющих устройств источника питания и электроустановки здания, а также источником питания.

На рисунке 1 обозначено:

Значение ожидаемого напряжения прикосновения в электроустановке здания U_{Tp ЭЗ} равно падению напряжения на защитных проводниках электрических цепей Z_{PE ЭЗ} от места замыкания на землю 1, расположенного в открытой проводящей части аварийного электрооборудования класса I, до главной заземляющей шины 3:

где I_EF – ток замыкания на землю, А.

Ожидаемое напряжение прикосновения в электроустановке здания будет небольшим по двум причинам:

Значение ожидаемого напряжения прикосновения относительно земли U_{Tp E} равно сумме падения напряжения на защитных проводниках электрических цепей электроустановки здания Z_{PE ЭЗ} и падения напряжения на заземляющем устройстве электроустановки здания Z_{ЗУ ЭЗ} от главной заземляющей шины 3 до земли 2:

Поскольку сумма полных сопротивлений фазного проводника линии электропередачи, фазных и защитных проводников электрических цепей электроустановки здания существенно меньше суммы полных сопротивлений заземляющего устройства источника питания и электроустановки здания, ожидаемое напряжение прикосновения относительно земли можно приблизительно определить так:

где U_o – номинальное напряжение фазного проводника относительно земли, В.

Например, если номинальное напряжение электроустановки здания равно 230/400 В, полное сопротивление заземляющего устройства нейтрали трансформатора трансформаторной подстанции равно 4 Ом, а полное сопротивление заземляющего устройства электроустановки здания – 10 Ом, то значение ожидаемого напряжения прикосновения относительно земли будет приблизительно равно:

U_{Tp E} ≈ 230 В × 10 Ом / (4+10) Ом ≈ 164 В,

где 230 В – номинальное фазное напряжение.

Значение ожидаемого напряжения прикосновения относительно земли зависит от соотношения полных сопротивлений заземляющих устройств источника питания и электроустановки здания. При уменьшении полного сопротивления заземляющего устройства источника питания, а также при увеличении полного сопротивления заземляющего устройства электроустановки здания ожидаемое напряжение прикосновения относительно земли возрастает.

Согласно требованиям ГОСТ Р 50571.3-2009 в электроустановках зданий, имеющих тип заземления системы TT, в качестве защитного устройства в составе автоматического отключения питания обычно применяют устройства дифференциального тока. Поэтому полное сопротивление заземляющего устройства электроустановки здания может быть больше 100 Ом. Если полное сопротивление заземляющего устройства нейтрали трансформатора равно 4 Ом, а полное сопротивление заземляющего устройства электроустановки здания – 100 Ом, то значение ожидаемого напряжения прикосновения относительно земли будет приблизительно равно фазному напряжению:

U_{Tp E} ≈ 230 В × 100 Ом / (4+100) Ом ≈ 221 В.

В отличие от системы TT в системе TN-C-S ток замыкания на землю в основном протекает не в земле, а по PEN-проводнику линии электропередачи (см. рис. 2 статьи «Ток замыкания на землю»).

То есть преобладающая часть тока замыкания на землю протекает в замкнутом контуре, образованном полными сопротивлениями фазного проводника и PEN-проводника линии электропередачи, фазных и защитных проводников электрических цепей электроустановки здания, а также источником питания (рис. 2). Сумма полных сопротивлений заземляющих устройств источника питания и электроустановки здания многократно превышает полное сопротивление PEN-проводника линии электропередачи, параллельно которому они включены. Поэтому через эти два сопротивления протекает незначительная часть тока замыкания на землю.

Фазный проводник и PEN-проводник линии электропередачи от трансформаторной подстанции до электроустановки здания обычно имеют одинаковые протяженности и сечения. Протяженности и сечения фазных и защитных проводников распределительных и конечных электрических цепей от вводных зажимов электроустановки здания до места замыкания на землю также, как правило, равны. Следовательно, равны между собой полные сопротивления фазного проводника и PEN-проводника линии электропередачи, а также фазных и защитных проводников электроустановки здания. Поэтому при замыкании на землю падение напряжения на полных сопротивлениях PEN-проводника линии электропередачи и защитных проводников электроустановки здания будет приблизительно равно половине фазного напряжения – 115 В.

