Исследование подстанции 35/6 кВ №516 Лугинецкого нефтяного месторождения

Выключатели состоят из трех полюсов, установленных на металлическом корпусе, в котором размещаются электромагнитные приводы каждого полюса с магнитной защелкой, удерживающей выключатель неограниченно долго во включенном положении после прерывания тока в катушке электромагнита привода.

В основу его конструкции заложен принцип соосности электромагнита привода и вакуумной дугогасительной камеры в каждом полюсе выключателя. Такая компоновка выключателя позволяет существенно упростить кинематическую схему, отказаться от нагруженных узлов трения, что в свою очередь позволяет изготовить выключатель с механическим ресурсом 50 тыс. операций В - О, не требующий обслуживания в течение всего срока службы. [4]

Основные узлы выключателей на ток до 1000 А размещаются в закрытом изоляционном корпусе круглого сечения, выполненном из механически прочного и дугостойкого материала, защищающего элементы полюса от механических повреждений и воздействий электрической дуги тока КЗ.

Крепление выключателей к металлическим элементам КРУ и КСО осуществляется посредством болтов М10, резьбовые отверстия для которых имеются на боковых сторонах металлического корпуса. Выключатели могут работать в любом пространственном положении.

Выключатели на номинальный ток 1600 А конструктивно отличаются от выключателей на 630-1000 А устройством изоляционных корпусов, способом установки в них ВДК и способом крепления выключателей.

Изоляционные корпусы прямоугольного сечения открыты снизу и сверху для вентиляции воздуха и охлаждения токоведущих частей. С передней и задней сторон к корпусам крепятся изоляционные листы толщиной 10 мм для придания им необходимой жесткости. На противоположной стороне токоведущих выводов круглого сечения в полимерной части выключателя имеются закладные металлические втулки (6 шт.) с отверстиями под болт М16, с помощью которых выключатели устанавливаются на вертикальное металлическое основание приводом вниз или вверх. [4]

Разрез полюса выключателя представлен на рисунке 3.1. В состав полюса входят следующие основные элементы: ВДК 2 с неподвижным 1 и подвижным 3 контактами и сильфоном, гибкий токосъем, тяговый изолятор 5, токоведущие выводы и электромагнитный привод. Привод состоит из кольцевого электромагнита 13, якоря 12, катушки 11, пружин отключения 9 и дополнительного поджатия 10, тяги 15 устройства ручного отключения. Катушки электромагнита включены в цепь управления параллельно и используются для включения и отключения выключателя. [4]



Рисунок 3.1 - конструкция выключателя BB/TEL

Полюса механически связаны между собой промежуточным валом 8, на котором установлен кулачок для управления вспомогательными контактами, используемыми во внешних цепях (управления, сигнализации и др.). Выключатели, предназначенные для частых коммутационных операций, содержат в своей конструкции усиленный привод и камеру ВДК, которые не влияют на габаритные и присоединительные размеры. [4]

3.2.2 Принцип работы вакуумного выключателя BB/TEL

Гашение дуги переменного тока осуществляется в вакуумной дугогасительной камере (ВДК) при разведении контактов в глубоком вакууме (остаточное давление порядка 10-6мм рт. ст.). Носителями заряда при горении дуги являются пары металла. Из-за практического отсутствия среды в межконтактном промежутке, конденсация паров металла в момент перехода тока через естественный ноль осуществляется за чрезвычайно малое время (10-5с), после чего происходит быстрое восстановление электрической прочности ВДК. Электрическая прочность вакуума составляет порядка 30 кВ/мм, что гарантирует отключение тока при расхождении контактов более 1 мм. [4]

В отключенном положении подвижные части полюса удерживаются силой отключающей пружины 9 независимо от пространственного положения выключателя. Включение и отключение выключателя производится от блока управления (БУ), который является неотъемлемой частью ВВ.

При подаче команды включения БУ подает напряжение на катушку 11 электромагнита. Протекающий при этом ток создаёт магнитный поток в зазоре между якорем 12 и кольцевым магнитом 13, под действием которого якорь втягивается внутрь электромагнита и через тяговый изолятор 5, сжимая пружину отключения 9 и воздействуя на подвижный контакт 3, замыкает контакты ВДК.

Скорость замыкания контактов составляет около 1 м/с. Она является оптимальной для процесса включения и предупреждения дребезга контактов при включении.

Замыкание подвижного контакта с неподвижным происходит в момент, когда между якорем и верхней крышкой электромагнита остается зазор 2 мм. Проходя это расстояние, якорь сжимает пружину поджатия 10 и создает необходимое контактное нажатие. После замыкания магнитной системы якорь встает на магнитную защелку и удерживается в этом положении неограниченно долго за счет остаточной индукции кольцевого электромагнита 13. Общий ход якоря 8 мм, ход подвижного контакта 6 мм.

Запас по усилию удержания (сила, необходимая для отрыва якоря от верхней крышки электромагнита, приложенная вдоль оси привода), составляет 450-500 Н для одного полюса выключателя.

В случае обрыва цепи катушки электромагнита одного из полюсов выключатель не фиксируется во включенном положении и отключается, тем самым предупреждается работа выключателя в неполнофазном режиме.

В процессе включения ВВ якорь через кинематическую связь поворачивает вал 8 и установленный на нем кулачок, который управляет контактами вспомогательных цепей (микропереключателями).

Длительность подачи напряжения на катушку электромагнита устанавливается блоком управления и составляет 60 - 80 мс в зависимости от типа БУ. Она выбрана с запасом, поэтому момент размыкания геркона или микропереключателя в цепи управления включением не влияет на включающую способность привода и не требует наладки и проверки эксплуатационным персоналом.

