Средства электробезопасности

 

Согласно Правил устройства электроустановок (ПУЭ), для защиты от поражения электрическим током в нормальном режиме должны быть применены по отдельности или в сочетании следующие меры защиты от прямого прикосновения (прикосновения к токоведущим частям): изоляция токоведущих частей; исключение доступа к ним с помощью ограждений и оболочек либо за счет установки барьеров; размещение токоведущих частей вне зоны досягаемости; применение сверхнизкого (малого) напряжения (в системах освещения, в ручном электрофицированном инструменте и в некоторых других случаях).

Для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции должны быть применены по отдельности или в сочетании следующие меры защиты (случай косвенного прикосновения): защитное заземление.

Помещения без повышенной опасности—это сухие, беспыльные помещения с нормальной температурой воздуха и с изолирующими (например, деревянными) полами, т. е. в которых отсутствуют условия, свойственные помещениям с повышенной опасностью и особо опасным.

Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием одного из следующих пяти условий, создающих повышенную опасность:

-сырости, когда относительная влажность воздуха длительно превышает 75 %; такие помещения называют сырыми;

-высокой температуры, когда температура воздуха длительно(свыше суток) превышает + 35°С; такие помещения называются жаркими;

- токопроводящей пыли, когда по условиям производства в помещениях выделяется токопроводящая технологическая пыль (например, угольная, металлическая и т. п.) в таком количестве, что она оседает на проводах, проникает внутрь машин, аппаратов и т. п.; та­кие помещения называются пыльными с токопроводящеи пылыо;

- токопроводящих полов — металлических, земляных, железобетонных, кирпичных и т. п.;

-возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т. п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования — с другой.

Помещения особо опасные характеризуются нали­чием одного из следующих трех условий, создающих особую опасность:

- особой сырости, когда относительная влажность воздуха близка к 100 % (стены, пол и предметы, находящиеся в помещении, покрыты влагой); такие помещения называются особо сырыми;

-химически активной, или органической, среды, т. е. помещения, в которых постоянно или в течение длительного времени содержатся агрессивные пары, газы, жидкости, образующие отложения или плесень, действующие разрушающе на изоляцию и токоведущие части электрооборудования; такие помещения называются помеще­ниями с химически активной, или органической, средой;

- одновременного наличия двух и более условий, свойственных помещениям с повышенной опасностью.

Особо опасными помещениями является ббльшая часть производственных помещений, в том числе все цехи машиностроительных заводов, испытательные станции, гальванические цехи, мастерские и т. п. К таким же помещениям относятся и участки работ на земле под открытым небом или под навесом.

Во взрывоопасных зонах электроустановки заземляются при лю­бых напряжениях питания независимо от рода тока.Защитному заземлению или занулению подлежат металлические части электроустановок, доступные для прикосновения человека, ко­торые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции.

Защитное заземление представляет собой преднамеренное электрическое соединение металлических частей электроустановок с землей или ее эквивалентом (водопроводными трубами и т. п.). Схема защитного заземления представлена на рис. 11.29.

 При пробое изоляции токоведущих частей на корпус, изолиро­ванный от земли, он оказывается под фазовым напряжением Uф. В этом случае ток, проходящий через человека,

 

где R_ч — электрическое сопротивление тела человека; R_ф — электрическое сопротивление изоляции фаз.При наличии заземления вследствие стекания тока на землю напряжение прикосновения уменьшается и, следовательно, ток, проходящий через человека, оказывается меньше, чем в незаземленной ус-

 

 

. 11.29. Схема защитного заземления в сети с изолированной нейтралью: / — токоприемник; 2 — заземлитель

Зануление состоит в преднамеренном соединении металлических нетоковедущих частей оборудования, которые могут оказаться под напряжением вследствие пробоя изоляции, с нулевым защитным проводником (рис. 11.30). При замыкании любой фазы на корпус об­разуется контур короткого замыкания, характеризуемый силой тока весьма большой величины, достаточной для «выбивания» предохранителей в фазных питающих проводах. Таким образом электроустановка обесточивается. Предусматривается повторное заземление ну­левого проводника на случай обрыва нулевого провода на участке, близком к нейтрали. По этому заземлению ток стекает на землю, от-

 

Рис. 11.30. Схема зануления в трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью:

1 — трансформатор; 2— сеть; 3 — предохранитель; 4—обмотка электродвигателя; 5— корпус электродвигателя; б—зануляющий проводник; 7—нулевой защитный проводник; 8— сопротивление заземления нейтрали

 

куда попадает в заземление нейтрали, по нему во все фазные провода, включая имеющий пробитую изоляцию, далее на корпус. Таким образом образуется контур короткого замыкания.

Защитное отключение электроустановок обеспечивается путем введения устройства, автоматически отключающего оборудование — потребитель тока при возникновении опасности поражения током. Схемы отключающих автоматических устройств весьма разнообразны. Во всех случаях система срабатывает на превышение какого-либо

 

Лекция № 12

Обобщенное защитное устройство и методы защиты. Защита от
вибрации. Защитные устройства: упругодемпфирующий элемент,виброизоляция, динамическое виброгашение. Защита от шума. Пористые и резонансные поглотители. Реактивный камерный элемент и элементы резонансного типа.

Защита от вибрации

Линейные вибросистемы состоят из элементов массы, упругости и демпфирования. В общем случае в системе действуют силы инерции, трения, упругости и вынуждающие.

Сила энерции, как известно, равна произведению массы М на ее ускорение

 

 

где v — виброскорость.

Сила F_mнаправлена в сторону, противоположную ускорению.