На рисунке 2 обозначено:

Значение ожидаемого напряжения прикосновения в электроустановке здания, соответствующей типу заземления системы TN‑C‑S, равно падению напряжения на защитных проводниках распределительных и конечных электрических цепей от места замыкания на землю 1, расположенного в открытой проводящей части аварийного электрооборудования класса I, до вводного зажима 3, на котором выполняют разделение PEN-проводника линии электропередачи на защитный и нейтральный проводники электроустановки здания:

Значение ожидаемого напряжения прикосновения в электроустановке здания зависит от соотношения полных сопротивлений PEN-проводника линии электропередачи и защитных проводников электрических цепей электроустановки здания. При равенстве этих сопротивлений значение ожидаемого напряжения прикосновения в электроустановке здания приблизительно составляет одну четвертую часть фазного напряжения:

U_{Tp ЭЗ} ≈ U_o × 0.5 × 0.5 ≈ 230 × 0.25 ≈ 57,6 В.

Если полное сопротивление PEN-проводника линии электропередачи в 2 раза меньше полного сопротивления защитных проводников электроустановки здания, значение ожидаемого напряжения прикосновения в электроустановке здания будет приблизительно равно двум шестым частям фазного напряжения:

U_{Tp ЭЗ} ≈ U_o × 1/2 × 2/3 ≈ 230 × 2/6 ≈ 76,7 В.

В пределе оно может достигнуть половины фазного напряжения – 115 В, если полное сопротивление PEN-проводника линии электропередачи равно нулю, например, когда электроустановка здания подключена непосредственно к трансформаторной подстанции, встроенной в здание:

U_{Tp ЭЗ} ≈ U_o × 1/2 × 1 ≈ 230 × 1/2 ≈ 115 В.

Ожидаемое напряжение прикосновения относительно земли равно сумме падения напряжения на защитных проводниках электрических цепей электроустановки здания и падения напряжения на заземляющем устройстве электроустановки здания от главной заземляющей шины до земли 2. Последнее зависит от падения напряжения на PEN-проводнике линии электропередачи и соотношения полных сопротивлений заземляющих устройств источника питания и электроустановки здания. Ожидаемое напряжение прикосновения относительно земли можно определить так:

Значение ожидаемого напряжения прикосновения относительно земли, с одной стороны, зависит от соотношения полных сопротивлений PEN-проводника линии электропередачи и защитных проводников электроустановки здания. С другой стороны, оно зависит от соотношения полных сопротивлений заземляющих устройств источника питания и электроустановки здания. При равенстве полных сопротивлений PEN-проводника линии электропередачи и защитных проводников электроустановки здания, с одной стороны, и полных сопротивлений заземляющих устройств источника питания и электроустановки здания, с другой стороны, ожидаемое напряжение прикосновения относительно земли будет приблизительно равно трем восьмым частям фазного напряжения:

U_{Tp E} ≈ U_o × 1/2 × (1/2 ×1/2 +1/2) ≈ 230 × 3/8 ≈ 86,3 В.

Если полное сопротивление PEN-проводника линии электропередачи равно половине полного сопротивления защитных проводников электроустановки здания, а полное сопротивление заземляющего устройства источника питания также равно половине полного сопротивления заземляющего устройства электроустановки здания, ожидаемое напряжение прикосновения относительно земли будет больше:

U_{Tp E} ≈ U_o × 1/2 × (1/3 × 2/3 + 2/3) ≈ 230 × 8/18 ≈ 102,2 В.

Максимальное значение ожидаемого напряжения прикосновения относительно земли равно половине фазного напряжения – 115 В, если электроустановка здания подключена непосредственно к трансформаторной подстанции, которая встроена в здание. В этом случае ожидаемое напряжение прикосновения относительно земли равно ожидаемому напряжению прикосновения в электроустановке здания. Такое же значение ожидаемого напряжения прикосновения относительно земли будет в том случае, когда произошло замыкание на землю на вводе в электроустановку здания. Ожидаемое напряжение прикосновения в электроустановке здания при этом равно нулю. Ожидаемое напряжение прикосновения относительно земли может достигнуть половины фазного напряжения также, если в электроустановке здания нет заземляющего устройства.

