Наведенное напряжение и меры защиты

Правилами техники безопасности (ПТБ) при эксплуатации электроустановок определены меры безопасности во время работ на воздушных линиях (ВЛ) электропередачи , на которых наводится дополнительное напряжение от соседних работающих линий. Отдельно выделены меры безопасности при работах на таких ВЛ, когда заземление их в соответствии с общими требованиями правил не позволяет снизить уровень наводящегося на отключённых проводах потенциала ниже 25 В.

Однако продолжают иметь место случаи поражения обслуживающего персонала электрическим током наведенного напряжения, которые являются результатом недопонимания природы возникновения и механизма проявления этого напряжения. Особенность его проявления состоит в сохранении опасности поражения электрическим током при прикосновении даже к заземлённому по правилам проводу.

Известно, что на любой ВЛ, проходящей параллельно с другими ВЛ , непрерывно наводится сторонний потенциал , обусловленный взаимным влиянием электромагнитных полей этих линий друг на друга.

Значение потенциала зависит от рабочего напряжения, токов нагрузки, расстояния между фазными проводами линий и длины участка параллельного их расположения.

Наведенный на каждой из таких линий потенциал (наведенное напряжение) можно условно представить в виде суммы двух составляющих: электростатической и электромагнитной.

Электростатическая составляющая наведенного напряжения на проводах отключённой ВЛ обусловлена воздействием на них электрического поля остающейся в работе соседней (влияющей) линии и при сохранении определённых ПУЭ конструктивных параметров участка параллельного следования зависит только от уровня напряжения влияющей линии. Значение этой составляющей одинаково по всей длине отключённой ВЛ (рис. 1) и определяется по формуле:

Uэ = k Uр.в.

где  k   –  коэффициент ёмкостной связи линий ;

Uр.в. – рабочее напряжение влияющей линии.

Рис. 1. Диаграмма распределения электростатической  составляющей наведенного напряжения.

 

 

Электростатическая составляющая наведенного напряжения снижается до безопасного уровня по всей длине линии при заземлении её в любой, хотя бы одной точке. Следовательно, воздействие этой составляющей полностью устраняется при заземлении отключенной ВЛ по концам (на подстанциях) и на месте производства работ согласно ПТБ.

Совсем иначе проявляет себя электромагнитная составляющая наведенного напряжения , возникновение которой обусловлено суммарным влиянием магнитных полей , создаваемых токами фазных проводов влияющей линии.

Наводимая на отключенной линии ЭДС определяется выражением:

E=MLI

где M  – коэффициент индуктивной связи фазных проводов линии при частоте 50 Гц ;

L   – длина участка параллельного следования линии ;

I  – ток нагрузки влияющей линии.

Коэффициент индуктивной связи для каждого конкретного «коридора» линий практически не меняется. В связи с этим

значение наведенной ЭДС обусловлено только длинной участка параллельного следования линий и током нагрузки влияющей линии и не зависит от уровня рабочих напряжений каждой из ВЛ.

При этом потенциал (напряжение относительно земли) любой точки , например x , определяется выражением:

U=- E/L *x + E/2

где E  – наведенная на проводе ЭДС;

x – расстояние от начала линии до точки x.

Отсюда следует, что в начале линии (при x=0 ) электромагнитная составляющая наведенного напряжения Uн=+E/2, в конце линии Uк=-E/2 (при x= L) в середине линии Uср=0 (при x=L/2).

Особенностью проявления электромагнитной составляющей наведенного напряжения  является неизменность её значения независимо от того, изолирован провод от земли или заземлён в одном или даже в нескольких местах.

При изменении числа точек заземления на ВЛ меняется лишь положение точки нулевого потенциала на ней. Специфичность именно этого проявления наведенного напряжения и обусловлены требования ПТБ.

Рис. 2. Диаграмма распределения электромагнитной составляющей наведенного напряжения на отключённой ВЛ в зависимости от места установки на ней защитных заземлений.

На рис. 2 приведены характерные примеры распределения электромагнитной составляющей наведенного напряжения (потенциала) на отключённой ВЛ в зависимости от места установки защитных заземлений. Как видно из диаграмм , при однократном заземлении ВЛ точка нулевого потенциала совпадает с точкой заземления.

С учётом изложенного представлено графическое обоснование опасности организации одновременно двух и более рабочих мест на ВЛ , находящейся в зоне наведения электромагнитной составляющей напряжения. Например , бригада работает в точке С , линия согласно правилам заземлена только в одной этой точке , где напряжение равно нулю (рис.3а).

Если теперь для подготовки второго рабочего места установить защитное заземление в другой точке

D , то нулевой потенциал переместится на участок между двумя этими заземлениями (рис. 3б). При этом напряжение в местах заземления (точки С и D) может превысить допустимый уровень , и работающие там люди подвергнутся опасности поражения электрическим током.

Аналогичный эффект  проявляется и при производстве работ на линейном разъединителе , находящемся под наведенным напряжением ВЛ. Заземление разъединителя со стороны линии в этом случае гарантирует электробезопасность только при условии , что эта линия нигде больше не заземлена (см. рис. 2

б, д).

Если установить дополнительное заземление на каком-либо другом участке , например , включить заземляющие ножи на подстанции с другого конца линии , то уровень наведенного напряжения на линейном разъединителе в месте производства работ «подскочит» до максимума (см. рис. 2г).

 

Рис. 3. Примеры распределения электромагнитной составляющей напряжения на отключённой ВЛ при работе ремонтной бригады в различных условиях.

Проявления наведенного напряжения вынуждают эксплутационный персонал резко сокращать фронт работы на ВЛ (до одной бригады) , находящихся в зоне усиленного действия этого напряжения.

Разделение линии на отдельные электрически несвязанные участки путём разрезания шлейфов также вызывает дополнительные затраты времени на поочерёдное разрезание и последующее их восстановление. Однако необходимость обеспечения безопасности линейного персонала обязывает считаться с этими фактами.

Вместе с тем одной из альтернативных мер, снимающих практически все ограничения в расширении фронта производства работ во всех случаях (при сохранении безопасности линейного персонала) , является выполнение работ под напряжением.

При подготовке рабочего места на ВЛ следует обращать особое внимание на надёжность контактов защитных заземлений с фазными проводами и заземлителем. Нельзя забывать, что при случайной потере контакта (разземлении линии) точка нулевого потенциала в то же мгновение может изменить своё местоположение , а напряжение на рабочем месте превысить допустимое значение  Uс  (рис 4). Следовательно, для гарантии безопасности в месте производства работ целесообразно устанавливать параллельно два заземления.

Рис. 4. Диаграмма распределения электромагнитной составляющей наведенного напряжения при заземлении линии в точке

С и при её разземлении

 

Итак, наибольшего значения электромагнитная составляющая наведенного напряжения достигает на границах участка взаимного влияния линий (в общем случае – на отключённых линейных разъединителях). Именно в этих точках, непосредственно на спуске шины заземления линейного разъединителя или на первой от подстанции опоре, следует производить измерения при включённых с обеих концов линии заземляющих ножах.

Класс напряжения используемых для этого вольтметров необходимо подбирать по ожидаемому уровню наведенного напряжения. В первом приближении можно использовать вольтметр с пределом измерения до 0,5í1,0 кВ.

Пересчёт результатов измерения на условия максимальных нагрузок влияющей линии можно провести по формуле , полученной из соотношения:

где   Uизм – измеренное наведенное напряжение ;

Iизм   – ток нагрузки влияющей ВЛ в момент измерения ;

Iмакс  – максимальный допустимый ток нагрузки влияющей линии.

Следует отметить, что включенные заземляющие ножи, рама разъединителя, соединительные провода и вольтметр во время измерений могут находиться под опасным напряжением. В целях обеспечения безопасности персонала, производящего измерения, соединять схему измерения с фазными проводами линии следует только после сборки схемы измерения. При необходимости переключения пределов шкалы или замены вольтметра предварительно необходимо отсоединить схему измерения от провода ВЛ.

Персонал должен пользоваться диэлектрическими ботами и перчатками. Используемые при измерениях провода должны иметь изоляцию, рассчитанную на напряжение 1 кВ.

 

Сущность и коварство наведенного напряжения

В случае же попадания под наведённое напряжение никакая защита этого не чувствует, так как в работающей линии электрический ток практически не увеличивается и, естественно, рабочая линия по этой причине не отключаются.Значит, опасный или смертельные ток наведённого напряжения будет протекать через пострадавшего до тех пор, пока кто либо не примет специальных мер по освобождению пострадавшего от воздействия наведённого напряжения. А это могут быть секунды, минуты. Поэтому большинство попаданий под наведенное напряжение кончаются. трагически, хотя внешние повреждения тела при этом бывают незначительны. И последняя специфика влияния наведённого напряжения на работающего попавшего под его воздействие — пострадавший, как правило, успевает ухватиться за отключенный проводник,где присутствует ток наведенного напряжения и из-за судорожного захвата руками за проводник — под воздействием тока находится до тех пор, пока не будут приняты меры по прекращению протекания тока через пострадавшего. При опасном приближении к рабочему напряжению выше тысячи вольт пострадавший пopажаетсс еще до прикосновения к токоведущим частям, поскольку пробивается воздух и его как бы «отбрасывает» электрическим ударом. В сочетании с автоматическим отключением установки воздействие электрического тока сводится к возможному минимуму и нередко жизнь пострадавшего бывает спасена. Таким образом, если при попадании под рабочее напряжение пострадавшего как бы «отбрасывает» рабочее напряжение, то при воздействии наведённого напряжения, наоборот, работающего как бы «притягивает» к проводу, тросу и так далее. А учитывая, что в последнем случае еще и не срабатывает никакая защита в электрический цепи рабочего проводчика, то в большинстве случаев попадания под наведенное напряжение, исход трагичен — смерть! Но если все же работающий попал под воздействие наведенного напряжения, то какие необходимо принять меры по освобождению пострадавшего от воздействия наведенного напряжения? Во — первых следует помнить, что освобождение пострадавшего от воздействия наведенного напряжения без изолирующих средств опасно для лиц, оказывающих первую медицинскую помощь. Чаще всего, пострадавший держится руками за элемент с наведенным напряжением, то есть его «притянуло».

что такое наведенное напряжение и как от него защититься

Так что же такое наведенное напряжение?

Не секрет, что этому есть соответствующее определение, гласящее, что это опасное для жизни напряжение, возникающее вследствие электромагнитного влияния на отключенных проводах и оборудовании, расположенных в зоне другой действующей воздушной линии или контактной сети.
Приводя пример, одним из наиболее травмоопасных участков работы на железнодорожном транспорте является контактная сеть переменного тока. Именно здесь электромонтеры ежедневно подвергаются риску, сталкиваясь с таким опасным поражающим фактором, как наведенное напряжение. Этот фактор появляется за счет электростатической или электромагнитной наводки, возникающей на отключенной контактной сети (контактных проводах, волноводах и т. п.).
Здесь же и риск попадания под наведенное напряжение персонала, работающего на грозозащитных тросах и проводах воздушных линий электропередачи (ВЛ), а также на элементах отключенного оборудования станций и подстанций. При этом величина наведенного напряжения может многократно превышать допустимое действующими нормами значение (25 В), а значит, возникает опасность для жизни.
Переходя к правилам техники безопасности, обслуживающий персонал обязан заземлять, например, участок контактной сети, на котором проводятся работы. Если при выполнении работ заземление по каким то причинам оказывается нарушенным или неустановленным, работающие могут попасть под действие наведенного напряжения. Это заканчивается электротравмой со смертельным исходом или сильным болевым раздражением, особенно опасным при высотных работах. Такая же проблема существует и при эксплуатации воздушных линий электропередачи.
Во всех приведенных и не только случаях оправдано применение дополнительных средств индивидуальной защиты (СИЗ).

Тогда как же защититься от наведенного напряжения.

Эффективным дополнительным СИЗ от наведенного напряжения является шунтирующий комплект Эп-4(0) Тесла. Принцип действия которого заключается в шунтировании им тока, проходящего через тело попавшего под наведенное напряжение человека. Происходит это за счет малого электрического сопротивления комплекта (до 0,1 Ом), которое на 4-5 порядков ниже расчетного электрического сопротивления тела человека (1 кОм).
Сегодня комплект Эп-4(0) Тесла прошел комплекс лабораторных испытаний, проводившихся в НИИ МТ РАМН, ОАО «ВНИИЖТ», ОАО «ВНИИЖГ», МЭИ, Научно-исследовательском центре высоковольтной аппаратуры (НИЦ ВВА). Кроме того, были проведены полевые испытания на грозозащитном тросе ВЛ 750 кВ. Результаты испытаний показали, что величина наведенного напряжения, при котором Эп-4(0) Тесла обеспечивает гарантированную защиту человека от электротравмы, составляет 10-12 кВ. Величина тока, протекающего через тело человека, в этом случае составляет от нескольких микроампер до десятых долей миллиампера, что ниже порога чувствительности человека при частоте 50 Гц (1,5 мА).
Комплект Эп-4(0) Тесла рассчитан на протекание «в обход» тела человека тока величиной до 100 А в течение одной двух минут. При этом нагрев комплекта не приводит к разрушению его защитных элементов и не вызывает дискомфортных ощущений у пользователя. Все это свидетельствует о способности Эп-4(0) Тесла защищать персонал при попадании под напряжение, наведенное емкостным и индуктивным путем, когда величина тока может достигать десятков ампер. Комплект, похожий на обычную спецодежду, включает в себя специальную электропроводящую обувь, рабочий костюм и перчатки.