Источником электрической энергии для включения ВВ служат предварительно заряженные малогабаритные конденсаторы, устанавливаемые в БУ (BU) или в блоке питания БП(ВР). [4]

При подаче команды отключения БУ подает на катушку электромагнита напряжение противоположной полярности и определенной длительности. При этом электромагнит частично размагничивается и якорь 12 снимается с магнитной защелки. Под действием пружины отключения и пружины дополнительного поджатия якорь разгоняется и наносит удар по тяговому изолятору, соединенному с подвижным контактом 3 вакуумной камеры. Ударное усилие, создаваемое якорем электромагнита, превышает 2000 Н, что позволяет отключать выключатель даже при наличии точечной сварки контактов, которая может иметь место при включении ВВ.

После удара подвижный контакт приобретает высокую стартовую скорость, необходимую для успешного отключения тока КЗ, и под действием отключающей пружины совместно с другими подвижными частями занимает конечное отключенное положение. [4]

Ручное отключение осуществляется путем воздействия на кнопку ручного отключения, которая через толкатель 15, шарнирно связанный с валом 8, воздействует через вал привода на якоря электромагнитов и разрывает магнитную систему. Кнопка ручного отключения, связанная с валом 8, может служить указателем положения выключателя.

Усилие на кнопке отключения при ударном воздействии составляет 200 - 250 Н.

Наличие в схеме управления выключателями батареи малогабаритных конденсаторов позволяет осуществлять автономное включение ВВ на обесточенной подстанции с помощью двух стандартных элементов питания 9 В, подключая их к низковольтному входу БУ. Имеющийся в БУ или блоке питания преобразователь повышает напряжение питания до необходимого и заряжает в течение короткого времени (менее 1 мин) батарею конденсаторов, после чего выключатель готов к выполнению операции "В" или "ВО".

Управление выключателем осуществляется от предварительно заряженной конденсаторной батареи путем разряда ее на катушки электромагнитов. На этом принципе построен конденсаторный привод, которым укомплектован выключатель.

Конденсаторный привод BB/TEL является связующим звеном (интерфейсом) между вакуумным выключателем серии BB/TEL и устройствами РЗиА.

Модернизация может производиться:

- на выкатном элементе КРУ путем замены старого выключателя и установки выключателя BB/TEL при помощи комплекта адаптации;

- в ячейках КСО путем замены старого выключателя и установки BB/TEL с помощью комплекта адаптации;

- в шкафах КРУ путем полной замены выкатного элемента. [4]

4. Расчет рабочих и аварийных режимов подстанции

Поскольку перспективный по нефтедобыче район начинает осваиваться, то необходимо обеспечить качественное электроснабжение в динамике роста электронагрузок. В связи с этим возникает задача разработки мероприятий по обеспечению пропускной способности существующих сетей 6 кВ. В связи с этим требуется выполнить расчет режимов с целью оценки намеченной динамики развития электроснабжения, которая моделируется в форме роста электрических нагрузок на ПС 35/6 кВ №516.

Текущая загрузка подстанций 6 кВ нефтяных месторождений представлена в таблице 4.1 в виде токов на секциях шин 6/0,4 кВ, но для расчета режимов данную нагрузку необходимо представить в виде нагрузок активной и реактивной мощности.

Для нахождения активной и реактивной мощностей используем расчеты:

(4.1)

где - номинальный ток трансформатора, А;

- номинальная мощность трансформатора, кВА;

- номинальное напряжение, кВ;

(4.2)

где - коэффициент загрузки по току;

- ток замеров, А;

 (4.3)

где - мощность нагрузки;

(4.4)

где - активная мощность, кВт;

(4.5)

где - реактивная мощность, кВАр.

В таблице 4.1 представлены зимние замеры, которые будем считать максимальными. Минимальные замеры (летние) отличаются от максимальных на 5-10 процентов (не более) вследствие того, что нагрузка на нефтяных нефтепромыслах практически постоянна. Отличие заключается в том, что в зимнее время увеличение нагрузки происходит вследствие увеличения потребления электроэнергии на обогрев оборудования, производственных и жилых помещений, техники т.д. Отличие максимальных и минимальных нагрузок будем считать 5 процентов.

Таблица 4.1 - Замеры токов нагрузок потребителей

Подстанция	№ скважины	Тип технологической установки	Мощность, кВт	Ток нагрузок, А
КТПН 6/0,4 №97	-	ДНС	12	10
КТПН 6/0,4 №100	186	ЭЦНА 5 ЭЦНА 5	56 63	85 96
КТПН 6/0,4 №89	183	ЭЦНА 5	56	91
КТПН 6/0,4 №99	-	Столовая	25	50
КТПН 6/0,4 №98	-	КУУН	63	112
КТПН 6/0,4 №101	-	Котельная	56	98
КТПН 6/0,4 №90	184	ЭЦНА 5 ЭЦНА 5	45 56	62 85
КТПН 6/0,4 № б/н	-	НЭН	250	150
КТПН 6/0,4 №91	-	УПН	150	120
КТПН 6/0,4 №92	181	ЭЦНА 5	63	98
КТПН 6/0,4 №15	15	ЭЦНА 5 ЭЦНА 5	45 45	54 57
КТПН 6/0,4 №16	18	ЭЦНА 5 ЭЦНА 5	56 45	87 58
КТПН 6/0,4 №17	17	ЭЦНА 5	70	107
КТПН 6/0,4 №18	87	ЭЦНА 5 ЭЦНА 5	63 56	94 85
КТПН 6/0,4 №19	86	ЭЦНА 5	63	97
КТПН 6/0,4 №20	16	ЭЦНА 5 ЭЦНА 5	56 45	78 54
КТПН 6/0,4 №21	88	ЭЦНА 5 ЭЦНА 5	56 56	90 88
КТПН 6/0,4 №22	89	ЭЦНА 5	63	97