Условный предел напряжения прикосновения

Условный предел напряжения прикосновения устанавливает значение максимального ожидаемого напряжения прикосновения, которое может иметь место в электроустановке здания в течение неограниченного промежутка времени. Значение этого напряжения, как правило, не должно превышать верхней границы сверхнизкого напряжения, равной 50 В переменного тока и 120 В постоянного тока. Однако, если электрооборудование применяют в условиях, характеризующихся повышенной опасностью поражения электрическим током, указанные максимальные значения ожидаемого напряжения прикосновения обычно уменьшают, чтобы уменьшить вероятность поражения электрическим током.

Источник

Шаговое напряжение и напряжение прикосновения

В любых электрических сетях человек, находящийся в зоне растекания тока, может оказаться под напряжением шага и напряжением прикосновения.

Шаговым напряжением (напряжением шага) называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага (0,8 м) и на которых одновременно стоит человек.

Наибольший электрический потенциал будет в месте соприкосновения проводника с землей. По мере удаления от этого места потенциал поверхности грунта уменьшается, так как сечение проводника (почвы) увеличивается пропорционально квадрату радиуса, и на расстоянии, примерно равном 20 м, может быть принят равным нулю. Опасность напряжения шага увеличивается, если человек, подвергшийся его воздействию, падает: напряжение шага возрастает, так как ток проходит уже не через ноги, а через все тело человека.

Напряжением прикосновения называется напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек. Опасность такого прикосновения оценивается значением тока, проходящего через тело человека, или же напряжением прикосновения и зависит от ряда факторов: схемы замыкания цепи тока через тело человека напряжения сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали (т.е. заземлена или изолирована нейтраль), степени изоляции токоведущих частей от земли, а также от значения емкости токоведущих частей относительно земли и т.д.

Изменение потенциала в пределах площадки, на которой размещены электроды заземлителя, происходит плавно. При этом напряжение прикосновения U_пр и напряжение шага U_шимеют небольшие значения по сравнению с потенциалом заземлителя. Однако за пределами контура по его краям наблюдается крутой спад потенциала. Чтобы исключить в этих местах опасные напряжения шага, которые особенно высоки при больших токах замыкания на землю, по краям контура за его пределами (в первую очередь в местах проходов и проездов) укладывают в землю на различной глубине дополнительные стальные полосы, соединенные с заземлителем. Тогда спад потенциала в этих местах происходит по пологой кривой.

Внутри помещений выравнивание потенциалов происходит благодаря металлическим конструкциям, трубопроводам, кабелям и подобным им проводящим предметам, связанным с разветвленной сетью заземления. Арматура железобетонных зданий также способствует выравнивание потенциалов.

38.Шаговое напряжение и напряжение прикосновения. Выравнивание потенциалов.

Шаговое напряжение — напряжение, обусловленное электрическим током, протекающим в земле или токопроводящем полу, и равное разности потенциалов между двумя точками поверхности земли (пола), находящимися на расстоянии одного шага человека. Шаговое напряжение зависит от длины шага, удельного сопротивления грунта и силыпротекающего через него тока. Опасное шаговое напряжение может возникнуть, например, около упавшего на землю провода под напряжением или вблизи заземлителей электроустановок при аварийном коротком замыкании на землю (допустимые значения сопротивления заземлителей и удельное сопротивление грунта нормируются для того, чтобы избежать подобной ситуации). [1] При попадании под шаговое напряжение возникают непроизвольные судорожные сокращения мышц ног и, как следствие, падение человека на землю. Ток начинает проходить между новыми точками опоры — например, от рук к ногам, что чревато смертельным поражением. При подозрении на шаговое напряжение надо покинуть опасную зону минимальными шажками («гусиным шагом») или прыжками. Особо опасно шаговое напряжение для крупного рогатого скота, так как расстояние между передними и задними ногами у этих животных очень велико и, соответственно, велико напряжение, под которое они попадают. Нередки случаи гибели скота от шагового напряжения.

Напряжение прикосновения — напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека или животного. Ожидаемое напряжение прикосновения — напряжение между одновременно доступными прикосновению проводящими частями, когда человек или животное их не касается.

Выравнивание потенциалов — снижение разности потенциалов (шагового напряжения) на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу или на их поверхности и присоединенных к заземляющему устройству, или путем применения специальных покрытий земли.