Сущность и коварство наведенного напряжения

Меры безопасности при работах на линии с наведенным напряжением

Если присутствует лишь статическое напряжение (что маловероятно), зона работ просто заземляется, желательно в двух точках.

При наличии напряжения, наведенного электромагнитным полем, меры безопасности более серьезные.

Важно: Это относится лишь к значениям, превышающим 42 вольта. Как видно на иллюстрации, в зависимости от точки приложения заземления, мы просто смещаем место на проводнике, где наведенный потенциал будет нулевым

Как видно на иллюстрации, в зависимости от точки приложения заземления, мы просто смещаем место на проводнике, где наведенный потенциал будет нулевым.

При этом, перемещая точку приложения «земли», мы оказываем влияние на значения напряжения относительно заземлителя. Его величина линейно зависит от расстояния до нулевой точки.

Приложение заземлителей по краям линии с наведенным напряжением совершенно бессмысленно. Мы получаем такие же значения, как и без заземлителей.

Как бы не строилась система защиты с помощью любого количества заземлителей, пассивная линия все равно будет находиться под влиянием активных проводников либо электроустановок. Как в этом случае проводить работы:

1. Самый затратный способ — решить вопрос с отключением всех электроустановок и линий электропередач, расположенных параллельно. Работы выполняются максимально быстро, для снижения издержек.
2. Менее сложный, но все-таки проблемный вариант: разделение обслуживаемой линии на несколько коротких участков, не имеющих электрической связи между собой. Исходя из формулы расчета, мы знаем, что длина участка пропорционально влияет на величину наведенного напряжения.
3. И, наконец, оптимальный вариант: проведение работ под напряжением, либо со снятием напряжения, но с применением полноценных средств электрической защиты персонала. Это безопасно, но несколько ограничивает сотрудников в удобстве и скорости работы.

Наводка в квартире

Не считая ВЛ и электроустановок, наведенное напряжение может также возникать в квартире и в частном доме в сети 220 В. Так называемая «наводка» появляется в кабеле, проложенном опять же рядом с проводом, по которому протекает ток. Для примера приведем ситуацию, когда при выключенном выключателе на диодных лампочках появляется еле заметное свечение. Происходит это из-за того, что рядом с проводом, питающим лампы, проложен проводник с фазной жилой. А действие электромагнитного поля никто не отменял. Отсюда и возникает небольшая наводка, величины которой достаточно для того, чтобы «подсветить» светодиоды.

Еще один случай – это наводка в розетке. Возникает она, если произошел обрыв нулевого провода. Тогда при измерении индикатором на клеммах розетки получим две фазы. Но на самом деле, фазный провод как был один, так и останется, а «вторая фаза» пропадет, как только нулевой провод будет заново подключен.

С примером опасного влияния наводки вы можете ознакомиться на видео:

Реальный пример

https://youtube.com/watch?v=ig5VmzGdKGQ

Вот мы и рассмотрели, что такое наведенное напряжение, чем опасно это явление и какие меры защиты нужно предпринимать для того, чтобы обезопасить персонал от поражения электрическим током. Надеемся, предоставленная информация была для вас понятной и полезной!

Наверняка вы не знаете:

• Как защититься от электромагнитных излучений
• Средства защиты в электроустановках до 1000В
• Как найти место повреждения кабеля

В чем опасность наведенного напряжения

Согласно Правил устройства электроустановок, значение выше 25 вольт представляет угрозу для здоровья человека. Но главная проблема вовсе не в наличии опасного напряжения. Линии, которые находятся под рабочим напряжением, при возникновении аварийной ситуации будут обесточены с помощью защитных устройств. А в случае с наведенным потенциалом, защита не сработает. Поэтому использование стандартных средств здесь не поможет.

Важно: Отсутствие рядом с линией электропередач явных проводников, находящихся под напряжением, не повод для расслабления. Аналогичную проблему создают любые электроустановки, на которые подведено питание

Со статикой определились, формально можно вычислить значение ЭДС для каждого участка работы. Однако при наличии нормального заземления (по краям и в точке работ), опасность практически нулевая.

А вот с электромагнитным наведением придется потрудиться. Если участок относительно небольшой, можно просто замерять разницу потенциалов на концах пассивного проводника.

Важно: Измерения проводятся с соблюдением всех мер защиты, как на реально работающей электроустановке

Разумеется, все измерения проводятся при наличии нормальной токовой загрузки влияющей линии. То есть при условиях, когда наведенное напряжение достигает максимального значения.

Методика измерения следующая:

Общий принцип сводится к замеру разницы потенциалов между реальной «землей» и предполагаемой точкой нулевого потенциала, то есть временным заземлением обесточенного проводника. Расстояние от «земли» до точки нулевого потенциала должно быть не менее 15–20 м.

К измерительному зонду присоединяется гибкий медный провод, сечение которого позволяет выполнять работы с таким напряжением. Второй конец проводника соединяется с измерительным прибором. Вторая клемма прибора соединяется с реальной «землей».

Измерение проводится минимум двумя работниками. Один находится у прибора, а второй набрасывает зонд на измеряемый проводник.

Точки замера определяются перед началом операции, значение методично фиксируется первым оператором на графике.

При переходе на иной участок, схема измерения разбирается, демонтируется временное заземление. Оборудование переносится на новое место, где монтируется снова, с учетом зоны проведения измерений.

Важно: Наведенное напряжение измеряется не для статистики. Графики с результатами сдаются в отдел обеспечения безопасности работ на электроустановках

На основании этих данных планируются мероприятия по защите персонала при проведении ремонтных работ или укладке новых линий электропередач.

Решения принимаются в случае, когда на проводниках и стальной обвязке (растяжки, бандажи, и прочее) остается напряжение выше 42 вольт.

Меры безопасности при определении наведенного напряжения

1. Персонал должен иметь группу электробезопасности не менее III, а руководитель работ не менее IV.
2. Желателен опыт работы по монтажу и обслуживанию линий молниезащиты и силовых линий.
3. Вокруг зоны проведения измерений организуется периметр безопасности.
4. В целях безопасности, нулевой кабель в измеряемой группе, принято считать находящимся под напряжением.
5. Начало и окончание работ оформляются документально.
6. Запрещается проводить измерения в условиях осадков, сильного тумана, недостаточной видимости, сильном ветре.
7. Если на измеряемом участке обнаруживается повреждения опоры, изолятора или высоковольтного кабеля, работы прекращаются до устранения проблемы.

Факторы опасности и меры защиты

Считается, что разность потенциалов от наводки более опасна, чем обычная. Штатные защитные устройства не рассчитаны на противодействие от нее. При работе на высоковольтных ЛЭП на отключенной линии может возникнуть разность потенциалов в несколько киловольт. Выполнение работ с вышек или работа кранов вблизи ЛЭП выполняется по допуску и с применением дополнительных защитных мер, так как на металлической части оборудования и техники может возникнуть разность потенциалов. Это грозит поражением людей электротоком и поломкой техники.

Необходимые меры безопасности прописаны в правилах техники безопасности при выполнении соответствующих работ. Самым простым и эффективным является устройство заземления отключенной линии. Для надежности заземляющий контур имеет две линии, дублирующие друг друга. При случайном обрыве одной заземление будет осуществляться по другой. Протяженные линии разбивают на отдельные участки, которые заземляются по отдельности.

Требования по ТБ:

1. на руки одеваются диэлектрические перчатки;
2. на ноги — резиновые боты, прошедшие проверку и имеющие соответствующую бирку;
3. одежда должна быть сухой, все работы не должны выполняться под дождем.

Как защититься, меры безопасности

Из сказанного видно, что наведенное напряжение несет большие риски, что требует ответственности реализации мероприятий по защите людей от попадания в опасную зону.

Организационные меры безопасности:

1. Работники, выполняющие работы в области наводки, должны иметь 3-ю группу по электробезопасности, а руководитель работ — 4-ю.
2. Наличие опыта работ по ремонту и обслуживанию силовых линий, а также элементов молниезащиты.
3. Организация параметра безопасности возле рабочего места, выполнение мероприятий, указанных в заявке и наряде-допуске.
4. Нулевой провод в измеряемой группе считается таковым, что находится под U.
5. Начало и завершение работ оформляется в письменном виде. Как правило, заполняется журнал допуска с подписью работников, заполняется наряд-допуск.

Измерения и работы нельзя проводить в условиях сильного тумана или ветра, осадков или плохой видимости. Если в процессе измерений работник выявляет поврежденный элемент ВЛ или КЛ, работы останавливаются до устранения неполадки.

При работе на линиях с наводкой необходимо учесть следующие нюансы:

1. Заземление должно находиться в зоне видимости рабочего места.
2. При наличии только статического напряжения достаточно одного заземления, но для надежности лучше установить заземлитель в двух местах. Если одно из устройств выйдет из строя, второе подстрахует.
3. В случае с электромагнитной проводкой принимаются более серьезные меры безопасности. В этом случае заземление ставится непосредственно на рабочем месте. В этом случае наведенный потенциал в месте выполнения работ будет равен нулю.

Заземление — надежный способ защититься от наведенного напряжения. Но даже в этом случае отключенная линия будет находиться под негативным воздействием.

Для работы можно выбрать один из вариантов:

1. Отключение электроустановок, которые находятся параллельно к рабочей линии. В таком случае ремонтные работы должны выполняться как можно быстрее, чтобы исключить простой потребителей без электричества или длительное снижение надежности сети.
2. Разделение ремонтируемой линии на несколько участков, которые не имеют электрической связи. Здесь работает принцип, который упоминался выше. Речь идет о том, что величина наводки напрямую зависит от длины участка.
3. Работы под напряжением или с его отключением, но с применением специальных средств персональной защиты. В таком случае действия работника несколько скованы, но зато удается избежать отключения или снижения надежности сети.

Для обеспечения личной безопасности применяются следующие изделия:

1. Сигнализаторы напряжения — показывают факт наличия U или наводки.
2. Применение защитной одежды и ковриков на диэлектрической основе во избежание прохождения тока через организм человека.
3. Использование указателей напряжения, а также электроизолирующих штанг для проверки уровня наведенного U.
4. Работа в ботах и изолирующих перчатках.

При использовании измерительных устройств и СИЗ необходимо ориентироваться на класс U, для которого они предусмотрены.

Причины появления

При рассмотрении вопроса, связанного с наводкой, важно понимать причины его появления. Для лучшего понимания рассмотрим несколько ситуаций — для квартиры, электрической проводки, электроустановок и ВЛ

В квартире

Наводка в обычной сети 220 В появляется при обрыве 0-го проводника на ВЛ или до входа в квартиру (дом). Если проверить напряжение с помощью индикатора, лампочка будет светиться в любом из отверстий.

На самом деле, U присутствует только на одном из проводов (фазном), а второй принимает наведенный потенциал. Появляется такое явление, как две фазы в розетке.

После восстановления линии или возврата нуля ситуация нормализуется.

При выполнении ремонтных работ в квартире необходимо отключить входной автомат или достать предохранители, чтобы исключить попадание под напряжение.

В электропроводке

Одним из признаков наведенного напряжения является свечение экономки при отключенном свете. При этом напряжение может достигать 40-60 В.

Такая ситуация возникает при параллельной прокладке линий, питающих розетки и осветительные устройства в квартире.

Для устранения проблемы необходимо пересмотреть маршруты проводки и убедиться в правильности выполнения заземления или зануления.

Но существует еще одна причина. При создании проводки используются 2-х или 3-х жильные провода. Как правило, кабельная продукция укладывается в короба, откуда проводники направляются к своим потребителям.

Если выключатель разделяет не фазный, а нулевой провод, появляется наведенное U. Оно имеет небольшую величину, как отмечалось выше, но ее достаточно для зажигания диодного освещения.

Для решения проблемы необходимо поменять фазу и ноль местами. Сделать это не всегда удается, ведь один из проводов с коробки идет напрямую к источнику света и не проходит через выключатель.

В электроустановках

Выключатели, силовые трансформаторы, трансформаторы тока и напряжения, а также другие электроустановки неизбежно связаны с линией электропередач. Вот почему они часто попадают под наведенное напряжение и чаще всего это происходит при обрыве 0-го проводника.

Во многих электроустановках применяются изолированные кабели, внутри которых находятся плотно уложенные проводники.

