ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПИТАТЕЛЬНОГО НАСОСА

ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПИТАТЕЛЬНОГО НАСОСА

Антропов Ярослав Алексеевич

студент, Тольяттинский государственный университет,

РФ, г. Тольятти

Кретов Дмитрий Алексеевич

канд. техн. наук, доц. кафедры «Электроснабжение и электротехника», Тольяттинский государственный университет,

РФ, г. Тольятти

ELECTRICAL SAFETY DURING OPERATION OF THE FREQUENCY CONVERTER OF THE FEED PUMP MOTOR

Yaroslav Antropov

Student, Toliatti State University,

Russia, Tolyatti

Dmitry Kretov

Candidate of technical science, associate professor, Department of Power Supply and Electrical Engineering, Toliatti State University,

Russia, Tolyatti

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассматриваются правила электробезопасности, которые необходимо учитывать при эксплуатации преобразователей частоты в двигателях питательных насосов. Рассмотрены распространенные опасные ситуации при эксплуатации преобразователей частоты, а также представлены расчеты защитного заземления.

ABSTRACT

This article discusses the electrical safety rules that must be considered when operating frequency converters in feed pump motors. Common hazardous situations in the operation of frequency converters are discussed, and protective earthing calculations are presented.

Ключевые слова: преобразователь частоты, электробезопасность, заземление, питательный насос.

Keywords: frequency converter, electrical safety, protective earthing, protective grounding, feed pump.

ВВЕДЕНИЕ

Работа частотного преобразователя двигателя питательного насоса является важной частью многих промышленных процессов. Однако она также создает значительные риски электробезопасности для работников и оборудования. Электрические опасности, такие как поражение электрическим током, вспышки дуги и электрические пожары, представляют собой постоянную угрозу при эксплуатации преобразователей частоты. Поэтому очень важно применять соответствующие меры безопасности для предотвращения несчастных случаев и обеспечения безопасности работников и окружающей среды.

ФУНКЦИИ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Основной рабочей функцией заземляющих устройств является обеспечение достаточной для срабатывания релейной защиты проводимости цепи замыкания находящихся под рабочим напряжением частей электроустановки на заземлённый корпус или землю.

Электрозащитная функция заземляющего устройства состоит в ограничении до допустимых пределов напряжения, под которое может попасть человек, прикоснувшийся к заземлённому корпусу электроустановок во время замыкания фазы на корпус или землю.

Схема замыкания на корпус в сети напряжением свыше 1 кВ с эффективным заземлением нейтрали показана на рисунке 1 [1].

При замыкании на корпус электрическая цепь включает фазу питающего трансформатора, провод линии электропередачи, корпус питаемого трансформатора, его заземляющее устройство, землю, заземляющее устройство питающего трансформатора. Распределение потенциала  на поверхности земли в зоне растекания тока соответствует условно принятому положительному направлению для тока , выходящего в землю с заземляющего устройства питаемого трансформатора. Потенциал земли имеет наибольшее положительное значение  в точке, лежащей над одним из центральных электродов заземлителя.

Рисунок 1. Схема замыкания на корпус в сети напряжением свыше 1 кВ с эффективным заземлением нейтрали

 1 – питающий трансформатор; 2 – электроприёмник; 3 – заземляющий проводник; 4 – заземлитель;  и  – зоны растекания тока; a, b – точки возможного одновременного прикосновения человека к заземлённому корпусу и земле; b, – точки в зоне растекания тока, на которые человек может одновременно наступить

По мере удаления от заземлителя потенциал на земле сравнительно быстро убывает, и на расстоянии, примерно равным 20 большим диагоналям контура заземляющего устройства, становится равным менее 2 % от значения потенциала заземлителя . При таком удалении от заземлителя потенциал обычно считают равным нулю. Аналогично потенциал изменяется и вблизи заземляющего устройства питающего трансформатора. Однако в связи с принятым направлением тока его потенциал рассматривается как отрицательный.

ОПАСНЫЕ СИТУАЦИИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ

Существует множество потенциальных опасностей, которые могут возникнуть при работе преобразователя частоты - от перегрузки и перегрева преобразователя до короткого замыкания и электромагнитных помех. Эти опасности могут вызвать повреждение оборудования, создать значительный риск для работников и даже привести к смертельному исходу.

Имеются две основные опасные ситуации, в которых находящийся в зоне растекания тока человек может попасть под напряжение.