39.Устройство заземлений и занулений как мероприятий электробезопасности и пожарной безопасности.

Заземление или зануление применяют во всех случаях при напряже-

нии 380 В (и выше) переменного и 440 В и выше постоянного тока. В помещениях с повышенной опасностью, особо опасных, в наружных установках эти защитные меры применяют при напряжениях выше 42 В переменного и 110 В постоянного тока. Заземлять или занулять необходимо следующие части электроустановок: корпуса трансформаторов; рамы и приводы выключателей и других коммутационных аппаратов; вторичные обмотки измерительных трансформаторов; каркасы распределительных щитов и щитков, пультов и щитов управления, шкафов с электрооборудованием. Съемные или открывающиеся части щитов и шкафов должны быть занулены отдельным гибким проводником, если на этих частях установлено электрооборудование напряжением выше 42 В переменного или 110 В постоянного тока. Зануляют также металлические оболочки и броню кабелей, проводов, металлические кабельные конструкции и муфты, стальные трубы электропроводки, тросы, на которых подвешены провода, кожухи шинопроводов, короба и лотки, арматуру железобетонных опор и проволочные оттяжки любых опор, а также все другие металлоконструкции, связанные с установкой электрооборудования.

ПУЭ не требуют заземлять или занулять что-либо в помещениях без повышенной опасности поражения электрическим током, в частности в жилых и общественных помещениях с деревянными или пластиковыми полами, если номинальное напряжение электрооборудования 220 В и ниже. Зануление здесь только повысило бы опасность при случайном прикосновении одновременно к токоведущим частям и к зануленным, т. е. к

связанному с землей корпусу электрооборудования. Не требуется также занулять в кухнях, ванных комнатах и туалетах квартир металлические корпуса стационарно установленного осветительного электрооборудования и переносных электроприборов и машин мощностью до 1,3 кВт (стиральные и швейные машины, холодильники, утюги и т. п.).

40.Расчет защитного заземления.

41. Эксплуатация заземления и зануления. Электробезопасность при противопожарном обследовании электроустановок.

Под электробезопасностью понимается система организационных и технических мероприятий по защите человека от действия электрического тока, электрической дуги, статического электричества, электромагнитного поля.

42.Молния и ее характеристики. Пожаро- и взрывоопасность воздействия молнии.

большой объемный положительный заряд. Внутри облака образуется электрическое поле с напряженностью Еоб между распределенными разнополярными зарядами. Нижняя часть индуцирует на поверхности земли положительный заряд с плотностью δ+ и появляется местное грозовое электрическое поле с напряженностью Ег, достигающей иногда 100-200 кВ/м. Разряд облака на землю (рис. 8.2) имеет вид линейной молнии и начинается в большинстве случаев при высокой концентрации в нем зарядов и напряженности Ег=20-30 кВ/см у его выступающих частей. Этому благоприятствует меньшая плотность воздуха вокруг облака, чем плотность у земли.

Исследованиями в России и за рубежом выявлены условия возникновения молнии и ее характеристики. Для равнинных районов делают различие между разрядами молнии непосредственно в землю или в объекты высотой до 100 м и разрядами в высотные здания и сооружения: радио и телевизионные мачты, заводские трубы. В первом случае характерны нисходящие, а во втором – восходящие разряды (молнии). Нисходящий разряд между облаком и землей разделяется на лидерный и главный. Он обычно начинается с прорастания от облака к земле слабосветящегося канала – ступенчатого лидера движущегося прерывисто (ступенями). Длина каждой ступени около 50 м, средняя ско-

рость ее распространения составляет (2-5) 105 м/с. Сведения о восходящих молниях появились лишь в последние десятилетия, когда начались системати-

ческие наблюдения за грозопоражаемостью очень высоких сооружений,

например Останкинской телевизионной башни.

Наибольшую опасность представляет нисходящая отрицательная

молния между облаком и землей (объектом) в виде линейной молнии, с ко-

торой связано подавляющее большинство пожаров и повреждений зданий,

сооружений, линий электропередач, подстанций.