Несмотря на небольшую длину участков, может появляться сильная наводка с большими рисками для персонала

Вот почему при выполнении таких работ важно принимать защитные меры, использовать СИЗ и следовать требованиям ПУЭ

На линии электропередач

Выше мы отмечали, что электростатическая составляющая наводки имеет идентичный потенциал по всей длине проводника. Для расчета нужного значения коэффициент емкостной связи умножается на рабочее влияющее напряжение.

Для обеспечения защиты работников достаточно одного заземления в любой точке.

Отметим, что статическое U может возникнуть не только при наличии рядом ЭМ полей, но и других факторов — молнии или полярного сияния.

В случае с электромагнитной составляющей, ситуация обстоит по-иному. Этот параметр зависит от расстояния до ВЛ под напряжением, величины рабочего тока, длины линии и сопротивления заземления.

Для расчета наведенного U необходимо перемножить три элемента:

• коэффициент индуктивной связи;
• длина участка параллельно расположенной линии;
• сила тока ВЛ под напряжением.

В отличие от электростатической составляющей, заземления в одной точке недостаточно. Это связано с тем, что потенциал в заземленной точке будет нулевым, но при удалении от этого участка он увеличивается. Чем дальше провод от места заземления, тем выше наводка.

Вот почему при одновременной работе в разных местах персонал может оказаться под действием опасного U. Чтобы избежать проблем, необходимо установить заземление непосредственно в месте работы.

Что такое наведенное напряжение и как от него защититься?

Так что же такое наведенное напряжение?

Не секрет, что этому есть соответствующее определение, гласящее, что это опасное для жизни напряжение, возникающее вследствие электромагнитного влияния на отключенных проводах и оборудовании, расположенных в зоне другой действующей воздушной линии или контактной сети.Приводя пример, одним из наиболее травмоопасных участков работы на железнодорожном транспорте является контактная сеть переменного тока. Именно здесь электромонтеры ежедневно подвергаются риску, сталкиваясь с таким опасным поражающим фактором, как наведенное напряжение. Этот фактор появляется за счет электростатической или электромагнитной наводки, возникающей на отключенной контактной сети (контактных проводах, волноводах и т. п.).Здесь же и риск попадания под наведенное напряжение персонала, работающего на грозозащитных тросах и проводах воздушных линий электропередачи (ВЛ), а также на элементах отключенного оборудования станций и подстанций. При этом величина наведенного напряжения может многократно превышать допустимое действующими нормами значение (25 В), а значит, возникает опасность для жизни.Переходя к правилам техники безопасности, обслуживающий персонал обязан заземлять, например, участок контактной сети, на котором проводятся работы. Если при выполнении работ заземление по каким то причинам оказывается нарушенным или неустановленным, работающие могут попасть под действие наведенного напряжения. Это заканчивается электротравмой со смертельным исходом или сильным болевым раздражением, особенно опасным при высотных работах. Такая же проблема существует и при эксплуатации воздушных линий электропередачи.Во всех приведенных и не только случаях оправдано применение дополнительных средств индивидуальной защиты (СИЗ).

Тогда как же защититься от наведенного напряжения.

Эффективным дополнительным СИЗ от наведенного напряжения является шунтирующий комплект Эп-4(0) Тесла. Принцип действия которого заключается в шунтировании им тока, проходящего через тело попавшего под наведенное напряжение человека. Происходит это за счет малого электрического сопротивления комплекта (до 0,1 Ом), которое на 4-5 порядков ниже расчетного электрического сопротивления тела человека (1 кОм).Сегодня комплект Эп-4(0) Тесла прошел комплекс лабораторных испытаний, проводившихся в НИИ МТ РАМН, ОАО «ВНИИЖТ», ОАО «ВНИИЖГ», МЭИ, Научно-исследовательском центре высоковольтной аппаратуры (НИЦ ВВА). Кроме того, были проведены полевые испытания на грозозащитном тросе ВЛ 750 кВ. Результаты испытаний показали, что величина наведенного напряжения, при котором Эп-4(0) Тесла обеспечивает гарантированную защиту человека от электротравмы, составляет 10-12 кВ. Величина тока, протекающего через тело человека, в этом случае составляет от нескольких микроампер до десятых долей миллиампера, что ниже порога чувствительности человека при частоте 50 Гц (1,5 мА).Комплект Эп-4(0) Тесла рассчитан на протекание «в обход» тела человека тока величиной до 100 А в течение одной двух минут. При этом нагрев комплекта не приводит к разрушению его защитных элементов и не вызывает дискомфортных ощущений у пользователя. Все это свидетельствует о способности Эп-4(0) Тесла защищать персонал при попадании под напряжение, наведенное емкостным и индуктивным путем, когда величина тока может достигать десятков ампер. Комплект, похожий на обычную спецодежду, включает в себя специальную электропроводящую обувь, рабочий костюм и перчатки.

Март 11th, 2016|

Причини виникнення

Наведене напруга в більшості випадків буде виникати на виведеній в ремонт і знеструмленій повітряної лінії електропередач. Також виникнення може відбутися в тому випадку, якщо поряд з високовольтною лінією буде розташовуватися електромагнітне поле. Таким чином, ВЛ, яка приходить паралельно відключеній лінії наводить сторонній потенціал, який в подальшому буде надавати небезпеку для ремонтної бригади.

На даний момент значення наведеної напруги в проводі може змінюватися в залежності від протяжності ділянки, на якому ВЛ будуть йти паралельно. Також на зміну значення буде впливати віддаленість фазних проводів, метеорологічних умов. Потенціал, який буде наведений на ВЛ може поєднувати в собі два види впливу – електромагнітну і електростатичну складову:

• Електромагнітна частина буде з’являтися під дією магнітного поля, що виникає від протікання струму по працюючої поруч ВЛ. Відмінною особливістю є те, що при заземленні, навіть в декількох місцях лінії вона не буде змінювати свою величину. Єдине, що можна змінити за допомогою заземлення, так це те, що це розташування точки нульового потенціалу.
• Електростатична частина на відміну електромагнітної усувається шляхом заземлення лінії в її кінцях і разом ведення робіт. Щоб знизити величину наведеної напруги необхідно встановити хоча б в одній точці ВЛ.

Дізнайтеся також про переносне заземлення і його принцип роботи.

Тепер необхідно більш детально розібратися про наведене напруга і природу його виникнення. Щоб зрозуміти, як воно з’являється вивчіть фото, яке розташоване нижче:

Якщо буде матися провідник, який на картинці позначений, як А-А. Якщо за нього буде протікати змінний струм, тоді буде створюватися електромагнітне поле інтенсивність, якого буде зменшуватися в міру віддалення від провідника. Також можуть бути змінені пульсації електромагнітного поля зі зміною напрямку і величини струму. Якщо в полі потрапить будь-який інший в ньому може індукуватися наведене напруга. Нижче на картинці будуть показані провідники з підключеними вимірювальними приладами для певної величини напруги:

На даний момент багато хто не знають, яке значення буде небезпечним для персоналу? Якщо на вимкненій ПЛ буде присутня напруга і його значення не буде перевищувати 25 Ст. Всі ремонтні заходи будуть проводитися із застосуванням звичайних засобів захисту. Якщо величина буде перевищено, тоді необхідно буде користуватися спеціальними засобами захисту і виконувати різноманітні технічні заходи. На даний момент такими заходами безпеки можуть бути разземление початку і кінці лінії, розріз дроти.

Причины возникновения

Наведенное напряжение возникает на выведенной в ремонт и обесточенной воздушной линии электропередач (ВЛ), вследствие влияния на нее электромагнитного поля расположенной в непосредственной близости работающей электроустановки или другой ВЛ, которая находится под напряжением. Таким образом, ВЛ, которая проходит параллельно отключенной линии, наводит сторонний потенциал, который представляет существенную опасность для обслуживающей ремонтной бригады. Значение наведенного напряжения в проводе изменяется в зависимости от протяженности участка, на котором ВЛ идут параллельно, тока нагрузки и величины рабочего напряжения, отдаленности фазных проводов, метеорологических условий. Потенциал, который наведен на ВЛ, объединяет в себе два вида воздействия – электромагнитную и электростатическую составляющую:

• Электромагнитная часть появляется под действием магнитного поля, возникающего от протекания тока по работающей рядом ВЛ. Отличительной особенностью данной составляющей является то, что при заземлении даже в нескольких местах линии, она не изменяет свою величину. Единственное, что можно изменить с помощью заземлений – это расположение точки нулевого потенциала.
• Электростатическая часть, в отличие от электромагнитной, устраняется путем заземления линии в ее концах и в месте ведения работ. Снизить же величину наведенного напряжения возможно установив заземление хотя бы в единственной точке ВЛ.

Давайте рассмотрим подробнее, что это такое – наведенное напряжение и природу его возникновения. Чтобы понять, как оно появляется, обратимся к фото, на котором изображен проводник:

Имеется проводник, обозначенный на картинке как А-А. При протекании по нему переменного тока создается электромагнитное поле, интенсивность которого уменьшается по мере отдаления от проводника (на изображении можно заметить снижение яркости окраски). Также изменяются пульсации электромагнитного поля с изменением направления и величины тока. При попадании в поле любого другого проводника в нем индуцируется наведенное напряжение. Ниже на картинке показаны проводники с подключенными измерительными приборами для определения величины напряжения:

Какое значение считается опасным для персонала? Считается, что если на отключенной ВЛ присутствует наведенное напряжение и его значение не превышает 25 В, то ремонтные мероприятия производятся с применением обычных средств защиты. В случае превышения безопасной величины следует пользоваться специальными средствами защиты и выполнять технические мероприятия, обеспечивающие требуемую степень защиты от опасного воздействия наведенного потенциала. Такими мерами безопасности могут быть разземление вначале и конце линии, разрез провода, установка заземления на участках ВЛ.

Узнать о том, какие электрозащитные средства используют в установках выше 1000 Вольт, вы можете из нашей статьи!

Ученые ИРНИТУ запатентовали способ компенсации наведенного напряжения на месте производства работ

Сотрудники Института энергетики ИРНИТУ Геннадий Муссонов и Наталья Снопкова запатентовали способ компенсации наведенного напряжения на месте производства работы на отключенной воздушной линии электропередачи. Заявленное изобретение позволяет обеспечить безопасность выполнения ремонтных работ систем транспортировки и распределения электроэнергии, в частности, отключенных воздушных ЛЭП, на которых наводится дополнительное напряжение от соседних работающих линий.

Согласно правилам устройства электроустановок, для проведения ремонтных работ необходимо снизить наведенное напряжение до требуемых 25 В, что не обеспечивает безопасности. Проблема заключается в том, что даже такой уровень напряжения обеспечить сложно. Наведенное напряжение в каждом фазном проводе отключенной линии можно условно представить в виде суммы двух составляющих: электростатической и электромагнитной. Электростатическая составляющая снижается до безопасного уровня при заземлении ее в точке производства работ. В электромагнитной  уровень наведенного напряжения слабо зависит от того, заземлен фазный провод отключенной линии или нет. Данная составляющая обусловлена суммарным влиянием магнитных и электромагнитных полей, создаваемых токами соседних работающих линий и других электроустановок.

Как отмечают изобретатели, задачей разработки является создание надежной и простой технологии определения, контроля и управления текущим значением величины наведенного напряжения в каждом фазном проводе отключенной воздушной линии электропередачи. Это позволяет в эксплуатации сократить временные затраты на ремонтные работы, получить возможность постоянного мониторинга и компенсации наведенного напряжения до нулевого значения. Кроме того,  повышается  безопасность работ в электроустановках для обслуживающего и ремонтного персонала.

Прототипом является ранее запатентованный в ИРНИТУ способ, в котором предварительно определяют суммарную мощность источника наведенного напряжения, измеряют величину суммарного наведенного напряжения на месте работ и подключают между контуром заземления опоры линии и заземляющими проводами регулируемый источник мощности. К сожалению, данный способ имеет ряд ошибочных утверждений и до конца не решает задачу снижения величины наведенного напряжения и защиты работающего на линии персонала.

Согласно запатентованному способу, в месте производства работ фазные провода отключенной линии и контур заземления опоры соединяют заземляющими проводами. С помощью специальных приборов измеряют величину наведенного напряжения и значение фазы, определяют мощность источника наведенного напряжения, формируют для каждого фазного провода автономный источник мощности. При этом важна возможность постоянного мониторинга и регулирования величины и фазы компенсирующего напряжения. Данное напряжение в течение всего времени производства работ должно быть равным по величине наведенному напряжению в фазном проводе и находится в противофазе к нему.

В качестве регулируемого источника мощности и фазы может использоваться автономный бензиновый или дизельный генератор, внутренняя сеть автомобиля, аккумуляторы и т.д. При современном уровне развития полупроводниковой и цифровой техники контроль и компенсация величины остаточного наведенного напряжения может осуществляться в автоматическом режиме. 