Первая опасная ситуация:

Человек стоит на земле возле ПЧ и касается его металлических заземлённых частей, например, корпуса ПЧ. В этом случае абсолютные значения потенциалов точек поверхности земли в зоне растекания тока, в том числе и при , всегда меньше, чем у заземлённых металлических частей ПЧ, например, корпуса, потенциал которых, если пренебречь падением напряжения в горизонтальных электродах сложного заземлителя, равен . Поэтому, когда человек стоит в зоне растекания тока, например, в точке b, и не прикасается к заземлённому корпусу ПЧ, то между корпусом ПЧ и точкой b действует напряжение до прикосновения , которое можно рассматривать как напряжение холостого хода активного двухполюсника с некоторым внутренним сопротивлением, численно равным сопротивлению растекания тока с двух ног человека в землю . Если человек, стоя в точке b, прикасается к точке a, он попадает под напряжение прикосновения  , определяемое согласно закону Ома, выражением:

где

 – ток, проходящий через тело человека;

 – сопротивление тела человека;

 – напряжение до прикосновения;

 – сопротивление растекания тока с двух ног человека в землю.

Первая опасная ситуация поражения человека электрическим током от корпуса ПЧ поясняется рисунком 2 [1, рис. 1.2, с. 29].

Рисунок 2. Первая опасная ситуация, связанная с поражением человека электрическим током от корпуса ПЧ

Вторая опасная ситуация:

Эта ситуация связан с шаговым напряжением, при котором ноги человека находятся в точках с различными потенциалами

Вторая опасная ситуация поражения человека электрическим током шаговым напряжением, наводимым корпусом ПЧ, поясняется рисунком 3.

Рисунок 3. Вторая опасная ситуация, связанная с поражением человека электрическим током шаговым напряжением, наводимым корпусом ПЧ

Из рисунка 3 видно, что ноги человека находятся в точках b и . При этом возникает опасное шаговое напряжение.

Для исключения первой и второй опасных для жизни человека ситуаций нужно использовать защитное заземление, состоящее из последовательно соединенных заземляющих проводников и электродов заземлителей.

РАСЧЕТ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ ПИТАТЕЛЬНОГО НАСОСА

Расчет защитного заземления для электродвигателя питательного насоса и преобразователя частоты включает в себя определение соответствующего размера защитного проводника на основе характеристик электрической системы. Размер защитного проводника должен быть достаточным для безопасного прохождения максимального тока повреждения и защиты работников и оборудования от электрических опасностей.

Для обеспечения электробезопасности при эксплуатации преобразователя частоты (ПЧ) соблюдаются Правила устройства электроустановок [2].

При работе с напряжением свыше 1 кВ выбор размеров поперечного сечения заземлителей ()  и заземляющих проводников () основывается на их способности выдерживать тепло, выделяемое током короткого замыкания до 400°C.

Формула для расчёта сечения электродов  имеет следующий вид [3]:

где

I – ток, протекающий по проводнику при КЗ, кА;

 – допустимое сечение для тока в 1 кА при продолжительности воздействия 1 с,;

q – коэффициент, учитывающий продолжительность воздействия тока КЗ, который рассчитывается по формуле:

Значения параметра  приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Допустимое сечение  для проводников при токе 1кА длительностью 1с

Площади сечений заземляющего проводника   и электрода  заземлителя , рассчитываются по формулам (2) – (4).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение следует отметить, что безопасная эксплуатация преобразователя частоты двигателя питательного насоса имеет огромное значение для обеспечения безопасности работников и окружающей среды. Опасности, связанные с электричеством, такие как поражение электрическим током, вспышки дуги и электрические пожары, могут представлять значительный риск для работников и оборудования. Поэтому очень важно применять соответствующие меры безопасности, такие как надлежащее заземление, установка защитных устройств, регулярное техническое обслуживание и осмотр. Соблюдая эти меры безопасности, мы можем предотвратить несчастные случаи и обеспечить безопасную работу с частотными преобразователями двигателей питательных насосов. Ответственность за принятие необходимых мер для обеспечения электробезопасности на рабочем месте лежит на работодателях и работниках.

Список литературы:

1. Бургсдорф В.В. Заземляющие устройства электроустановок / В.В. Бургсдорф, А. Якобс. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 400 с.
2. Правила устройства электроустановок. 6-е и 7-е изд.
3. Борисов Р.К. Заземляющие устройства электроустановок (требования нормативных документов, расчёт, проектирование, конструкции, сооружение): справочник / Р.К. Борисов и др. – М.: Издательский дом МЭИ, 2013. – 360 с.