Таблица 4.2 - Активные и реактивные мощности минимальных и максимальных нагрузок

Наименование Подстанции	кВт	кВАр	кВт	кВАр
	max	max	Min	Min
КТПН 6/0,4 №97	12	4,8	11,40	4,56
КТПН 6/0,4 №100	119	47,6	113,05	45,22
КТПН 6/0,4 №89	56	22,4	53,20	21,28
КТПН 6/0,4 №99	25	10	23,75	9,5
КТПН 6/0,4 №98	63	25,2	59,85	23,94
КТПН 6/0,4 №101	56	22,4	53,20	21,28
КТПН 6/0,4 №90	101	40,4	95,95	38,38
КТПН 6/0,4 № б/н	250	100	237,50	95
КТПН 6/0,4 №91	150	60	142,50	57
КТПН 6/0,4 №92	63	25,2	59,85	23,94
КТПН 6/0,4 №15	90	36	85,50	34,2
КТПН 6/0,4 №16	101	40,4	95,95	38,38
КТПН 6/0,4 №17	70	28	66,50	26,6
КТПН 6/0,4 №18	119	47,6	113,05	45,22
КТПН 6/0,4 №19	63	25,2	59,85	23,94
КТПН 6/0,4 №20	101	40,4	95,95	38,38
КТПН 6/0,4 №21	112	44,8	106,40	42,56
КТПН 6/0,4 №22	63	25,2	59,85	23,94

5. Производственная и экологическая безопасность

5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

При работе на ПС №516 на человека оказывает воздействие ряд опасных и вредных производственных факторов. Их воздействие и меры защиты регламентируются инструкциями по охране труда. Согласно нормативным документам на ПС №516 имеют место следующие опасные и вредные производственные факторы.

Основную опасность при работе в электроустановках представляет собой поражение человека электрическим током, вызывающее электротравмы различной степени тяжести вплоть до смертельного исхода. Для защиты от поражения электрическим током используются индивидуальные и групповые средства.

При эксплуатации электрооборудования подстанции возможно проведение работ на высоте, что чревато возможностью получения травмы. Для предотвращения несчастных случаев следует соблюдать правила работы на высоте.

Из-за наличия работающего электрооборудования высокого напряжения на подстанции, а также при проведении работ, на подстанции наблюдается повышенный уровень шума, что является вредным производственным фактором. Для снижения воздействия шума следует использовать индивидуальные защитные средства.

Повышенная температура поверхности оборудования представляет собой опасность получения ожогов. Во избежание подобных травм следует применять защитные средства и соблюдать правила эксплуатации оборудования.

Электролит в аккумуляторных батареях представляет собой опасность получения химических ожогов. При работе в помещении аккумуляторной батареи требуется соблюдать осторожность и при необходимости использовать защитные средства.

Повышенная и пониженная температура воздуха ухудшают самочувствие человека, снижая его работоспособность и притупляя восприятие, а также могут явиться причиной травмы. При работе на подстанции следует применять спецодежду, соответствующую температуре окружающего воздуха.

Наличие в воздухе твёрдых частиц пыли и металла представляет опасность попадания в глаза. При работе в загрязнённом воздухе следует применять средства для защиты глаз.

5.2 Производственный шум и борьба с ним

Шумом называются любые нежелательные для человека звуки, мешающие труду или отдыху и создающие акустический дискомфорт. Звук, или звуковые волны, - это механические колебания, распространяющиеся в твердых, жидких и газообразных средах под воздействием возмущения. Пространство, в котором присутствуют звуковые волны, называется звуковым полем.

Повышенный уровень шума на рабочем месте является одним из наиболее распространенных вредных и опасных производственных факторов. В условиях сильного шума возникает опасность снижения и потери слуха, которая во многом обусловлена индивидуальными особенностями человека. Некоторые люди теряют слух даже после непродолжительного воздействия шума сравнительно умеренной интенсивности, у других даже сильный шум при длительном воздействии не приводит к потере слуха. С действием шума связан ряд профессиональных заболеваний (нервные и сердечно-сосудистые заболевания, язвенная болезнь, тугоухость и др.). Шум оказывает вредное воздействие на центральную и вегетативную нервную систему, вызывая переутомление и истощение клеток коры головного мозга. Снижая общую сопротивляемость организма, шум способствует развитию инфекционных заболеваний. В условиях шума понижается внимание, нарушается координация движений, ухудшается работоспособность, что создает угрозу возникновения несчастного случая. Кроме того, шум в помещении не позволяет расслышать сигналы опасности, определить на слух сбои в работе оборудования и механизмов, что может привести к аварии и человеческим жертвам.

В производственных условиях источниками шума являются работающие станки и механизмы, ручные механизированные инструменты, электрические машины, компрессоры, кузнечно-прессовое, подъемно-транспортное, вспомогательное оборудование (вентиляционные установки, кондиционеры) и т.д. По характеру спектра шумы подразделяются на широкополосные и тональные. По временным характеристикам шумы подразделяются на постоянные и непостоянные. В свою очередь непостоянные шумы подразделяются на колеблющиеся во времени, прерывистые и импульсные.

В качестве характеристик постоянного шума на рабочих местах, а также для определения эффективности мероприятий по ограничению его неблагоприятного влияния, принимаются уровни звукового давления в децибелах (дБ) в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц. В качестве общей характеристики шума на рабочих местах применяется оценка уровня звука в дБ(А), представляющая собой среднюю величину частотных характеристик звукового давления.

Основные мероприятия по борьбе с шумом - это технические мероприятия, которые проводятся по трем главным направлениям:

- устранение причин возникновения шума или снижение его в источнике;

- ослабление шума на путях передачи;

- непосредственная защита работающих.

Наиболее эффективным средством снижения шума является замена шумных технологических операций на малошумные или полностью бесшумные. Одним из наиболее простых технических средств борьбы с шумом на путях передачи является звукоизолирующий кожух, который может закрывать отдельный шумный узел машины. Значительный эффект снижения шума от оборудования дает применение акустических экранов, отгораживающих шумный механизм от рабочего места или зоны обслуживания машины. Применение звукопоглощающих облицовок для отделки потолка и стен шумных помещений приводит к изменению спектра шума в сторону более низких частот, что даже при относительно небольшом снижении уровня существенно улучшает условия труда. Безусловно, в некоторых случаях можно ограничиться средствами индивидуальной защиты работника.