Голос опыта: понимание индуцированного напряжения

Электроэнергетикам потребовалось много лет, чтобы разобраться в индуцированном напряжении. Когда я начал работать в 1960-х годах, мне объяснили, что напряжение, остающееся на обесточенных линиях, представляет собой статическое напряжение, которое необходимо сбросить, иначе оно может быть смертельным. Теперь, когда я говорю с группами о временном системном заземлении для защиты сотрудников, я иногда все еще слышу термин «статическое напряжение», используемый для описания того, что на самом деле является наведенным напряжением от соседней линии, находящейся под напряжением.Даже сегодня не все в отрасли полностью понимают наведенное напряжение.

Итак, что такое наведенное напряжение? Вот некоторые вещи, которые должны понимать специалисты по безопасности и эксплуатации. Электромагнитное поле вокруг проводника под напряжением создает емкостную и магнитную связь со всеми близлежащими объектами в пределах электромагнитного поля. Уровень напряжения проводника под напряжением и физическая длина обесточенного проводника, который подвергается воздействию проводника (источника) под напряжением, будут определять величину напряжения на обесточенном проводнике или оборудовании.Обесточенный проводник или часть оборудования будут оставаться под напряжением, пока источник остается под напряжением, а обесточенное оборудование остается незаземленным. Правильно установленные временные системные площадки безопасности можно использовать для создания уравновешенной рабочей зоны для сотрудников.

Наведенное напряжение на обесточенном оборудовании не статично, и его нельзя сбросить. Установленные защитные заземления системы просто обеспечивают проводящее соединение индуцированного напряжения с землей. После удаления заземления индуцированное напряжение мгновенно возвращается к точно такой же величине напряжения.Это напряжение 60 циклов в секунду в установившемся состоянии, потому что нет другого пути, по которому может течь электричество, кроме изолированного проводника или оборудования под напряжением. Если заземление применяется к обесточенным проводникам, напряжение немедленно упадет почти до нуля, но теперь физика изменилась, и в заземлении системы устанавливается ток. Сила тока, протекающего в заземляющих устройствах, определяется величиной наведенного напряжения на обесточенном оборудовании до установки заземления, а также сопротивлением заземляющего устройства и земли.Кроме того, чем больше наборов заземлений применяется к обесточенной линии, тем меньше ток протекает в каждом наборе заземлений.

Существенные изменения
За последние 10 лет произошло множество травм и смертельных случаев, связанных с неспособностью контролировать наведенное напряжение. В 2014 году в правила OSHA 29 CFR 1910.269 была внесена пара значительных изменений в попытке решить проблемы наведенного напряжения.

Во-первых, давайте взглянем на пункт 1910.269 (m), «Выключение линий и оборудования для защиты сотрудников.«Правило всегда гласило, что работодатель должен обеспечить установку заземления системы. В частности, параграф 1910.269 (m) (3) (vii) гласит следующее: «Работодатель должен обеспечить установку защитных оснований в соответствии с требованиями параграфа (n) этого раздела».

До тех пор, пока не будут заземлены обесточенные линии и оборудование, параграф 1910.269 (n) требует, чтобы сотрудники придерживались минимального подхода и считали, что обесточенные линии и оборудование должны быть под напряжением. Согласно 1910.269 (n) (3), должна быть установлена ​​эквипотенциальная зона.В абзаце указано следующее: «Эквипотенциальная зона. В таких местах должны быть размещены временные защитные площадки и организованы таким образом, чтобы работодатель мог продемонстрировать, что они предотвратят воздействие на каждого работника опасной разницы в электрическом потенциале ».

В попытке управлять опасной энергией и наведенным напряжением, значительное изменение в 1910.269 (q), «Воздушные линии и работа без оборудования под напряжением», осталось практически незамеченным, когда новое правило 1910.269 было опубликовано в 2014 году, и никакого внимания не было. к нему во время первых вебинаров о новом правиле.Объяснение изменения можно найти в 1910.269 (q) (2) (iv). До обновления 2014 года, если бригады работали или устанавливали проводники параллельно линиям под напряжением, заземления системы требовались на расстоянии не менее 2 миль друг от друга. Таким образом, при работе на заземленных линиях сотрудники никогда не будут находиться более чем в миле от набора временных защитных сооружений. Оказывается, 1 миля от ряда защитных сооружений системы на полосе отвода 345 кВ или 500 кВ может быть слишком далеко, что может подвергнуть сотрудников опасной разнице потенциалов, если они коснутся обесточенных линий или оборудование.

Обновленный 1910.269 (q) (2) (iv) теперь гласит следующее: «Прежде чем сотрудники установят линии, параллельные существующим линиям, находящимся под напряжением, работодатель должен определить приблизительное напряжение, которое будет индуцировано в новых линиях, или работа должна исходить из предположения, что индуцированное напряжение опасно. Если работодатель не может продемонстрировать, что линии, которые устанавливают работники, не подвержены наведению опасного напряжения, или если линии не рассматриваются как находящиеся под напряжением, в таких местах должны быть размещены временные защитные заземления и организованы таким образом, чтобы работодатель мог демонстрация предотвратит воздействие на каждого сотрудника опасной разницы в электрическом потенциале.”

Примечание 1 к параграфу 1910.269 (q) (2) (iv) гласит: «Если работодатель не принимает мер предосторожности для защиты сотрудников от опасностей, связанных с непроизвольной реакцией от поражения электрическим током, существует опасность, если индуцированное напряжение достаточно для прохождения тока. 1 миллиампер через резистор на 500 Ом. Если работодатель защищает сотрудников от травм из-за непроизвольной реакции на поражение электрическим током, существует опасность, если результирующий ток будет более 6 миллиампер ».

Вы могли заметить, что текст 1910 г.269 ​​(n) (3) был скопирован и добавлен к 1910.269 (q) (2) (iv) в попытке обеспечить защиту сотрудников от опасных перепадов потенциала. Методы определения местоположения заземления на проводниках могут потребовать заземления чаще, чем на расстоянии 2 миль, чтобы уменьшить риски разницы потенциалов. После подключения проводов дополнительные защитные заземления системы снизят индуцированное напряжение и будут соответствовать нормативам.

После разговоров со многими рабочими об индуцированном напряжении возникло мнение, что после установки заземления вся линия обесточивается.Наука говорит нам, что защитное заземление системы — единственное место на заземленной линии, где напряжение относительно земли равно нулю. В случае наведенного напряжения, чем дальше вы находитесь от временного заземления, тем больше вероятность разницы потенциалов между заземленными проводниками и другими поверхностями — отсюда и изменение правил. Обратите внимание, что когда сотрудники работают в заземленной корзине крана или JLG в заземленной цепи на полосе отвода или на подстанции, в промежутке между автобусом и платформой будет разность потенциалов.Эти токопроводящие платформы должны быть соединены с заземленными проводниками, чтобы закрыть этот разрыв и защитить рабочих в корзине от разницы потенциалов.

Кроме того, даже когда оборудование заземлено, а шина или проводники заземлены, могут существовать циркулирующие токи заземления, связанные с наведенным напряжением и путем к земле. Заземляющее оборудование в другом месте, даже на большой подстанции, может создать опасные условия на территории.

Заключение
Мы должны помнить, что электричество не идет только по пути наименьшего сопротивления, как мне говорили много лет назад.Вместо этого электричество пойдет по всем проводящим путям. Закон Кирхгофа о делении тока в параллельных цепях помогает нам понять, что величина тока, протекающего по пути, определяется импедансом и сопротивлением пути. Требуется всего около 50 вольт переменного тока, чтобы проникнуть через кожу человека, и от 30 до 50 миллиампер, чтобы быть смертельным для человека. У человека в электрической цепи всего лишь резистор сопротивлением 1000 Ом. Все сотрудники должны быть знакомы с законом параллельных сопротивлений и законом Ома.

Об авторе: Дэнни Рейнс, CUSP, консультант по безопасности, распределение и передача, ушел на пенсию из Georgia Power после 40 лет службы и открыл Raines Utility Safety Solutions LLC, обеспечивающий обучение соблюдению, оценку рисков и программы наблюдения за безопасностью. Он также является аффилированным инструктором в Технологическом исследовательском центре Джорджии OSHA Outreach в Атланте.

Заземление системы для защиты персонала от наведенных напряжений

В последней части «Голоса опыта» мы рассмотрели правила OSHA для передачи и заземления распределительного оборудования
(T&D).На этот раз мы собираемся обсудить, где
и как возникают наведенные напряжения, и, что более важно, как защитить сотрудников от опасностей
, связанных с наведенными напряжениями, с помощью надлежащего заземления системы.

«Он не мертв, пока не обоснован» — одно из старейших и наиболее неточных утверждений, сделанных в
нашей отрасли. Это также одна из первых вещей, которые мне когда-либо сказали, когда я начал работать в Georgia
Power в 1967 году помощником линейной бригады. Прошло много лет, прежде чем я узнал истинное значение заземления системы
.

В то время наведенные напряжения назывались «статическими» и в основном обнаруживались при обесточивании линий T&D
в коридоре с другими линиями электропередачи. Даже реконструкция распределительной линии — путем изменения схемы
и использования разводных рычагов для разводки фазовых проводов, чтобы можно было установить новые проводники
— потребует напряжения на новых, еще не находящихся под напряжением проводниках, когда они находятся в воздухе,
изолированы и изолированы. Поэтому заземление следует устанавливать после установки новых проводов
и в процессе «защелкивания» на изоляторах.

Количество наведенных напряжений определяется тремя факторами: расстоянием между обесточенными и находящимися под напряжением проводниками в коридоре; напряжение на линии под напряжением; и расстояние
, на котором линии под напряжением и без напряжения проходят параллельно в коридоре. Чем выше напряжение
линии под напряжением, тем ближе друг к другу цепи, а общее расстояние между линиями
, идущими параллельно, тем выше величина индуцированного напряжения. Напряжение на обесточенной линии представляет собой форму
емкостной связи между обесточенными и находящимися под напряжением проводниками.Обычно
имеет индуцированное напряжение в несколько тысяч вольт в обесточенных цепях в коридорах с несколькими цепями
. Несколько моих заказчиков, работающих в цепях 345 или 500 кВ, обнаружили, что напряжение
равно 10 кВ на обесточенных проводниках. Каждый должен помнить, что линии 115 кВ могут легко вызвать напряжение, достаточное для смертельного исхода. Без проверки наличия напряжения с помощью измерителя напряжения, одобренного
, очень легко быть обманутым, если вы не видите дугу во время применения
заземления.Когда обесточенные цепи пересекаются с цепями, находящимися под напряжением, или под напряжением,
все еще может иметь достаточно индуцированного напряжения, чтобы быть опасным для людей. Всего лишь 50 вольт, попадающих в тело
и 50 миллиампер, пересекающих сердце, могут вызвать фибрилляцию предсердий, потенциально смертельное состояние.

Еще одно важное соображение
Еще один факт, что рабочие должны понимать, заключается в том, что рабочее место может быть единственной присутствующей цепью,
, но несколько миль вниз по линии, цепь может идти параллельно с другими цепями, которые находятся под напряжением.
Несмотря на то, что цепи под напряжением не видны с рабочего места, существует опасность индуцированного напряжения
при работе на обесточенных линиях рядом с проводниками под напряжением. Сотрудники должны всегда ожидать, что наведенное напряжение возможно, даже если другие цепи не видны.

Наведенное напряжение действительно находится в статическом состоянии, потому что проводники изолированы, а
изолированы. Однако это не традиционное статическое напряжение, возникающее в результате однократного разряда положительного заряда
, который не может быть восстановлен физическими действиями, такими как царапание вашей обуви
о ковер и нанесение ударов током другому человеку, прикоснувшись к нему.

Наведенные напряжения возникают в результате воздушной связи проводников под напряжением. Магия
физики возникает, когда мы заземляем проводники индуцированным напряжением. Если вы установите вольтметр
на обесточенные линии, перед установкой заземления системы будет указана измеримая величина переменного напряжения. Как только будут установлены заземления, напряжение сразу упадет почти до нуля. Так вот, если бы у вас был амперметр на земле, то на земле бы сразу же увеличился на
ток.Применение заземления может привести к появлению видимой дуги, когда зажим
касается проводника. Один из давно минувших мифов гласит, что если бы дуги не было, то статического электричества
было бы недостаточно, чтобы быть опасным. Это неправда. При отсутствии видимой дуги на
может возникнуть значительный ток.

Многим из нас сказали, что когда вы заземляете, вы «сбрасываете статический заряд» с обесточенной линии.
Это еще одно неточное заявление. Когда заземление отключено от заземленных линий, измеритель amp
покажет нулевой ток, но вольтметр сразу же увидит возврат напряжения на незаземленные проводники
.Это напряжение является результатом емкостной связи от находящихся под напряжением линий
. Если вы работаете с обесточенными линиями в коридоре с электрическими линиями, на незаземленных, обесточенных проводниках всегда будет наведенное напряжение
. Эти напряжения могут быть опасными для коммунальных служб. Хорошей новостью является то, что опасности можно контролировать с помощью надлежащего заземления системы
и никогда не подключаться последовательно с незаземленным проводом и другим потенциалом
.