Таким образом, для молниезащиты представляет интерес только ли-

нейная, а не шаровая молния как редкое явление. Электрическими харак-

теристиками молнии являются амплитуда тока Iм (наибольшее значение

тока главного разряда первой компоненты), крутизна тока α, длина фронта

волны тока τф и длина волны тока τ

Амплитуда Iм изменяется в очень широких пределах, достигая иногда

230-250 кА. Чем больше амплитуда, тем меньше вероятность ее появления.

Крутизна α = diм/dτ характеризует скорость нарастания тока, т.е. от-

ношение приращения тока Δiм к очень малому промежутку времени Δt, и

является переменной величиной. Она меньше в начале и в конце восходя-

щей ветви тока, на которой происходит быстрое его изменение, и велика в

ее середине. Величина α всегда превышает 5 кА/мкс и может достигать

клона штрихпунктирной кривой к оси времени) на рис. 8.3. Максимальная

расчетная крутизна принимается равной 50 кА/мкс. На ниспадающей ветви

кривой ток изменяется медленней, его крутизна гораздо меньше и ее во

внимание не принимают.

Длиной фронта τф называют время от начала до конца нарастания то-

ка молнии. На этом участке изменение тока наиболее интенсивное. Вели-

чина τф первых компонент составляет 1,5–10 мкс. Чем больше амплитуда,

тем обычно больше и τф. Для последующих компонент длина фронта вол-

ны меньше примерно в 2,5 раза. За расчетную величину рекомендуется

принимать τф = 1,5 мкс.

Длиной волны принято считать время τ

в, протекающее от начала до то-

го момента, когда iм = 0,5Iм и изменяется от 20 до 100 мкс. Расчетной вели-

чиной принимают τф = 50 мкс.

Иногда кривую тока молнии идеализируют. Если интересуются про-

цессами на фронте, то считают, что после t = τф ток не изменяется и оста-

ется равным Iм. Наоборот, для анализа воздействия на ниспадающей ветви,

например теплового воздействия, пренебрегают фронтом и полагают, что

ток сразу достигает значения Iм и затем медленно спадает по закону

iм = Iмe-1/Т, где Т – некоторая постоянная величина.

43. Грозовая деятельность и грозопоражаемость зданий и сооружений. Классификация зданий и сооружений по устройству молниезащиты.

Среднегодовая продолжительность гроз в произвольном пункте на территории СССР, по утвержденным для некоторых областей СССР региональным картам продолжительности гроз, или по средним многолетним(порядка 10 лет) данным метеостанции, ближайшей от места нахождения здания или сооружения. Подсчет ожидаемого количества N поражениймолнией в год производится по формулам:

для сосредоточенных зданий и сооружений (дымовые трубы,

для зданий и сооружений прямоугольной формы

L рассматриваются ширина и длина наименьшего прямоугольника, в который может быть вписано здание или сооружение в плане. Для произвольного пункта на территории СССР удельная плотность ударов молнии в землю n определяется исходя из

среднегодовой продолжительности гроз в часах следующим образом:

Тяжесть опасных последствий прямого удара молнии при ее термических, механических и электрических воздействиях, а также искрениях и перекрытиях, вызванных другими видами воздействий, зависит от конструктивно-планировочных особенностей зданий и сооружений и пожаровзрывоопасности технологического процесса. Например, производствах, постоянно связанных с наличием открытого пламени, при применении несгораемых материалов и конструкций протекание тока молнии не представляет большой опасности. Однако наличие внутри объекта взрывоопасной или пожароопасной среды создает угрозу пожара, разрушений, человеческих жертв, больших материальных убытков. При таком разнообразии конструктивных и технологических условий предъявлять одинаковые требования к молниезащите всех объектов означало бы или предусматривать чрезмерные излишества, или мириться с неизбежностью значительных убытков, вызванных последствиями поражения молнией.

I к а т е г о р и я – здания и сооружения или их части с взрывоопасными зонами классов В-I и В-II по Правилам устройства электроустановок (ПУЭ-86). В них хранятся или содержатся постоянно, либо появляются во время производственного процесса смеси газов, паров или пыли горючих веществ с воздухом или иными окислителями, способные взорваться от электрической искры.