Обычные мероприятия по защите от шума малоэффективны в отношении инфразвука. Инфразвук - это колебания с частотами ниже слышимых человеком. Их верхняя граница находится в пределах 16...25 Гц, а нижняя не определена. Имея большую длину волны, инфразвуковые колебания очень слабо поглощаются в атмосфере и легче огибают препятствия, чем колебания с более высокой частотой. Характерная особенность инфразвука - очень малое поглощение в различных средах, что затрудняет борьбу с ним. Инфразвук проходит даже через самые толстые стены и распространяется на большие расстояния.

Производственный инфразвук возникает за счет тех же процессов, что и шум слышимых частот. Наибольшую интенсивность инфразвуковых колебаний создают машины и механизмы, имеющие поверхности больших размеров, совершающие низкочастотные механические колебания (инфразвук механического происхождения) или турбулентные потоки газов и жидкостей (инфразвук аэродинамического или гидродинамического происхождения). Максимальные уровни низкочастотных акустических колебаний от промышленных и транспортных источников достигают 100-110 дБ.

Исследования биологического действия инфразвука на организм показали, что при уровне от 110 до 150 дБ и более он может вызывать у людей неприятные субъективные ощущения и многочисленные реактивные изменения, к числу которых следует отнести изменения в центральной нервной, сердечно-сосудистой и дыхательной системах, вестибулярном анализаторе. Имеются данные о том, что инфразвук вызывает снижение слуха преимущественно на низких и средних частотах. Выраженность этих изменений зависит от уровня интенсивности инфразвука и длительности действия фактора.

Нормируемыми характеристиками инфразвука на рабочих местах являются уровни звукового давления в децибелах в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 2, 4, 8, 16 Гц. Допустимыми уровнями звукового давления являются 105 дБ в октавных полосах 2, 4, 8, 16 Гц и 102 дБ в октавной полосе 31,5 Гц. Для непостоянного инфразвука нормируемой характеристикой является общий уровень звукового давления.

Ультразвук - неслышимый человеческим ухом звук частотой свыше 18 кГц Ультразвук весьма сильно поглощается газами и значительно слабее - жидкостями. Ультразвуковой диапазон частот условно делится на низкочастотный (12... 100 кГц) и высокочастотный (100 кГц...1 ГГц), которые оказывают различное воздействие на организм человека.

Длительное систематическое воздействие ультразвука, распространяющегося воздушным путем, вызывает изменения нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, слухового и вестибулярного анализаторов. Наиболее характерным является наличие вегетососудистой дистонии и астенического синдрома. Меры предупреждения неблагоприятного действия ультразвука на организм человека состоят, в первую очередь, в проведении мероприятий технического характера. К ним относятся: создание автоматизированного ультразвукового оборудования с дистанционным управлением; использование по возможности маломощного оборудования, что способствует снижению интенсивности шума и ультразвука на рабочих местах на 20-40 дБ; размещение оборудования в звукоизолированных помещениях или кабинетах с дистанционным управлением; оборудование звукоизолирующих устройств, кожухов, экранов из листовой стали или дюралюминия, покрытых резиной, противошумной мастикой и другими материалами. При проектировании ультразвуковых установок целесообразно использовать рабочие частоты, наиболее удаленные от слышимого диапазона - не ниже 22 кГц.

Если по производственным причинам невозможно снизить уровень интенсивности шума и ультразвука до допустимых значений, необходимо использование средств индивидуальной защиты - противошумов, резиновых перчаток с хлопчатобумажной прокладкой.

Степень восприятия низкочастотного ультразвука зависит от его интенсивности, длительности и размеров области организма, подвергнутой воздействию ультразвука. Для индивидуальной защиты от ультразвука используют противошумы (звуковые колебания в противофазе), наушники, резиновые перчатки. Мерами защиты от ультразвука служат звукоизолирующие материалы, кожухи, экраны, звукопоглощающие устройства. При контакте с ультразвуком более 50% рабочего времени рекомендуются перерывы продолжительностью 15 мин через каждые 1,5 часа работы. Значительный эффект дает комплекс физиотерапевтических процедур - массаж, УФ-облучение, водные процедуры, витаминизация и др.

Вибрация - это механическое колебательное движение системы с упругими связями. Она возникает, например, при эксплуатации транспортных средств и оборудования; используется для производственных целей для выполнения технологических операций (уплотнение материалов, забивка свай в грунт, разгрузка транспортных средств и др.). Вызывает быструю утомляемость и заболевания людей. Наиболее чувствителен организм к частотам от 200 до 250 Гц. Особенно опасны колебания в диапазоне 6...9 Гц, так как внутренние органы человека имеют такую же собственную частоту. При совпадении собственных частот с внешними резко нарастает амплитуда вынужденных колебаний. Это явление называется резонансом. Воздействие общей вибрации в резонансной зоне весьма опасно, так как может стать причиной повреждения внутренних органов человека. Резонанс также приводит к расстройству зрительного восприятия.

Наиболее действенным средством защиты человека от вибрации является устранение непосредственно его контакта с вибрирующим оборудованием. Осуществляется это путем применения дистанционного управления, промышленных роботов, автоматизации и замены технологических операций. Снижение неблагоприятного действия вибрации ручных механизированных инструментов на оператора достигается путем технических решений:

- уменьшением интенсивности вибрации непосредственно в источнике (за счет конструктивных усовершенствований);

- средствами внешней виброзащиты, которые представляют собой упругодемпфирующие материалы и устройства, размещенные между источником вибрации и руками человека-оператора.

В комплексе мероприятий важная роль отводится разработке и внедрению научно обоснованных режимов труда и отдыха. Например, суммарное время контакта с вибрацией не должно превышать 2/3 продолжительности рабочей смены; рекомендуется устанавливать 2 регламентируемых перерыва для активного отдыха, проведения физиопрофилактических процедур, производственной гимнастики по специальному комплексу. В целях профилактики неблагоприятного воздействия локальной и общей вибрации работающие должны использовать средства индивидуальной защиты, рукавицы или перчатки.

