Обеспечение безопасности персонала при эксплуатации высоковольтного электрооборудования требует соблюдения правил, указанных в нормативных документах по электробезопасности, таких как: правила устройства электроустановок, правила технической эксплуатации электроустановок потребителей, правила по охране труда при эксплуатации электроустановок и др. Следование нормам электробезопасности позволяет не просто уменьшить количество травм на производстве, но и в некоторых аварийных ситуациях сохранить жизнь рабочему персоналу.
Особо опасной ситуацией является растекание тока при замыкании на землю, так как в этом случае возникает «шаговое напряжение» в зоне растекания. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов, протекающих через тело в зоне растекания, а также охранная зона определены в ГОСТ 12.1.013-78 и ГОСТ 12.1.038-82.
В приложении 5 ГОСТа 12.1.013-78 приведены данные по охранным зонам.
Процесс поражения электрическим током весьма сложен и еще недостаточно изучен. Целью моделирования является создание компьютерной модели, которая поможет при расследовании несчастных случаев на производстве, в результате которых рабочим персоналом были получены поражения электрическим током, повлекшие за собой временную или стойкую утрату ими трудоспособности либо смерть пострадавших [1].
Для исследования растекания токов при замыкании на землю в данной работе применялось моделирование в пакете Elcut 6.0. Компьютерная модель позволяет смоделировать аварийную ситуацию, определить местонахождение персонала во время поражения электрическим током, а также оценить степень воздействия тока, установить охранную зону для электроустановки конкретного типа с известным уровнем напряжения, дать оценку: насколько ослабили воздействие тока средства индивидуальной защиты.
Моделирование производилось на основе табличных данных, таких как: удельная электропроводность человека, удельная электропроводность грунта, удельная электропроводность воздуха, удельное сопротивление средств защиты, напряжение на объекте [2].
Разработана компьютерная модель растекания токов при замыкании на землю, по ней была получена зависимость напряжения растекания, постоянного и переменного, от расстояния.
Результаты моделирования представлены в табл. 3, 4 и на рис. 1 и 2.
Таблица 1
Предельно допустимые значения напряжения прикосновения и токов, протекающих через тело человека
|
Род тока |
Нормируемая величина |
Предельно допустимые значения, не более, при продолжительности воздействия тока |
|||||||||||
|
t, c |
0,01–0,08 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
Св. 1,0 |
|
|
Переменный 50 Гц |
U, B I, мА |
550 650 |
340 400 |
160 190 |
135 160 |
120 140 |
105 125 |
95 105 |
85 90 |
75 75 |
70 65 |
60 50 |
20 6 |
|
Постоянный |
U, B I, мА |
650 |
500 |
400 |
350 |
300 |
250 |
240 |
230 |
220 |
210 |
200 |
40 15 |
Примечание. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов, протекающих через тело человека при продолжительности воздействия более 1 с, приведенные в табл. 1, соответствуют отпускающим (переменным) и неболевым (постоянным) токам.
Таблица 2
Охранная зона
|
Напряжение, кВ |
до 1 |
от 1 до 20 |
35 |
110 |
150 |
220 |
330 |
400 |
500 |
750 |
800 |
|
Безопасное расстояние, м |
2 |
10 |
15 |
20 |
25 |
25 |
30 |
30 |
30 |
40 |
30 |
Таблица 3
Результаты моделирования напряжений прикосновения и токов, протекающих через модель человека
|
Род тока: постоянный |
|||
|
Напряжение, кВ |
Безопасное расстояние, м |
Напряжение на объекте, В |
Ток через объект, А |
|
до 1 |
2 |
12,7 |
0,00069 |
|
от 1 до 20 |
10 |
8,3 |
0,00470 |
|
35 |
15 |
20,2 |
0,03470 |
|
110 |
20 |
32,1 |
0,03610 |
|
150 |
25 |
13,2 |
0,00045 |
|
220 |
25 |
16,1 |
0,00795 |
|
330 |
30 |
12,3 |
0,00825 |
|
400 |
30 |
24,6 |
0,00884 |
|
500 |
30 |
25,8 |
0,01450 |
|
750 |
40 |
27,9 |
0,01380 |
|
800 |
30 |
29,3 |
0,00540 |
Таблица 4
Результаты моделирования напряжений прикосновения и токов, протекающих через модель человека
|
Род тока: переменный |
|||
|
Напряжение, кВ |
Безопасное расстояние, м |
Напряжение на объекте, В |
Ток через объект, А |
|
до 1 |
2 |
4,6 |
0,002610 |
|
от 1 до 20 |
10 |
9,7 |
0,000420 |
|
35 |
15 |
15,3 |
0,000002 |
|
110 |
20 |
7,2 |
0,000023 |
|
150 |
25 |
10,6 |
0,000003 |
|
220 |
25 |
11,0 |
0,000007 |
|
330 |
30 |
8,0 |
0,000153 |
|
400 |
30 |
13,7 |
0,000161 |
|
500 |
30 |
17,2 |
0,000171 |
|
750 |
40 |
1,2 |
0,000144 |
Для подтверждения адекватности модели было проведено сравнение значений напряжений прикосновения и токов, полученных в результате моделирования (приведены в табл. 3 и 4) с предельно допустимыми значениями напряжений и токов, протекающими через тело человека, указанными в ГОСТ 12.1.038-82.
Рис. 1. Модель замыкания на землю постоянных токов при напряжении 20 кВ
Рис 2. Модель замыкания на землю переменных токов при напряжении 20 кВ
Полученные данные компьютерного моделирования соответствуют предельно допустимым значениям напряжений прикосновения и токов, протекающих через тело человека, указанных в ГОСТ 12.1.038-82, следовательно, это подтверждает адекватность компьютерной модели. Таким образом, моделирование растекания токов при замыкании кабеля на землю может быть использовано для анализа различного рода аварийных ситуаций и несчастных случаев на производстве.