Основания не спасают жизни
Мой хороший друг Джим Вон и я представляем системное заземление и принципы заземления
компаниям по всей территории США.S. Во время этих презентаций мы часто говорим одну вещь, которая привлекает много внимания
: Основания не спасают жизни. Склеивание спасает жизни, а земля управляет системами. Когда
читает стандарты обслуживания и строительства OSHA, касающиеся распределения и передачи
, сообщение остается тем же. Целью заземления системы является создание неисправного состояния
, которое генерирует ток короткого замыкания, достаточный для срабатывания защиты системы и устранения неисправности.
Соединение в рабочей зоне создает эквипотенциальную рабочую зону, так что все оборудование и проводники системы
имеют одинаковый потенциал.Если потенциал такой же, сотрудники не сталкиваются с
опасными перепадами потенциалов. Кроме того, даже если линия случайно окажется под напряжением или в
возникнет неисправное состояние рядом с рабочей зоной, напряжение будет расти в рабочем месте, но если все точки контакта
в рабочей зоне равны, сотрудник, вероятно, не узнает если область была
под напряжением.

OSHA заявляет в 29 CFR 1910.269 (n) (3), что основания «должны быть размещены в таких местах и ​​
расположены таким образом, чтобы работодатель мог продемонстрировать, что они предотвратят воздействие
на каждого сотрудника опасной разницы в электрическом потенциале».«Я стараюсь напомнить всем, что стандарты
OSHA — это то, что и почему — они не инструктируют читателей о том, как выполнить требования стандарта производительности
.

Заземление

также должно быть правильно рассчитано, размещено и установлено в соответствии с величиной доступного тока короткого замыкания
. Они должны соответствовать консенсусным стандартам ASTM и IEEE в отношении конструкции зажимов
и надлежащего обслуживания, чтобы соответствовать требованиям стандартов OSHA.

Заключение
Почти на каждом уроке, который я преподаю, я задаю такой вопрос: Электричество идет путем __________? В большинстве случаев участники будут отвечать: «Наименьшее сопротивление.» Это неправда. Закон Ома утверждает
, что электричество проходит по всем проводящим путям, а закон Кирхгофа о делении тока гласит, что
величина протекающего тока определяется сопротивлением и импедансом на пути напряжения. Если применяется заземление
, цепь не будет оставаться под напряжением, пока защита системы работает так, как должна. Сотрудники должны учитывать следующее: если зона с равным потенциалом не установлена ​​с соединением
, будет ли поддерживаться достаточное напряжение в течение от двух до 10 циклов, необходимых для устранения неисправности, что
может быть вредным, если сотрудник контактирует с различиями. потенциала в рабочей зоне?

В заключение, неудивительно, что заземление системы — одна из самых неправильно понимаемых и опасных задач
, выполняемых линейными мастерами в нашей отрасли.Мы затронем еще одну связанную тему — нейтральный обратный ток
и молнии — в следующем выпуске «Голоса опыта».

Об авторе: Дэнни Рейнс, CUSP, консультант по безопасности, распределение и передача,
ушел на пенсию из Georgia Power после 40 лет службы и открыл Raines Utility Safety Solutions
LLC, обеспечивающий обучение соблюдению, оценку рисков и наблюдение за безопасностью программы. Он также
является аффилированным инструктором Технологического исследовательского центра Джорджии OSHA Outreach в Атланте.

Узнайте больше от Дэнни Рейнса из серии подкастов по безопасности коммунальных предприятий. Посетите https: // инцидент-
Prevention.com/podcasts, чтобы послушать прямо сейчас!

Индуцированное напряжение — обзор

3 РАЗРУШЕНИЕ ПЛАЗМЫ

Во время разрыва плазмы напряжение пробоя на изолированных частях может упасть до ≈120 В. Таким образом, для случаев гашения тепловой энергии требуются оценки верхнего предела для индуцированных напряжений на крионасосе. (TEQ) и текущее гашение (CQ).

Большое общее удельное сопротивление крионасоса (CP) (R_cp = 70 мОм) позволяет наведенной разности электрических потенциалов (рис. 5) выгодно распределяться по зазору между концевыми модулями (U_gap, рис.3) и изолированные части между криопанелью / рефлектором и рефлектором / вакуумным сосудом. Средством для этого служат резисторы R_cs, соединяющие изолированные консольные опоры Vespel (Рисунок 1). При R_cs ≈ R_cp напряжение на промежутке достигнет 50% напряжения контура CP (Ul_Cp). Однако, поскольку изолированные части более чувствительны к возникновению дуги, чем воздушные зазоры, будет выбран U_gap ≈ 0,6 Ul_cp, что получается при R_cs ≈ 2 R_cp. Этот выбор обеспечивает одинаковую максимальную разность потенциалов на всех изолированных компонентах.Большее значение R_cs также влечет за собой более низкие индуцированные токи в гофрированных соединениях модуля LN2 (R_ct). Дальнейшее снижение этих токов достигается за счет электрического соединения отражателя и шеврона на концах модуля.

Рисунок 5. Ip, Rp, Te, напряжения контура во время TEQ

Рисунок 3. Сеть для контроля потенциала CP

Снижение напряжения пробоя диэлектрическими материалами было продемонстрировано на имитаторе плазмы Berlin || и ⊥ к магнитному полю (B).Измерения с разрядником 16 мм вблизи границы плазмы (n _e ≈ 2 10 ¹⁸ м ⁻³ ) показали: по сравнению с пустым разрядником || B, введение изоляции уменьшает || Напряжение пробоя B в ≈4 раза. Перпендикулярно B коэффициент уменьшения ≈2. Наименьшее обнаруженное значение пробоя составило ≈1000 В.

Тушение тепловой энергии (TEQ): Сбои в плазме начинаются с внезапной потери тепловой энергии (TE). Измерения показали для значений времени спада электронной температуры (Te) вплоть до τ_ _NV ≈ 0.3 мс. Результирующее падение давления, описываемое как ßp (Te), является основной причиной смещения плазменного столба внутрь. Кроме того, произойдет внезапное сглаживание текущего профиля из-за нестабильности МГД. Результирующее падение внутренней индуктивности на единицу длины (li) высвобождает магнитную энергию, которая, в свою очередь, увеличивает ток плазмы (Ip).

Для оценок наихудшего случая временная зависимость Te, ßp и li была аппроксимирована функцией Гаусса (τ_ _NV = 0,3 мс) с единичной амплитудой.Температура электронов варьировалась от Tel: ßp1 = 1 до Te2 = 20 эВ (ßp2 ≈ 0). Для изменения li были оценены три крайних случая, все из которых начинались с ßp1 = 1 с параболическим профилем тока li1 = 1: a) только вариация ßp: Δβp = −1, b) только вариация li: ∆li = −0,5, c) суперпозиция случаев а) и б). Экспериментальный опыт совместим только с повышениями Ip в случаях a) и b). Однако для вычисления верхнего предела наведенных напряжений будет взят наихудший случай c).

Расчеты были выполнены с упрощенной геометрией, показанной на рисунке 4, которая позволяет выражать индуктивности всех цепей в терминах функций логарифмического потока ³ . Модель включает уравнения цепи для плазмы, PSL и двух низших гармоник сосуда. Смещение центра плазмы (Rp) учитывается условием равновесия в предположении отрицательного индекса затухания внешнего поля (nv ≈ — 0,9 при b / a = 1,6) ⁴ .

Рис. 4. Геометрия, взятая для расчетов

На рис. 5 показаны напряжения контура, полученные для наихудшего случая c) в центре PSL (Ul_Psl), центре криогенного насоса (Ul_Cp) и на стенке сосуда в точке A (Ul_Ve) .Очевидно, что сохранение потока PSL и стенкой сосуда эффективно защищает CP. Без резистивного моста PSL результирующие напряжения были бы в ≈3 раза больше на CP и в ≈10 раз на PSL.

Через ≈0,5 мс плазменный столб врезается в тепловой экран с радиальной скоростью ≈ 200 м / с. Таким образом, на магнитной поверхности ro = ap тороидальным полем индуцируется напряжение U _π ≈ 400 В (B _t = 1,7 Тл). Это напряжение получается из интеграла E = v × B _t вдоль силовой линии, взятой на половину полоидальной окружности.Он компенсирует на закрытых магнитных поверхностях (U _2π = 0), но направляет полоидальные гало-токи Ih_ _p на открытые магнитные поверхности и конструкцию резервуара. То же самое справедливо и для последовательного движения вниз в результате потери вертикальной устойчивости из-за внезапно увеличившегося расстояния между плазменным столбом и PSL.

Гашение тока (CQ): CQ в основном обусловлено зависимостью от Te удельного сопротивления плазмы. Поэтому описание среднего Te основано на физической модели для оценки максимальной скорости изменения Ip (Ip′_max).С оболочкой модели ⁵ (P_sh ∝ ne t_b Te ^3/2 ) значительные резистивные потери (P_res ∝ Ip ² Te ^−3/2 ) могут передаваться через пограничный слой (BL) при типичной электронная плотность ne = 5 10 ¹⁹ м ⁻³ , при условии, что толщина ШМ (t_b) приближается к ap. Таким образом, в сочетании с моделью BL Te находится через баланс мощности P_res = P_sh для температур выше уровня излучения легких примесей (от 10 до 20 эВ).

Круговую геометрию BL можно сохранить путем разложения тороидального тока в соответствии с рисунком 6.Результирующий дипольный компонент затем питает Ih_p и создает горизонтальное магнитное поле B_dp, направленное противоположно внешнему. Нулевая гармоника представляет собой измеряемый тороидальный ток (Ip) и, таким образом, определяет значение q внутри BL. С верхним пределом плотности тока jpo = Ipo / (ap ² π), постоянной во времени и пространстве, все величины могут быть легко интегрированы по t_b и связаны со значением Ipo для плоской вершины (Индекс o).

Рис. 6. Концепция пограничного слоя для CQ

Максимальные значения гало-течения и вертикальной сосудистой силы (Fz) затем находятся около Ip / Ipo ≈ 0.6. Максимум резистивного напряжения (U_res) появляется около Ip / Ipo = 0,5. Для первых двух величин результаты равны Ih_p_max / Ipo = 0,28 и Fz_max = 0,83 ap Ipo B _t / qo (≈ 700 кН для расчетных значений и qo = 2). Наибольшее значение Ip ’следует из Ip′_max = U_res_max / Lp_min, где Lp_min ≈ 1 мкГн — минимальная индуктивность плазмы, полученная из потока между внутренней стенкой сосуда и PSL. Для модели оболочки отрицательное значение Ip ’не превышает Ip′_max ≈ | 300 МА / с | можно объяснить разумным уровнем примесей (3% углерода на плоской вершине, 10% при t_b = ap).Результирующее значение Ip′_max почти не зависит от Ipo, поскольку для баланса мощности требуется Te Ip ^2/3 . Экспериментально типичные отрицательные значения Ip′_max ≈ | 500 NA / s | находятся около Ip / Ipo = 0,7 в сочетании с интенсивными радиационными потерями.

Согласно рисунку 5 напряжение контура CP после гашения тепловой энергии всегда находится между Ul_Psl и Ul_Ve. Поскольку отрицательный Ip ’также достигает уровня выше | 500 MA / s | для предположений, показанных на Рисунке 5, очевидно, что во время гашения тока также имеется достаточный запас прочности для CP от искрения.

Powerlineman Magazine — ЗАЩИТИТЕ СЕБЯ ОТ ИНДУЦИРОВАННОГО ТОКА

Обесточенная линия электропередачи, параллельная линии электропередачи под напряжением, подвержена наведенному напряжению и току от этой линии, находящейся под напряжением. В основном, на величину индуцированного тока и напряжения влияют следующие факторы:

• Напряжение на линии под напряжением. Чем выше напряжение на линии под напряжением, тем выше индуцированное напряжение на параллельной линии. Это связано с тем, что проводник под напряжением имеет вокруг себя электрическое поле, измеряемое в вольтах на расстояние, т.е.г., кВ / метр. Чем выше напряжение, тем больше электрическое поле.

• Ток, протекающий по линии под напряжением. Чем больше ток в линии, находящейся под напряжением, тем выше индуцированное напряжение в параллельной линии. Это связано с тем, что ток, протекающий по проводнику, создает вокруг него магнитное поле. Чем выше ток, тем больше магнитное поле (больше линий магнитного потока).

• Расстояние между линией под напряжением и параллельной линией.Чем ближе они друг к другу, тем выше наведенное напряжение и ток.

• Длина (расстояние), на котором прямые параллельны друг другу. Чем больше расстояние, тем выше наведенное напряжение и ток.

Незаземленный проводник, который проходит параллельно линии под напряжением, находится в ситуации индукции электрического поля ( емкостная связь ), вызванной электрическим полем вокруг линии под напряжением. Когда-то это называлось электростатической индукцией.Индуцированное напряжение может быть чрезвычайно высоким, иногда более 10% от напряжения параллельной линии под напряжением. Установка заземления на этот обесточенный проводник разряжает это высокое напряжение, но затем он сразу же снова заряжается.