5.3 Электробезопасность на подстанции

Опасность поражения людей электрическим током на производстве обусловлена несоблюдением мер предосторожности, а также отказом или неисправностью электрического оборудования. Следствием этого могут быть местные и общие нарушения в организме. Местные нарушения могут варьироваться от незначительных болевых ощущений до тяжелых ожогов с обгоранием и обугливанием отдельных частей тела. Общие нарушения вызывают сбои в функционировании центральной нервной системы, органов дыхания и кровообращения. При этом наблюдаются обмороки, потеря сознания, расстройства речи, судороги, нарушение дыхания вплоть до остановки. При тяжелых поражениях электрическим током может наступить мгновенная смерть.

По характеру воздействия различают биологическое, тепловое, механическое и химическое действие электрического тока. Биологическое действие проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей организма (судороги). Тепловое действие вызывает ожоги отдельных участков тела, нагрев кровеносных сосудов и нервных волокон. Внешнее проявление ожогов начинается с покраснения кожи и образования пузырей с жидкостью до почернения и обугливания кожи и мягких тканей. Механическое действие связано с сильным сокращением мышц вплоть до их разрыва, вывихом суставов и даже повреждением костей. Химическое действие тока приводит к электролизу (разложению) крови, межтканевой и других жидкостей организма.

Опасность электрического тока как поражающего фактора состоит в том, что его присутствие не ощущается органами чувств человека. Только в момент прикосновения тела человека к источнику электрического напряжения и возникновения поражающего воздействия организм начинает ощущать болевые проявления от протекания тока. Степень вредного воздействия электрического тока на человека при его поражении зависит от индивидуальных особенностей организма, общего электрического сопротивления тела (электропроводности), напряжения и рода тока, пути прохождения тока через тело человека, продолжительности воздействия, условий внешней среды (температура, влажность, запыленность) и других факторов. Тяжесть поражения человека пропорциональна силе тока, прошедшего через его тело. Сила тока зависит от приложенного напряжения и электрического сопротивления организма.

Общее электрическое сопротивление организма складывается из сопротивлений участков тела, расположенных на пути тока. Отдельные части тела обладают различной электропроводностью: ее наименьшее значение свойственно верхнему слою кожи, в котором отсутствуют нервные окончания и кровеносные сосуды (его сопротивление составляет до 100 кОм), более высокой электропроводностью обладают костные, нервные, мышечные ткани и жидкости. При расчетах значения сопротивления человеческого организма принимают равными 1 кОм при напряжении 50 В и выше и 6 кОм - при напряжении 36 В. В связи с большими различиями значений сопротивления тканей человека и невозможностью заранее предвидеть место контакта тела человека с токоведущей частью оборудования определить поражающую силу тока невозможно. Поэтому для оценки безопасных условий исходят из допустимого напряжения. Безопасным напряжением считают 36 В (для светильников местного стационарного освещения, переносных светильников и электроинструмента в помещениях с повышенной опасностью) и 12 В (для переносных светильников при работе внутри металлических резервуаров, котлов, в осмотровых канавах). Однако и такие напряжения в определенных ситуациях могут представлять опасность для жизни и здоровья работающих. При электросварочных работах используют напряжение 65 В.

Безопасные уровни напряжения получают, преобразуя напряжение осветительной сети с помощью понижающих трансформаторов. Распространить применение безопасного напряжения на все электрические устройства не представляется возможным, так как уменьшение рабочего напряжения ведет к снижению мощности, что экономически неоправданно.

В производственных процессах используются два рода тока - постоянный и переменный. Они оказывают различное воздействие на организм при напряжениях до 500 В. Опасность поражения постоянным током меньше, чем переменным. Переменный ток с повышением частоты менее опасен. Наибольшую опасность представляет ток частотой 50 Гц, которая является стандартной для отечественных электрических сетей. Продолжительность воздействия тока часто является фактором, от которого зависит исход поражения. Чем длительнее воздействует электрический ток на организм, тем тяжелее последствия.

Условия внешней среды, окружающей человека в ходе производственной деятельности, могут повысить опасность поражения электрическим током. Например, работа в жарких и сырых помещениях с большими энергозатратами приводит к повышенному потовыделению и к уменьшению сопротивления поверхностного слоя кожи. Стесненный характер помещений увеличивает вероятность случайного прикосновения к токопроводящим частям оборудования. Металлический или другой токопроводящий пол также создает повышенную электроопасность.

По степени воздействия на человека различают три пороговых значения тока: ощутимый, неотпускающий и фибрилляционный. Ощутимым называют электрический ток, который при прохождении через организм вызывает ощутимое раздражение. Неотпускающим считают ток, который при прохождении через человека вызывает непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, ноги или других частей тела, соприкасающихся с токоведущим проводником. Фибрилляционным является ток, вызывающий при прохождении через организм фибрилляцию сердца - разновременное и разрозненное сокращение отдельных мышечных волокон сердца и паралич дыхания.

По степени опасности поражения человека током все помещения делят на три класса: помещения без повышенной опасности, с повышенной опасностью и особо опасные помещения. Помещения без повышенной опасности характеризуются нормальными температурой и влажностью, отсутствием пыли и наличием нетокопроводящих полов.

В таких помещениях можно пользоваться электрифицированным инструментом напряжением до 220 В. К помещениям без повышенной опасности относятся рабочие комнаты административно-управленческого персонала, вычислительные центры, приборные участки, диспетчерские, инструментальные и др. Помещения с повышенной опасностью имеют либо повышенную относительную влажность воздуха, длительно превышающую 75 %, либо температуру, постоянно или периодически превышающую 35 °С, либо технологическую токопроводящую пыль, оседающую на проводах и внутри электрических машин и аппаратов, либо токопроводящие металлические, земляные, железобетонные или кирпичные полы. Такие условия встречаются в производственных помещениях транспортных организаций: зонах технического обслуживания и ремонта, кузнечно-рессорных, сварочных, термических, вулканизационных и других отделениях.