Упругий элемент принято изображать в виде пружины, не имеющей массы (рис. 11.35, а). Чтобы переместить конец пружины из точки с координатой ль (ненапряженное соотношение) в точку с координатой Х₁ к пружине необходимо приложить силу; при этом сила действия упругого элемента, или восстанавливающая сила, будет на­правлена в противоположную сторону и равна

Рис. 11.36. Схема вибросистемы с одной степенью свободы

 

где G — коэффициент жесткости, Н/м; х = х₁— х_o ца пружины, м.

При вибрации упругих систем происходит рассеяние энергии в окружающую среду, а также в материале упругих элементов и в узлах сочленения деталей конструкции. Эти потери вызываются силами трения — диссипативными силами, на преодоление которых непрерывно и необратимо расходуется энергия источника вибрации.

Если рассеяние энергии происходит в элементе демпфирования (см. рис. 11.35, б), т. е. в вязкой среде (среде с вязким сопротивлени­ем), то диссипативная сила Fx пропорциональна виброскорости и но­сит название демпфирующей:

F_x = S_v.   (11.42)

Сила F_x всегда направлена против скорости, коэффициент S (Н с/м) называют импедансом, или сопротивлением элемента демпфирования.

Основные характеристики виброзащитных систем. К основным ха­рактеристикам виброзащитных систем отнесены собственная частота системы, механический импеданс и коэффициенты, определяющие процессы затухания вибраций и рассеяния энергии*.Подставив ускорение а в формулу (11.40), определяют импеданс элемента массы, или просто импеданс массы z _m:

 

 

Таким образом, импеданс массы z_m = j w M является мнимой положительной величиной, пропорциональной частоте. Он достигает больших значений в диапазоне высоких частот. В диапазоне низких частот им можно пренебречь.

Подставив смещение х в формулу (11.41), находят импеданс элемента упругости ic:

частоте; в области высокихчастот им можно пренебречь.

Импеданс элемента демпфирования является действительной величиной

 

 

В общем случае вибросистему с одной степенью свободы можно изобразить в виде элемента массы, не обладающего деформацией, и элементов упругости и демфирова- ния, не имеющих массы (рис. 11.36). Точка Ообозначает положение статического рав­новесия, от которого отсчитывается смещение х тела массой М под действием гармо­нической вынуждающей силы F, К телу также приложены сила инерции Fw восстанав­ливающая сила Fc и диссипативная демпфирующая сила Fs. В соответствии с принци­пом Д'Аламбера

 

 

Свободная вибрация (F_t = 0) в отсутствие сил трения (F_s = 0) с течением времени не затухает. Виброскорость в этом случае определяется выражением (11.43), в котором амплитуда v _m = const. Условие F_M + F_G = 0 с учетом выражений (11.44) и (11.45) позволяет определить собственную частоту вибросистемы:

 

 

Защитное устройство — упругодемпфирующнн элемент. В большинстве случаев расчет сложных защитных устройств сводится к расчету простого защитного устройства, состоящего из элемента упругости и элемента демпфирования, соединенных параллельно. Реакция защитного устройства складывается из реакций упругого и демпфирующих элементов. Импеданс защитного устройства

 

 ругодиссипативного элемента по закону х = x_mcosc w t, ние энергии — то обнаруживается различие линий нагрузки на диаграмме сила — смещение: точка, изображающая напряженное и деформированное состояние, описывает замкнутую кривую — петлю гистерезиса. Площадь, ограниченная петлей гистерезиса, выражает энергию £_s, рассеянную за один цикл демпфирования и равную работе диссипативных сил:

 

Рис.11.41.Динамические виброносители.

 

 

Виброизоляция. Между источником вибрации и ее приемником, являющимся одновременно объектом защиты, устанавливают упругодемпфирующее устройство — виброизолятор — с малым коэффициентом передачи (рис. 11.38, а). Схематично система «источник вибраций — защитное устройство — приемник» показана на рис. 11.38, б. При возбуждении системы защитное устройство, расположенное между источником и приемником, воздействует на них с реакциями F_r и F'_r. Ниже будут рассматриваться только безынерционные устройства, у которых реакции F_R и F'_R равны.

 

Динамическое виброгашение. Защита от вибраций методами поглощения, основанная на общих принципах, изложенных ранее, осуществляется в виде динамического гашения и вибропоглощения.

При динамическом гашении виброэнергия поглощается ЗУ. Это устройство, отбирающее виброэнергию от источника — объекта защиты — на себя, называют инерционным динамическим виброгасителем. Его применяют для подавления моногармонических узкополосных колебаний.

Рис. 11.42. Динамические виброгасители: а — инерционный; б — поглотитель; в — с трением

 

 

Рассмотрим принцип динамического гашения на простейшем примере. Для инер­ционного динамического гасителя (см. рис. 11.42, а) можно записать систему двух уравнений, описывающую вибрации:

 

Уже из второго уравнения видно, что при v. ≠ 0 виброскорость v объекта защиты будет равна нулю, если массу M. и жесткость G. динамического гасителя выбрать из ус­ловия  = w, где w — частота вынуждающей силы F_r

 

Вибропоглощение. Вибропоглощение - метод снижения вибраций путем усиления в конструкции процессов внутреннего трения рассеивающих виброэнергию в результате необратимого преобразования ее в теплоту при деформациях, возникающих в материалах из которых изготовлена конструкция, и в местах сочленения ее элементов (заклепочных, резьбовых, прессовых и др.).Перспективным в вибропоглощении является нанесение на ко­леблющиеся поверхности элементов конструкции высокоэффективных вибропоглощающих материалов.