Установка второго заземления на тот же проводник в другом месте помещает этот проводник в ситуацию индукции магнитного поля (, трансформаторная муфта, ), вызванная магнитным полем вокруг линии под напряжением. Когда-то это называлось электромагнитной индукцией.

Если на проводе установлено более одного заземленного участка, ток может течь через землю между заземлениями. Это называется циркулирующим током . Это вызвано индукцией от ближайшей линии, находящейся под напряжением. По мере того, как на одном и том же проводе устанавливается больше заземленных участков, создается больше путей циркулирующего тока. Пути циркулирующего тока может быть столько же, сколько и заземленных участков. Этот циркулирующий ток в каждом заземленном месте создает градиенты напряжения в земле вокруг места, где проводник заземлен.Градиенты напряжения состоят из ступенчатых потенциалов, потенциалов прикосновения и переданных потенциалов прикосновения. См. Врезку для определения этих потенциалов.

Эти разности потенциалов в земле представляют опасность поражения электрическим током для работающих на земле рабочих, находящихся в зоне градиента напряжения. Опасность варьируется от легкого поражения электрическим током до смертельного поражения электрическим током. Вот почему линейные бригады измеряют разность потенциалов в земле на рабочем месте с помощью вольтметра, называемого «ступенчатым и сенсорным комплектом».«

Одним из примеров продуктового решения является прибор Step and Touch (SNT), производимый Delta Computer Systems, Inc., Battle Ground, Вашингтон. Инструмент Delta отслеживает и сигнализирует о ступенчатом и касательном потенциале, вызванном повышением потенциала земли. При правильном использовании СНТ может повысить безопасность бригад ЛЭП. SNT (см. Рисунок 1) обеспечивает звуковые и визуальные предупреждения о тревоге, если напряжение зонда находится в опасном диапазоне. Каждый диапазон напряжения имеет отчетливую диаграмму ярких мигающих светодиодов и звукового сигнала 80 дБ (А).SNT также обнаруживает и предупреждает о потере подключения зонда и низком заряде батареи.

Несколько линейных бригад, которые работают в разных местах на одной и той же линии (проводнике) и измеряют шаговое напряжение и напряжение прикосновения на своем рабочем месте, могут увидеть это изменение напряжения, когда другая бригада устанавливает или удаляет свои собственные защитные заземления. Это связано с тем, что установка или удаление заземления на одном и том же проводе в одном месте изменяет количество путей циркуляции тока. Это изменение может увеличить потенциальную опасность в других заземленных местах вдоль этого проводника.

По этой причине, когда несколько линейных бригад работают над одним и тем же проводником в разных местах, важно, чтобы они общались друг с другом до установки или удаления защитных заземлений. Установка или удаление заземления на одном участке может иметь сильное влияние на ступеньку и напряжение прикосновения на остальных участках.

Боковая панель:

ШАГОВЫЙ ПОТЕНЦИАЛ: Напряжение между ногами человека, стоящего рядом с заземленным объектом под напряжением.Он равен разности напряжений между двумя точками на разном расстоянии от заземленного объекта (заземляющего электрода). Для защиты рабочего это расстояние обычно принимается равным примерно трех футам, или расстоянию между ногами рабочего при ходьбе. Человек может получить травму во время неисправности, просто стоя рядом с точкой заземления.

СЕНСОРНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ: Напряжение между объектом под напряжением и ступнями человека, контактирующего с объектом.Он равен разнице в напряжении между объектом (который находится на расстоянии 0 футов) и точкой на некотором расстоянии, обычно принимаемой примерно на три фута, или расстоянию, на котором рабочий может коснуться объекта, стоя на земле. .

ПОТЕНЦИАЛ ПЕРЕДАННОГО СКАЧЕНИЯ: Напряжение между объектом, находящимся под напряжением, и ногами человека, стоящего на земле, при контакте с объектом под напряжением (заземляющим электродом) через проводящую среду, такую ​​как рама или трос лебедки транспортного средства, которое был прикреплен к заземляющему электроду с помощью заземляющего кабеля.То же самое относится к работнику без защиты рабочего места, который касается проводника, заземленного на некотором удалении. Это напряжение может быть намного выше, чем «потенциал прикосновения» из-за большего расстояния между рабочим и заземляющим электродом.

Рисунок 1

Введение в защиту от электрических переходных процессов

Переходные процессы (мгновенные всплески напряжения или тока) могут нарушить или повредить продукты, подключенные к сигнальным или силовым линиям.Общие источники энергии переходных процессов связаны с молнией, электростатическим разрядом и цепями, в которых происходит резкое изменение тока из-за размыкания переключателя или короткого замыкания.

Устройства защиты от переходных процессов пытаются перенаправить энергию в этих переходных процессах, используя разницу между формой переходного процесса и предполагаемым сигналом или формой волны мощности. Наиболее распространенные схемы защиты от переходных процессов ограничивают амплитуду напряжения, амплитуду тока или время перехода в цепи, которую они защищают.

Устройства ограничения напряжения

На рисунке 1 показано, как можно использовать устройство защиты от переходных процессов с ограничением напряжения для защиты входа компонента СБИС, установленного на печатной плате. При нормальном сигнале или напряжении питания устройство имеет высокий импеданс и не оказывает существенного влияния на работу схемы. Однако, если напряжение на устройстве превышает пороговое значение, сопротивление на его выводах внезапно уменьшается, отклоняя ток от защищаемого компонента.

Рисунок 1. Защита от переходных процессов с ограничением напряжения на печатной плате.

Диоды

Диоды — это, пожалуй, наиболее распространенное защитное устройство для низковольтных устройств. Несмещенный диод обычно имеет высокий импеданс, когда потенциал на его выводах ниже примерно 0,5 В. Импеданс быстро падает при повышении напряжения. Диоды можно объединять последовательно для достижения более высоких пороговых напряжений или можно использовать стабилитроны с обратным смещением.Обычно диоды используются в приложениях, требующих порогового напряжения от 0,5 до нескольких вольт.

Диоды — это устройств с ограничением напряжения , что означает, что они проводят ток, достаточный для поддержания напряжения на пороговом уровне. Они относительно быстродействующие с достаточно коротким временем отклика для защиты чувствительных полупроводниковых вводов. Однако диоды обычно не способны рассеивать много энергии до того, как выйдут из строя. Неисправный диод может выглядеть как разомкнутая цепь или короткое замыкание, но с большей вероятностью произойдет короткое замыкание.

Варисторы

Варисторы — это еще один тип устройства ограничения напряжения, которое часто изготавливают из порошка оксида металла. Варисторы могут иметь пороговое напряжение от 0,5 до 10 вольт. Как правило, они способны рассеивать больше энергии, чем диоды, но они также могут иметь большую паразитную емкость, что может сделать их непригодными для приложений с высокоскоростными сигналами. Как и диоды, они чаще выходят из строя при коротком замыкании, чем открываются.

Тиристоры

Тиристоры — это полупроводниковые устройства, такие как диоды.Однако они обычно способны рассеивать гораздо больше энергии, чем диоды, и их можно найти с различными пороговыми напряжениями. В отличие от диодов и варисторов, тиристоры представляют собой устройства с ломом , что означает, что они эффективно «замыкаются», когда их пороговое напряжение превышается, и напряжение на них падает почти до нуля.

Газоразрядные устройства

Молниезащита для раннего телефонного оборудования в домах состояла из двух металлических частей, установленных в непосредственной близости.Когда напряжение на этих металлических деталях превысит пороговое значение, воздух между металлическими деталями выйдет из строя, образуя дугу. Это все еще эффективная схема защиты от переходных процессов для больших напряжений, но современные устройства заключены в стеклянную или пластиковую трубку, заполненную газом, который разрушается более предсказуемо, чем воздух.

Газоразрядные трубки способны рассеивать относительно большие количества энергии без повреждений. У них также относительно низкая емкость, поэтому они с меньшей вероятностью будут искажать быстрые или высокочастотные сигналы.Обычно они разрабатываются с пороговым напряжением от 10 до 100 вольт и представляют собой ломовые устройства, такие как тиристоры.

Газоразрядные трубки могут выйти из строя, что затрудняет определение правильности их работы. Однако вышедшая из строя газоразрядная трубка не помешает нормальной работе устройства, к которому она подключена. Неоновые лампы ведут себя как газоразрядные трубки и могут быть недорогим способом обеспечения первичной защиты от переходных процессов (порог ~ 70 вольт) для многих приложений.

Токоограничивающие устройства

Такие устройства, как предохранители, автоматические выключатели и устройства тепловой защиты, срабатывают по току, а не по напряжению. Эти устройства размещаются последовательно с силовыми или сигнальными линиями, ведущими к защищаемому оборудованию. Обычно они имеют очень низкий импеданс, но размыкаются (приобретают высокий импеданс), когда через них проходит слишком большой ток. После срабатывания устройства ограничения тока блокируют поступление мощности на защищаемое оборудование без необходимости рассеивать эту мощность в виде тепла.Следовательно, практически нет ограничений на количество энергии (или мощности), с которой они могут справиться. Однако устройства ограничения тока обычно не реагируют достаточно быстро, чтобы защитить оборудование от быстрых переходных процессов, вызванных молнией или электростатическим разрядом.

Устройства ограничения времени перехода

Устройствам ограничения напряжения и тока требуется определенное время для ответа. Если переходной процесс происходит быстро, повреждение может произойти до того, как защитное устройство сможет сработать.Часто лучшая защита от переходных процессов — это простой конденсатор или ферритовый шарик, предназначенный для замедления любых изменений напряжения или тока из-за индуцированных переходных процессов.

На рисунке 2 показано, как конденсатор на чувствительном входе компонента СБИС может замедлить время нарастания, связанное с любыми индуцированными переходными процессами. Часто входы интегральной схемы реагируют на очень быстрые переходные процессы, даже если это не требуется для правильной работы устройства. Например, вход сброса на микропроцессоре обычно не переключается часто.Когда он переключается, обычно не имеет значения, происходит ли переключение в микросекундах или миллисекундах. Тем не менее, эти входы часто реагируют на переходные процессы порядка наносекунд. Замедление этих входов путем добавления шунтирующего конденсатора может устранить проблемы из-за очень быстрых переходных процессов (например, возникающих в результате электростатического разряда) без какого-либо неблагоприятного воздействия на работу устройства.

Рис. 2. Использование конденсатора фильтра для замедления реакции на быстрый вход.

Конденсаторы

имеют ряд преимуществ перед другими устройствами защиты от переходных процессов.Они относительно небольшие, недорогие, и их линейное поведение относительно легко предсказать и смоделировать. У них относительно большая емкость хранения энергии по сравнению с устройствами, которые они защищают, поэтому они вряд ли выйдут из строя при правильном размере. Хотя конденсаторы обычно ведут себя как короткое замыкание при воздействии на них напряжений, превышающих их номинальное значение, их поведение в этих условиях ненадежно; поэтому конденсаторы не следует использовать в качестве устройств защиты от переходных процессов с ограничением напряжения.

Ферритовые шарики или резисторы могут использоваться для обеспечения защиты от переходных процессов с ограничением времени перехода для низкоомных (например,грамм. емкостные) входы. Преимущество ферритовых шариков в том, что на них не падает постоянное напряжение. Однако при использовании ферритового шарика важно убедиться, что сигнальный или силовой ток не насыщает ферритовый материал.

1910.269 Приложение C — Защита от опасных различий в электрическом потенциале

Приложение C к § 1910.269 — Защита от опасных различий в электрическом потенциале

I. Введение

Ток, проходящий через импеданс, создает напряжение на этом импедансе.Даже у проводников есть некоторое, хотя и небольшое, значение импеданса. Следовательно, если «заземленный» объект ¹ , такой как кран или обесточенная и заземленная линия электропередачи, приводит к замыканию на землю в линии электропередачи, на этот заземленный объект прикладывается напряжение. Напряжение, приложенное к заземленному объекту, в значительной степени зависит от напряжения на линии, от импеданса поврежденного проводника и от импеданса «истинного» или «абсолютного» заземления, представленного объектом. Если импеданс объекта, вызывающего повреждение, относительно велик, напряжение, приложенное к объекту, по существу является напряжением системы фаза-земля.Однако даже неисправности заземленных линий электропередач или хорошо заземленных опор электропередачи или структур подстанции (которые имеют относительно низкие значения импеданса относительно земли) могут привести к возникновению опасных напряжений. ² Во всех случаях степень опасности зависит от величины тока через работника и времени воздействия. В этом приложении обсуждаются методы защиты рабочих от возможности контакта заземленных объектов, таких как краны и другое механическое оборудование, с линиями электропередачи, находящимися под напряжением, и случайное включение обесточенных и заземленных линий электропередач.