Особо опасные помещения характеризуются наличием двух или более условий, относящихся к помещениям с повышенной опасностью, или чрезмерной влажностью, достигающей 100 % и постоянно вызывающей образование конденсата внутри помещения, или наличием агрессивных паров, газов, жидкостей, действующих разрушающе на изоляцию и токоведущие части электрооборудования. В транспортных организациях особо опасными считаются места хранения топливо-смазочных материалов, аккумуляторные, малярные отделения, склады для хранения опасных грузов.

Для обеспечения безопасности жизнедеятельности при обслуживании электроустановок и надежности работы необходимы точное соблюдение правил технической эксплуатации электроустановок и проведение мероприятий по защите от электротравматизма. Одним из таких направлений является применение безопасного напряжения - 12 или 36 В. Для его получения используют понижающие трансформаторы, которые включают в стандартную сеть напряжением 220 или 380 В.

В целях уменьшения опасности поражения человека электрическим током применяют малое номинальное напряжение - не выше 42 В. Оно используется для питания ручного электрифицированного инструмента, переносных светильников и местного освещения в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных помещениях. Однако и низкое напряжение не гарантирует безопасности, поэтому должны приниматься и другие меры защиты. По условиям электробезопасности электрические устройства разделены по напряжению: до 1 кВ включительно, выше 1 кВ, а также устройства с низким напряжением, не превышающим 42 В.

Для защиты от случайного прикосновения человека к токоведущим частям электроустановок используют ограждения в виде переносных щитов, стенок или экранов, размещаемых в непосредственной близости от опасного оборудования или открытых токоведущих шин. Ограждения создают помехи для неконтролируемого перемещения работающего и исключают возможность его попадания в опасную зону. Другой прием для предупреждения случайных электротравм состоит в размещении опасных или незащищенных электрических проводов на недоступной высоте в помещении.

Важное значение для защиты от случайных прикосновений имеет изоляция токоведущих частей и деталей электрооборудования. Сопротивление изоляции зависит от напряжения сети. В сетях с напряжением ниже 1 кВ оно должно быть не менее 0,5 МОм. Различают рабочую, двойную и усиленную рабочую изоляцию. Приборы и электрические устройства всегда имеют рабочую изоляцию, обеспечивающую их нормальное функционирование и защиту от поражения электрическим током. Для повышения надежности и электробезопасности оборудования используют двойную изоляцию, состоящую из рабочей и дополнительной. Сопротивление двойной изоляции должно быть не менее 5 МОм, что в 10 раз превышает сопротивление рабочей. В некоторых ответственных электрических устройствах применяют усиленную рабочую изоляцию, обеспечивающую такую же степень защиты, как и двойная изоляция.

Для защиты людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции, используют защитное заземление или зануление.

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение металлического корпуса электроустановки с землей или ее эквивалентом (водопроводные трубы, железобетонные балки, расположенные в земле). Занулением называется преднамеренное электрическое соединение при помощи нулевого защитного проводника металлических частей электрического устройства, которые в обычном режиме не находятся под напряжением, но могут под него попасть, с заземленным нулевым проводом источника питания. Защитное заземление и зануление следует выполнять во всех случаях при номинальном напряжении переменного тока 380 В и выше. При проведении работ с повышенной опасностью и особо опасных работ защитное заземление и зануление выполняют, начиная с малых напряжений, а во взрывоопасных помещениях независимо от значения напряжения.

Основным средством борьбы со статическим электричеством на всех объектах является применение заземляющих устройств Они позволяют снизить разность потенциалов между объектом и землей до нуля и тем самым исключить возможность накопления опасного потенциала. Для гарантии надежности заземления сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 100 Ом. Эффективным средством защиты от статического электричества является увлажнение помещений. Установлено, что при относительной влажности 70 % накопления электростатических зарядов на поверхностях не происходит.

Рассмотренные направления деятельности по обеспечению электробезопасности должны осуществляться в комплексе с использованием средств коллективной и индивидуальной защиты. Последние защищают людей, работающих с электроустановками, от поражения электрическим током, воздействия электрической дуги или электромагнитного поля.

5.4 Мероприятия по обеспечению пожаробезопасности

Пожарная безопасность объекта - это такое его состояние, при котором исключается возможность возникновения и развития пожаров, а также воздействия на людей опасных факторов пожара и обеспечивается защита материальных ценностей. Опасными факторами пожара являются факторы, которые приводят к травмам, отравлениям или гибели людей, большому материальному ущербу (открытый огонь и искры, высокая температура воздуха, токсичные продукты горения, дым, пониженное содержание кислорода в воздухе, обрушение перекрытий и стен зданий, сооружений, взрыв).

Пожарная безопасность обеспечивается системами предотвращения пожаров и противопожарной защиты, включающими в себя комплекс организационно-технических мероприятий и средств. При обеспечении пожарной безопасности необходимо руководствоваться Правилами пожарной безопасности в Российской Федерации, а также стандартами, строительными нормами и правилами, нормами технологического проектирования и другими нормативными документами в этой области.

Руководитель обязан обеспечить противопожарный режим согласно требованиям Правил пожарной безопасности в Российской Федерации и соответствующих отраслевых документов; назначить лиц, ответственных за пожарную безопасность на территории и в производственных помещениях подстанции, а также на местах стоянок подвижного состава; проверять не реже одного раза в квартал состояние пожарной безопасности подстанции, наличие и исправность технических средств противопожарной защиты, боеготовность объектовой пожарной охраны и добровольной пожарной дружины; организовывать проведение противопожарного инструктажа и занятий по пожарно-техническому минимуму.

Содержание территории подстанции должно соответствовать требованиям правил пожарной безопасности. Строительство временных зданий и сооружений, а также складов топливо-смазочных материалов на территории подстанции не допускается без согласования с органами государственной противопожарной службы. Запрещается загрязнять территорию отработавшими топливо-смазочными материалами. В здании подстанции запрещается курить в местах, специально не отведенных для этого; производить работы с применением открытого огня в непредусмотренных местах; пользоваться открытым огнем для освещения, проведения ремонтных и других работ; оставлять в подвижном составе промасленные обтирочные материалы и спецодежду по окончании работы.