I I к а т е г о р и я – здания и сооружения или их части, в которых имеются взрывоопасные зоны классов В-Iа, В-Iб, В-IIа согласно ПУЭ. В них взрывоопасные смеси могут появляться лишь при аварии или неисправностях в технологическом процессе. К этой категории принадлежат также наружные технологические установки и склады, содержащие взрывоопасные газы и пары, горючие и легковоспламеняющиеся жидкости (газгольдеры, цистерны и резервуары, сливно-наливные эстакады), отнесенные по ПУЭ к взрывоопасным зонам класса В-Iг.

I I I к а т е г о р и я – несколько вариантов зданий, в том числе: здания и сооружения с пожароопасными зонами классов П-I, П-II и П-IIа согласно ПУЭ; наружные технологические установки, открытые склады горючих веществ, где применяются или хранятся горючие жидкости с температурой вспышки паров выше 61 °С или твердые горючие вещества, отнесенные по ПУЭ к зоне класса П-III.

44. Молниеотводы: конструктивные типы и характеристика элементов. Аналитическая оценка параметров и графическое построение зон защиты.

Средством защиты от прямых ударов молнии служит молниеотвод –устройство, рассчитанное на непосредственный контакт с каналом молнии и отводящее ее ток в землю.

По типу молниеприемников молниеотводы делятся на стержневые,

тросовые и сеточные; по количеству и общей зоне защиты – на одиноч-

ные, двойные и многократные. Кроме того, различают молниеотводы от-

дельно стоящие, изолированные и не изолированные от защищаемого зда-

лее экономичен вариант установки стержневых или тросовых молниеприемников, в зону защиты которых входит весь объект. По этой причине укладка молниеприемной сетки рекомендуется на неметаллических кровлях с уклоном не более 1:8.

Иногда возвышающиеся элементы кровли снабжают молниеприемниками, соединенными с сеткой посредством сварки. На деревьях молниеприемником может служить выступающий конец токоотвода в виде петли на участке до 400 мм от верхней точки. Тросовый молниеприемник выполняют из стального многопроволочного и только оцинкованного троса диаметром до 7 мм (сечение не менее 35 мм2).

Токоотводы молниеотводов применяют для соединения молниеприемников с заземлителями из стали любого профиля. Их рассчитывают на пропускание полного тока молнии без нарушений и существенного перегрева. Они должны быть оцинкованы, пролужены или окрашены для предупреждения коррозии. Не рекомендуется применять многопроволочный стальной трос, если у него не оцинкована каждая нить. Наименьшее сечение токоотводов, выполненных из угловой и полосовой стали и расположенных вне сооружения на воздухе, равно 48 мм2, для расположенных внутри – 24 мм2, а круглые токоотводы должны иметь наименьший диаметр 6 мм. Токоотводами могут служить арматура железобетонных конструкций, направляющие лифтов, пожарные лестницы, водопроводные, водосточные и канализационные трубы, колонны, стенки резервуаров, электрически надежно связанные по всей длине. Соединения токоотводов, специальных и естественных, должны быть сварными (внахлест). Количество их необходимо резко ограничить. Болтовые соединения допускают только для объектов с III категорией устройства молниезащиты и тогда их не окрашивают, а лудят. С заземлителями токоотводы соединяют только сваркой, и площадь контакта во всех случаях не менее двух

Заземляющие устройства являются важнейшим элементом в ком-

плексе средств обеспечения защиты объектов от прямого удара молнии, заноса высоких потенциалов по коммуникациям и электростатической индукции. Основной частью их являются собственно заземлители, находящиеся в достаточно хорошо проводящей среде.

Заземлитель молниезащиты – один или несколько заглубленных в землю проводников, предназначенных для отвода в землю токов молнии или ограничения перенапряжений, возникающих на металлических корпусах, коммуникациях при близких разрядах молнии. Они бывают одиночными (простыми) или сложными (комбинированными). К первым относятся трубы, электроды из круглой, полосовой, угловой и листовой стали, железобетонные подножки и сваи, а сложные образуются из комбинаций простых. Одиночные делятся на сосредоточенные и протяженные. У первых потенциал практически по длине не изменяется, у вторых потенциалы начала и конца отличаются друг от друга вследствие большой длины электродов, малого их сечения, высокого удельного сопротивления материалов или высокой удельной проводимости грунта.

45.Особенности и требования к молниезащите зданий и сооружений различных категорий. Эксплуатация молниезащитных устройств.

Источник