II. Распределение градиента напряжения

A. Кривая распределения градиента напряжения . Абсолютное или истинное заземление служит эталоном и всегда имеет напряжение на 0 вольт выше потенциала земли. Поскольку между заземляющим электродом и абсолютным заземлением существует полное сопротивление, между заземляющим электродом и абсолютным заземлением будет разница напряжений в условиях замыкания на землю. Напряжение рассеивается с заземляющего электрода (или от точки заземления) и создает градиент потенциала земли.Напряжение быстро падает с увеличением расстояния от заземляющего электрода. Падение напряжения, связанное с этим рассеянием напряжения, является потенциалом земли. На рисунке 1 представлена ​​типичная кривая распределения градиента напряжения (при условии однородной текстуры почвы).

Рисунок 1 — Типичное напряжение — Градиентная кривая распределения

Б. Ступенчатые и сенсорные потенциалы . Рисунок 1 также показывает, что работники подвержены риску ступенчатого и сенсорного потенциалов. Ступенчатый потенциал — это напряжение между ногами человека, стоящего возле находящегося под напряжением заземленного объекта (электрода).На рисунке 1 ступенчатый потенциал равен разности напряжений между двумя точками, находящимися на разном расстоянии от электрода (где точки представляют положение каждой ступни по отношению к электроду). Человек может получить травму во время аварии, просто стоя рядом с объектом.

Потенциал прикосновения — это напряжение между заземленным объектом под напряжением (опять же, электродом) и ступнями человека, контактирующего с объектом. На рисунке 1 потенциал прикосновения равен разности напряжений между электродом (который находится на расстоянии 0 метров) и точкой, находящейся на некотором расстоянии от электрода (где точка представляет положение ног человека в контакт с объектом).Потенциал прикосновения может быть почти полным напряжением на заземленном объекте, если этот объект заземлен в точке, удаленной от места, где с ним контактирует человек. Например, кран, заземленный на нейтраль системы и контактирующий с линией под напряжением, подвергнет любого человека, контактирующего с краном или его неизолированной линией нагрузки, потенциалом прикосновения, почти равным полному напряжению короткого замыкания.

На рисунке 2 показаны потенциалы шага и касания.

Рисунок 2 — Возможности шага и касания

III.Защита рабочих от опасной разницы в электрическом потенциале

А. Определения . Следующие определения применяются к разделу III этого приложения:

Облигация . Электрическое соединение токопроводящих частей, предназначенное для поддержания общего электрического потенциала.

Соединительный кабель (соединительная перемычка) . Кабель, соединенный с двумя токопроводящими частями для соединения частей друг с другом.

Кластерная штанга . Клемма, временно прикрепленная к конструкции, которая обеспечивает средства для прикрепления и соединения заземляющих и соединительных кабелей с конструкцией.

Земля . Проводящее соединение между электрической цепью или оборудованием и землей или с некоторым проводящим телом, которое служит вместо земли.

Кабель заземления (заземляющая перемычка) . Кабель, соединяющий обесточенную часть и землю. Обратите внимание, что заземляющие кабели несут ток повреждения, а соединительные кабели, как правило, нет. Кабель, который соединяет две токопроводящие части, но пропускает значительный ток короткого замыкания (например, перемычка, соединяющая одну фазу и заземленную фазу), является заземляющим кабелем.

Заземляющий мат (сетка заземления) . Временно или постоянно установленный металлический мат или решетка, которые создают эквипотенциальную поверхность и обеспечивают точки соединения для крепления заземления.

B. Анализ опасности . Работодатель может использовать инженерный анализ энергосистемы в условиях отказа, чтобы определить, будут ли возникать опасные скачки напряжения и напряжения прикосновения. Анализ должен определить напряжение на всех проводящих объектах в рабочей зоне и время, в течение которого напряжение будет присутствовать.На основе этого анализа работодатель может выбрать соответствующие меры и защитное оборудование, включая меры и защитное оборудование, описанные в Разделе III этого приложения, для защиты каждого сотрудника от опасной разницы в электрическом потенциале. Например, из анализа работодатель будет знать напряжение, остающееся на токопроводящих объектах после того, как сотрудники установят оборудование для соединения и заземления, и сможет выбрать изолирующее оборудование с соответствующими характеристиками, как описано в параграфе III.C.2 этого приложения.

C. Защита рабочих на земле . Работодатель может использовать несколько методов, включая эквипотенциальные зоны, изоляционное оборудование и ограниченные рабочие зоны, чтобы защитить работников на земле от опасных перепадов электрического потенциала.

1. Эквипотенциальная зона защитит находящихся в ней рабочих от опасного скачка и прикосновения. (См. Рис. 3.) Эквипотенциальные зоны, однако, не будут защищать сотрудников, находящихся полностью или частично за пределами защищенной зоны.Работодатель может установить эквипотенциальную зону для рабочих на земле по отношению к заземленному объекту, используя металлический коврик, соединенный с заземленным объектом. Работодатель может использовать сетку заземления для выравнивания напряжения внутри сети или связывания проводящих объектов в непосредственной рабочей зоне, чтобы минимизировать потенциал между объектами и между каждым объектом и землей. (Однако прикрепление объекта за пределами рабочей области может увеличить потенциал прикосновения к этому объекту.) Раздел III.D этого приложения обсуждает эквипотенциальные зоны для сотрудников, работающих на обесточенных и заземленных линиях электропередач.

2. Изоляционное оборудование, такое как резиновые перчатки, может защитить сотрудников, работающих с заземленным оборудованием и проводниками, от опасного потенциала прикосновения. Изолирующее оборудование должно быть рассчитано на максимальное напряжение, которое может быть приложено к заземленным объектам в условиях неисправности (а не на полное напряжение системы).

3. Ограничение доступа сотрудников к участкам, где может возникнуть опасный шаг или возможность прикосновения, может защитить сотрудников, не участвующих напрямую в выполнении операции.Работодатель должен обеспечить, чтобы работники, находящиеся на земле в непосредственной близости от передающих конструкций, находились на расстоянии, на котором ступенчатое напряжение было бы недостаточным, чтобы вызвать травму. Сотрудники не должны обращаться с заземленными проводниками или оборудованием, которое может оказаться под напряжением до опасного напряжения, за исключением случаев, когда сотрудники находятся в эквипотенциальной зоне или защищены изоляционным оборудованием.

Рисунок 3 — Защита от градиентов потенциала земли

D. Защита работников, работающих на обесточенных и заземленных ЛЭП .Этот Раздел III.D Приложения C устанавливает руководящие принципы, помогающие работодателям соблюдать требования § 1910.269 (n) по использованию защитного заземления для защиты сотрудников, работающих на обесточенных линиях электропередач. Параграф (n) § 1910.269 применяется к заземлению линий передачи и распределения и оборудования с целью защиты рабочих. Параграф (n) (3) § 1910.269 требует, чтобы в таких местах были размещены временные защитные площадки и устроены таким образом, чтобы работодатель мог продемонстрировать, что они предотвратят воздействие на каждого работника опасной разницы в электрическом потенциале. ³ Разделы III.D.1 и III.D.2 этого приложения содержат рекомендации, которые работодатели могут использовать при демонстрации, требуемой согласно § 1910.269 (n) (3). В разделе III.D.1 этого приложения приведены инструкции о том, как работодатель может определить, подвергаются ли определенные методы заземления работникам опасным перепадам электрического потенциала. В разделе III.D.2 этого приложения описаны методы заземления, которые работодатель может использовать вместо инженерного анализа для демонстрации, требуемой § 1910.269 ​​(п) (3). Управление по охране труда и здоровья будет рассматривать работодателей, которые соответствуют критериям, указанным в этом приложении, как отвечающих § 1910.269 (n) (3).

Наконец, в разделе III.D.3 этого приложения обсуждаются другие соображения безопасности, которые помогут работодателю выполнить другие требования в § 1910.269 (n). Следование этим рекомендациям защитит рабочих от опасностей, которые могут возникнуть при подаче напряжения на обесточенную и заземленную линию.

1. Определение безопасных пределов тока тела .В Разделе III.D.1 Приложения C приведены инструкции о том, как работодатель может определить, опасны ли какие-либо различия в электрическом потенциале, которым могут подвергаться работники, в рамках демонстрации, требуемой согласно § 1910.269 (n) (3).

Стандарт Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) 1048-2003, Руководство IEEE по защитному заземлению линий электропередач, предоставляет следующее уравнение для определения порога фибрилляции желудочков, когда продолжительность поражения электрическим током ограничена:

, где I — ток, протекающий через тело рабочего, а t — продолжительность тока в секундах.Это уравнение представляет порог фибрилляции желудочков для 95,5% взрослого населения с массой 50 кг (110 фунтов) или более. Уравнение действительно для текущей продолжительности от 0,0083 до 3,0 секунды.

Чтобы использовать это уравнение для установки безопасных пределов напряжения в эквипотенциальной зоне вокруг рабочего, работодатель должен принять значение сопротивления тела рабочего. В стандарте IEEE Std 1048-2003 указано, что «для определения общее сопротивление тела обычно принимается равным 1000 Ом.. . ограничения по току тела ». Однако работодатели должны знать, что полное сопротивление тела рабочего может быть существенно меньше этого значения. Например, IEEE Std 1048-2003 сообщает о минимальном сопротивлении рукопашной в 610 Ом и внутреннем корпусе. сопротивление 500 Ом. Внутреннее сопротивление тела лучше отражает минимальное сопротивление тела рабочего, когда сопротивление кожи падает почти до нуля, что происходит, например, когда есть трещины на коже рабочего, например, от порезов или от волдыри, образовавшиеся в результате поражения электрическим током или намокания рабочего в местах соприкосновения.

Работодатели могут использовать уравнение IEEE Std 1048-2003 для определения безопасных пределов тока тела только в том случае, если работодатель защищает рабочих от опасностей, связанных с непроизвольными мышечными реакциями от поражения электрическим током (например, опасность для рабочего от падения в результате поражения электрическим током). шок). Более того, уравнение применимо только тогда, когда продолжительность поражения электрическим током ограничена. Если меры предосторожности, которые принимает работодатель, включая те, которые требуются применимыми стандартами, не обеспечивают адекватной защиты сотрудников от опасностей, связанных с непроизвольными реакциями от поражения электрическим током, существует опасность, если индуцированное напряжение достаточно для пропускания тока в 1 миллиампер через 500-омный кабель. резистор.(Резистор на 500 Ом представляет сопротивление работника. Ток в 1 миллиампер — это порог восприятия.) Наконец, если работодатель защищает сотрудников от травм из-за непроизвольной реакции от удара электрическим током, но продолжительность удара электрическим током составляет неограничен (то есть, когда ток короткого замыкания на рабочем месте будет недостаточным для отключения устройств, защищающих цепь), существует опасность, если результирующий ток будет более 6 миллиампер (признанный порог отпускания для рабочих ⁴ ).

2. Допустимые способы заземления работодателей, не выполняющих инженерное определение . Методы заземления, представленные в этом разделе этого приложения, гарантируют, что разница в электрическом потенциале будет как можно меньше и, следовательно, соответствует § 1910.269 (n) (3) без инженерного определения разности потенциалов. Эти методы основаны на двух принципах: (i) метод заземления должен гарантировать, что цепь размыкается в кратчайшие доступные промежутки времени, и (ii) метод заземления должен гарантировать, что разность потенциалов между токопроводящими объектами в рабочей зоне сотрудника будет минимальной. возможный.

Пункт (n) (3) § 1910.269 не требует, чтобы методы заземления соответствовали критериям, заложенным в этих принципах. Вместо этого параграф требует, чтобы защитные площадки были «размещены в таких местах и ​​организованы таким образом, чтобы работодатель мог продемонстрировать, что они предотвратят воздействие на каждого работника опасной разницы в электрическом потенциале». Однако, если практика заземления работодателя не соответствует этим двум принципам, работодатель должен будет выполнить инженерный анализ, чтобы продемонстрировать, что требуется согласно § 1910.269 ​​(п) (3).

и. Обеспечение того, чтобы цепь разомкнулась в кратчайшие возможные сроки очистки . Как правило, чем выше ток повреждения, тем короче время отключения для того же типа повреждения. Следовательно, чтобы обеспечить максимально быстрое время отключения, метод заземления должен максимизировать ток короткого замыкания с подключением к земле с низким импедансом. Работодатель достигает этой цели, заземляя проводники цепи на лучшее заземление, доступное на рабочем месте. Таким образом, работодатель должен заземлить нейтральный провод заземленной системы, если таковой имеется.Заземленная нейтраль системы имеет прямое соединение с землей системы у источника, что приводит к чрезвычайно низкому сопротивлению относительно земли. На подстанции работодатель может вместо этого заземлить сеть подстанции, которая также имеет чрезвычайно низкий импеданс относительно заземления системы и, как правило, подключается к заземленной нейтрали системы, если таковая имеется. Заземление удаленной системы, такое как заземление опор и опор, имеет более высокий импеданс относительно заземления системы, чем заземленные нейтрали системы и заземляющие сети подстанции; однако работодатель может использовать удаленное заземление, когда заземления с более низким сопротивлением недоступны.При отсутствии заземленной нейтрали системы, сети подстанции и удаленного заземления работодатель может использовать временное заземленное заземление на рабочем месте.