По степени пожароопасности все вещества и материалы оцениваются по их воспламеняемости и горючести. Воспламеняемость - это способность вещества возгораться под действием источника зажигания. Горючесть - способность вещества к самостоятельному горению после воспламенения. Негорючими являются вещества, не способные к горению; трудногорючими - способные гореть под действием источника зажигания, но гаснущие после его удаления; горючими - вещества, которые продолжают гореть после удаления источника зажигания. К легковоспламеняющимся веществам относятся те, которые могут воспламеняться при кратковременном воздействии слабого источника зажигания (пламя спички, искра, накаленный электропровод и т.п.). Трудновоспламеняющимися считают вещества, воспламеняющиеся под действием мощного источника зажигания.

Газы, жидкости и твердые вещества имеют различные температурные пределы воспламенения в воздухе, по которым их причисляют к разным классификационным группам. Например, горючие газы и пары, не способные гореть в воздухе при температуре до 900 °С, относят к негорючим; неметаллические твердые вещества - также к негорючим, если при нагревании до температуры 750 °С они не горят и не выделяют теплоты, достаточной для самовоспламенения.

Для обеспечения пожаробезопасности на подстанции установлена насосная станция пожаротушения. Также доступными средствами пожаротушения являются различные виды огнетушителей, дымовые, световые и комбинированные извещатели. Нормами пожарной безопасности предусматривается ежегодная проверка огнетушителей или их перезарядка.

5.5 Защита электрооборудования подстанции от атмосферных и внутренних перенапряжений

Напряжение, сколь угодно длительное приложение которого безопасно для электрооборудования, называется максимальным рабочим напряжением. Любое превышение этого уровня напряжения в той или иной степени в зависимости от длительности опасно для изоляции и называется перенапряжением.

Перенапряжения подразделяют на атмосферные (грозовые) и внутренние. Атмосферные перенапряжения возникают при ударе молнии в электроустановку (перенапряжение прямого удара) или вблизи неё в землю (индуцированные). Внутренние перенапряжения подразделяются на резонансные, возникающие в результате изменения соотношений между индуктивностями и ёмкостями цепи при неблагоприятном сочетании схемы, параметров и режима сети, и коммутационные. Важнейшие виды коммутационных перенапряжений: при плановых включениях и отключениях ненагруженных линий, реакторов и ненагруженных трансформаторов; при аварийных разрывах электрической цепи в процессе ликвидации короткого замыкания или асинхронного хода. В сетях с изолированной или компенсированной нейтралью возникают перенапряжения при дуговых однофазных замыканиях на землю.

Электротехнические установки напряжением выше 1 кВ согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) разделяются на установки с большими токами замыкания на землю (сила тока однофазного замыкания на землю превышает 500 А) и установки с малыми токами замыкания на землю (сила тока однофазного замыкания на землю меньше или равна 500 А).

В установках с большими токами замыкания на землю нейтрали присоединены к заземляющим устройствам непосредственно или через малые сопротивления. Такие установки называются установками с глухозаземленной нейтралью.

В установках, имеющих малые токи замыкания на землю, нейтрали присоединены к заземляющим устройствам через элементы с большими сопротивлениями. Такие установки называются установками с изолированной нейтралью. В установках с глухозаземленной нейтралью всякое замыкание на землю является коротким замыканием и сопровождается большим током. В установках с изолированной нейтралью замыкание одной из фаз на землю не является коротким замыканием (КЗ). Прохождение тока через место замыкания обусловлено проводимостями (в основном, емкостными) фаз относительно земли.

Выбор режима нейтрали в установках напряжением выше 1 кВ производится при учете следующих факторов: экономических, возможности перехода однофазного замыкания в междуфазное, влияние на отключающую способность выключателей, возможности повреждения оборудования током замыкания на землю, релейной защиты и др.

В электрических сетях РАО ЕЭС России приняты следующие режимы работы нейтрали:

- электрические сети с номинальными напряжениями 6...35 кВ работают с малыми токами замыкания на землю;

- при небольших емкостных токах замыкания на землю - с изолированными нейтралями;

- при определенных превышениях значений емкостных токов - с нейтралью, заземленной через дугогасящий реактор.

Если в одной из фаз трехфазной системы, работающей с изолированной нейтралью, произошло замыкание на землю, то напряжение ее по отношению к земле станет равным нулю, а напряжение остальных фаз по отношению к земле станет равным линейному, т. е. увеличится в 3 раза. Ток замыкания на землю будет небольшим, поскольку вследствие изоляции нейтрали отсутствует замкнутый контур для его прохождения. Ток замыкания на землю в системе с изолированной нейтралью будет небольшим и не вызовет аварийного отключения линии. Таким образом, изоляция нейтрали источника питания обеспечивает надежность электроснабжения, так как не отражается на работе потребителей.

Повышение напряжения по отношению к земле в неповрежденных фазах при наличии слабых мест в изоляции этих фаз может вызвать междуфазное короткое замыкание. Кроме того, напряжение в неповрежденных фазах повышается в 3 раза, следовательно, требуется выполнять изоляцию всех фаз на линейное напряжение, что приводит к удорожанию машин и аппаратов. Поэтому, хотя и разрешается работа сети с изолированной нейтралью при замыкании фазы на землю, его требуется немедленно обнаружить и устранить.

Для ограничения перенапряжений оптимальным средством для осуществления этого процесса являются нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН). Нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН) это аппараты, способные обеспечить глубокое ограничение грозовых и внутренних перенапряжений. Ограничитель перенапряжений (ОПН) представляет собой колонку высоколинейных резисторов, заключенных в герметизированный корпус. Корпус ограничителя перенапряжений (ОПН) обеспечивает заданную механическую прочность и изоляционные характеристики.

Ограничители перенапряжений (ОПН) для внутренней установки выпускаются в полимерном изоляционном корпусе. Ограничители перенапряжений (ОПН), предназначенные для наружной установки, выпускаются в корпусе с оболочкой из кремнийорганической резины. Применение покрытия из кремнийорганической резины препятствует разрушительному воздействию солнечной радиации на покрышку ограничителя перенапряжений (ОПН) и усиливает ее гидрофобность.

По принципу работы ограничители перенапряжений (ОПН) представляют собой разрядники без искровых промежутков. Ограничители перенапряжений (ОПН) подключаются напрямую к сети - это является особенностью их эксплуатации. В нормальном рабочем режиме ток через ограничитель перенапряжений (ОПН) носит емкостной характер и составляет десятые доли миллиампера. При возникновении волн перенапряжений резистор ограничителя перенапряжений (ОПН) переходит в проводящее состояние и ограничивает дальнейшее нарастание напряжения на выводах. Когда перенапряжение снижается, ограничитель перенапряжений (ОПН) возвращается в непроводящее состояние.

По сравнению с вентильными разрядниками, пришедшие им на смену ограничители перенапряжений обладают массой преимуществ, среди которых эффективность, высокое быстродействие, взрывобезопасность, малые габариты и многие другие. Так как ограничители перенапряжений (ОПН) не имеют искрового промежутка, то при их срабатывании не происходит износа контактов, а, следовательно, ОПН в течение всего срока службы не требуют обслуживания и контроля параметров.

5.6 Расчет защитного заземления

Защитным заземлением называется преднамеренное соединение с землей или ее эквивалентом металлических частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением при повреждении изоляции и контакта их с токоведущими частями. Назначение защитного заземления в том, чтобы создать между металлическими частями (конструкциями) или корпусом защищаемого устройства и землей электрического соединения достаточно малого сопротивления (конкретные значения для различных условий определены ПУЭ).

В установках до 1000 В применяют систему заземления при которой заземленные проводники соединяются с заземленной нейтралью. Наличие такого соединения превращает замыкание токоведущих частей на заземленные части установки в короткое замыкание из-за чего происходит отключение аварийного участка защитным аппаратом ГОСТ 12.1.030-86. Из сказанного следует, что целью устройства защитного заземления является:

- установках с изолированной нейтралью - обеспечение безопасной величины тока протекающего через тепло человека при замыканиях фазы сети на заземленные участки;

- установках с заземленной нейтралью - обеспечение возможности автоматического отключения поврежденного участка сети при таких же замыканиях, что и в предыдущем пункте.

Согласно ПУЭ, в электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью, сопротивление заземляющего устройства R_З.У. должно иметь максимальную величину R_З.У. 4 Ом, не более.

Рассчитаем систему заземления по следующим исходным данным: Заземление необходимо выполнить для выключателя имеющего номинальное U=10 kB. Для заземлителей используя стальные трубы 4,5 см., с толщиной стенок 3,5 мм длиной 2,5 м.

Вертикально установленные трубы соединяются стальной лентой 48х4 мм. Заземлители располагаются по контуру. Характер грунта в месте установки заземлителей суглинок.

Расчет производится в следующем порядке:

1. Трубчатые заземлители устанавливаются в земле на глубине (от поверхности земли до верхнего конца трубы) = 0,7 м, а величину расстояния между трубами примем равной 3 длинам заземлителя: а=3•l=3•2,5=7,5 м. Верхние концы заземлителей соединим с помощью полосовой стали.

2. По исходным данным в соответствии с ПУЭ для нашего случая, учитывая возможность промерзания грунта зимой и просыхания летом, удельные сопротивления грунта при расчетах следует принимать более высоким. Для этого определяются расчетные значения и _П при использовании трубчатых заземлителей и соединительной полосы по формулам:

_Э=_Т•К_Э,

_П=_Т•К_П,

где _Т - сопротивление суглинка _Т=1*10⁴ Ом•см;

К_П и К_Э - повышающие коэффициенты для данной климатической зоны, К_П=4,57,0, К_Э=1,82,0.

_Э=1•10⁴ •1,9=1,9•10⁴ Ом•см,

_П=1•10⁴ •4,5=4,5•10⁴ Ом•см.

Величина растекания сопротивления одной забитой в землю трубы:

где _Э - удельное расчетное сопротивление грунта;

L_T - длина трубы, см;

d - наружный диаметр трубы, см;

h_T - глубина заложенной трубы в землю равное расстоянию от поверхности земли до середины трубы, см.

Определим требуемое число трубчатых заземлителей по формуле:

n=R_Э/r_З,

где R_Э - сопротивление растекания одного заземлителя;

r_З - сопротивление заземляющего устройства по ПУЭ,

n=60,98/4=15,29=16 шт.

Учитывая, что трубы соединяются заземляющей полосой, которая выполняет роль заземлителей уменьшаем полученное число труб до 15 штук.

Определим длину соединительной полосы

L_n=1,05*a*n=1,05*7,5*15=118,13 (м)

Сопротивление соединительной полосы:

где h_П - глубина заложения полосы в земле;

в - ширина полосы.

Ом.

Результирующее сопротивление растеканию системы с учетом коэффициента использования труб и полосы определим по формуле:

,

где r_K - коэффициент использования труб контура r_K = 0,5;

r_П - коэффициент использования полосы, r_П=0,8.

Ом.

т.е. полученная величина удовлетворяет нормам.

Электросварочные работы должны выполняться согласно требованию ГОСТ 12.3.003-86, СНиП III 4-80, правил противопожарной безопасности.

Основные меры, предусмотренные для безопасной работы при проведении электросварочных работ согласно правилам технической эксплуатации электроустановок:

- регулярно, не реже 1 раза в месяц, проверять электросварочные аппараты на соответствие техническим нормам;

- применение защитные средств (щитки и маски с защитными стеклами);

- для уменьшения вредных примесей в зале проведения работ персоналом, применение местной и общей вентиляции, а также местного отсоса воздуха;

- для защиты от брызг раскаленного металла предусматривается применение спецодежды и индивидуальных средств защиты;

- меры предусмотренные для защиты от поражения электрическим током перечисленные выше.

5.7 Освещение