Кроме того, если сотрудники работают в трехфазной системе, метод заземления должен закоротить все три фазы. Короткое замыкание всех фаз обеспечит более быстрое отключение и снизит ток через кабель заземления, соединяющий обесточенную линию с землей, тем самым снизив напряжение на этом кабеле. Короткое замыкание не должно происходить на рабочем месте; тем не менее, работодатель должен рассматривать любой провод, который не заземлен на рабочем месте, как находящийся под напряжением, потому что незаземленные проводники будут находиться под напряжением при повреждении во время повреждения.

ii. Обеспечение минимальной разницы потенциалов между токопроводящими объектами в рабочей зоне сотрудника . Чтобы добиться как можно более низкого напряжения на любых двух проводящих объектах в рабочей зоне, работодатель должен соединить все токопроводящие объекты в рабочей зоне. В этом разделе этого приложения обсуждается, как создать зону, которая минимизирует разницу в электрическом потенциале между проводящими объектами в рабочей зоне.

Работодатель должен использовать соединительные кабели для соединения проводящих объектов, за исключением металлических объектов, соединенных посредством контакта металла с металлом.Работодатель должен обеспечить герметичность контактов металл-металл и отсутствие загрязнений, таких как окисление, которые могут увеличить полное сопротивление в соединении. Например, болтовое соединение между металлическими решетчатыми элементами башни приемлемо, если соединение является плотным и не подвержено коррозии и другим загрязнениям. На рисунке 4 показано, как создать эквипотенциальную зону для металлических решетчатых башен.

Деревянные опоры являются токопроводящими предметами. Столбы могут поглощать влагу и проводить электричество, особенно при распределении и передаче напряжения.Следовательно, работодатель должен либо: (1) предоставить токопроводящую платформу, прикрепленную к заземляющему кабелю, на которой стоит рабочий, либо (2) использовать кластерные стержни для крепления деревянных столбов к заземляющему кабелю. Работодатель должен убедиться, что работники устанавливают перекладину под ногами рабочего и рядом с ним. Внутренняя часть деревянной опоры является более проводящей, чем внешняя оболочка, поэтому важно, чтобы кластерный стержень находился в проводящем контакте с металлическим шипом или гвоздем, проникающим в древесину на глубину, превышающую или равную глубине лазания рабочего. баги будут пробивать древесину.Например, работодатель может установить кластерную шину на оголенный провод заземления опоры, прикрепленный к опоре гвоздями или скобами, проникающими на необходимую глубину. В качестве альтернативы, работодатель может временно прибить токопроводящую ленту к столбу и прикрепить ленту к перекладине. На рисунке 5 показано, как создать зону уравнивания потенциалов для деревянных опор.

Примечания:

1. Работодатели должны заземлять воздушные провода заземления, которые находятся в пределах досягаемости работника.
2. Заземляющий кабель должен быть как можно короче; поэтому точки крепления между заземляющим кабелем и вышкой могут отличаться от показанных на рисунке.

Рисунок 4 — Зона уравнивания потенциалов для башни с металлической решеткой

Рисунок 5 — Эквипотенциальное заземление деревянных опор

Рисунок перепечатан с разрешения Hubbell Power Systems, Inc. (Hubbell)

OSHA пересмотрела цифру по сравнению с оригиналом Хаббелла.

Для подземных систем работодатели обычно устанавливают заземления в точках отключения подземных кабелей. Эти точки заземления обычно удалены от люка или подземного хранилища, где сотрудники будут работать с кабелем.Рабочие, контактирующие с кабелем, заземленным в удаленном месте, могут столкнуться с опасными перепадами потенциалов, если на кабель будет подано напряжение или если произойдет сбой в другом, но находящемся поблизости кабеле, находящемся под напряжением. Ток короткого замыкания вызывает градиенты потенциала в земле, и между землей, на которой стоит рабочий, и землей, на которой заземлен кабель, будет существовать разность потенциалов. Следовательно, чтобы создать эквипотенциальную зону для рабочего, работодатель должен предоставить средства подключения обесточенного кабеля к заземлению на рабочем месте, поставив работника на токопроводящий коврик, прикрепленный к обесточенному кабелю.Если кабель разрезан, работодатель должен установить перемычку через отверстие в кабеле или установить по одной перемычке с каждой стороны отверстия, чтобы гарантировать, что отдельные концы кабеля имеют одинаковый потенциал. Работодатель должен защищать работника от любых опасных перепадов потенциала каждый раз, когда нет связи между матом и кабелем (например, до того, как работник установит скрепки).

3. Прочие вопросы безопасности . Чтобы система заземления была безопасной и эффективной, работодатель также должен учитывать следующие факторы: ⁵

и. Обслуживание заземляющего оборудования . Очень важно, чтобы работодатель правильно обслуживал заземляющее оборудование. Коррозия в соединениях между заземляющими кабелями и зажимами и на поверхности зажима может увеличить сопротивление кабеля, тем самым увеличивая разность потенциалов. Кроме того, поверхность, к которой крепится зажим, такая как проводник или опорный элемент, должна быть чистой и не иметь следов коррозии и окисления, чтобы гарантировать соединение с низким сопротивлением. Кабели не должны иметь повреждений, которые могут снизить их допустимую нагрузку по току, чтобы они могли выдерживать полный ток короткого замыкания без сбоев.Каждый зажим должен иметь плотное соединение с кабелем, чтобы обеспечить низкое сопротивление и гарантировать, что зажим не отделится от кабеля во время повреждения.

ii. Длина и движение кабеля заземления . Электромагнитные силы на заземляющих кабелях во время короткого замыкания возрастают с увеличением длины кабеля. Эти силы могут привести к резкому перемещению кабеля во время повреждения и могут быть достаточно высокими, чтобы повредить кабель или зажимы и вызвать выход кабеля из строя. Кроме того, летящие кабели могут травмировать рабочих.Следовательно, длина кабеля должна быть как можно короче, а заземляющие кабели, которые могут пропускать высокий ток повреждения, должны находиться в местах, где кабели не будут травмировать рабочих во время повреждения.

---

⁵ В этом приложении обсуждаются только факторы, относящиеся к обеспечению эквипотенциальной зоны для сотрудников. Работодатель должен учитывать другие факторы при выборе системы заземления, способной проводить максимальный ток короткого замыкания, который может протекать в точке заземления в течение времени, необходимого для устранения замыкания, в соответствии с требованиями § 1910.269 ​​(п) (4) (я). IEEE Std 1048-2003 содержит рекомендации по выбору и установке заземляющего оборудования, которое соответствует § 1910.269 (n) (4) (i).

Влияние напряжения, индуцированного молнией, на полимерные изоляторы распределительных линий электропередачи

Напряжение, индуцированное молнией

За последние несколько десятилетий интерес к напряжению, индуцированному молнией, проявился в нескольких работах. Например, группа японских исследователей [14] изучала формы сигналов наведенного напряжения, одновременно измеряя формы сигналов тока удара молнии как для положительной, так и для отрицательной полярности.Три года непрерывных исследований продемонстрировали поведение наведенных напряжений по длине распределительной линии. Работа в сокращенном масштабе была проведена в [15] для моделирования канала молнии с учетом потерь на землю с целью оценки напряжения, индуцированного молнией на воздушных линиях. Между тем, исследование [16] было сосредоточено на эффекте ослабления напряжения на экранированных проводах и разрядниках перенапряжения из-за напряжения, индуцированного молнией. На сегодняшний день все большую популярность приобрели работы по оценке индуцированного молнией напряжения численными методами.Что касается простой формулы Руска, некоторые сложные модели, например [17–19]. Кроме того, как было представлено Юттагоуитом и др., Выражение Курея-Рубинштейна использовалось для расчета напряжения, индуцированного молнией из-за плоской земли и высокой вспышки конструкции [20].

Напряжение, индуцированное молнией, может быть создано на линии электропередачи за счет связи между электромагнитными полями молнии и линией электропередачи [1, 3, 4], как показано на.

Геометрия задачи.

Удар молнии на расстоянии, в конечном итоге связанный с линией электропередачи, вызывает в системе индуцированное молнией напряжение.

Для оценки индуцированного молнией напряжения на линии электропередачи необходимо смоделировать форму волны тока молнии в основании канала (точка удара и на разных высотах вдоль канала). В этом исследовании основной ток канала был смоделирован с использованием суммы двух функций Хайдлера, выраженных уравнением (1), а типичные параметры тока перечислены ниже [1, 3];

i (0, t) = [i01η1 (tГ11) nc11 + (tГ11) nc1exp (−tГ12) + i02η2 (tГ21) nc21 + (tГ21) nc2exp (−tГ22)]

(1)

Таблица 1

базовые текущие параметры канала основаны на сумме двух функций Хайдлера [3].

i 01 (кА)	i 02 (кА)	Γ 11 (мкс)	Γ 12 (мкс)	Γ 219 21 Γ 22 (мкс)	n 1	n 2	λ (м)
19,5	12,3	1	6 830 2	6 30630 2	2	1500

Где

i ₀₁ , i ₀₂ — амплитуды базового тока канала,

Γ ₁₁ , Γ ₁₂ — постоянные времени фронта

Γ ₂₁ , Γ ₂₂ — постоянные времени распада,

n _c1 , n _c2 — показатели степени (2 ~ 10),

η1 = exp⁡ [- (Γ11Γ12) (nc1Γ12Γ11) 1nc1],

η2 = exp⁡ [- (Γ21Γ22) (nc2Γ22Γ21) 1nc2].

показывает базовый ток канала с пиком тока 18,1 кА и временем до пика около 1,5 мкс [3].

Форма волны основного тока канала.

Смоделировано с использованием текущей модели MTLE для изучения эффекта на разных высотах.

В этом исследовании форма волны тока на разных высотах вдоль канала была смоделирована с использованием модели тока MTLE, выраженной уравнением (2), в котором значения λ и v были установлены на уровне 1500 м и 1 x 10 ⁸ м / s соответственно [3, 21].

Кроме того, значения электромагнитных полей молнии и напряжения, индуцированного молнией, были рассчитаны на основе аналитических выражений, как показано в уравнениях (2–4) [1, 3].

Геометрия канала молнии.

Bφ (r, z, tn) = ∑i = 1n∑m = 1k + 1 {amFi, 1 (r, z, tn, hm, i) −a′mFi, 1 (r, z, tn, h′m, i)}

(2)

Er (r, z, tn) = Er (r, z, tn − 1) + Δt × ∑i = 1n∑m = 1k + 1 {amFi, 2 (r, z, tn, hm, i) −a′mFi, 2 (r, z, tn, h′m, i)}

(3)

Ez (r, z, tn) = Ez (r , z, tn − 1) + Δt × ∑i = 1n∑m = 1k + 1 {amFi, 3 (r, z, tn, hm, i) −a′mFi, 3 (r, z, tn, h ′ м, i)}

(4)

Где:

r = радиальное расстояние относительно канала молнии,

z = высота точки наблюдения относительно поверхности земли,

Bφ → = плотность магнитного потока ,

Er → = горизонтальное электрическое поле,

Ez → = вертикальное электрическое поле,

tn = r2 + z2c + (n − 1) Δtn = 1,2,…, nmax

Δhi = {βχ2 {(cti − cti − 1) — (βcti − z) 2+ (rχ) 2+ (βcti −1 − z) 2+ (rχ) 2} для i> 1βχ2 {- (βz − cti) — (βcti − z) 2+ (rχ) 2} для i = 1

Δh′i = {βχ2 {(cti− 1 − cti) + (βcti + z) 2+ (rχ) 2− (βcti − 1 + z) 2+ (rχ) 2} для i> 1βχ2 {- (βz + cti) + (βcti + z) 2+ ( rχ) 2} fori = 1

hm, i = {(m − 1) × Δhik + hm = k + 1, i − 1 (m − 1) × Δhikfori = 1

h′m, i = {( m − 1) × Δh′ik + h′m = k + 1, i − 1 (m − 1) × Δh′ikfori = 1

Fi, 1 (r, z, tn, hm, i) = (μ04π ) {r (r2 + (z − hm, i) 2) 3i (hm, i, tn − r2 + (z − hm, i) 2c) + rc (r2 + (z − hm, i) 2) 2∂i (hm , i, tn − r2 + (z − hm, i) 2c) ∂t}

Fi, 2 (r, z, tn, hm, i) = (14πε0) {3r (z − hm, i) (r2 + ( z − hm, i) 2) 5 × i (hm, i, tn − r2 + (z − hm, i) 2c) + 3r (z − hm, i) c (r2 + (z − hm, i) 2) 4. × ∂i (hm, i, tn − r2 + (z − hm, i) 2c) ∂t + r (z − hm, i) c2 (r2 + (z − hm, i) 2) 3 × ∂2i (hm, i, tn − r2 + (z − hm, i) 2c) ∂t2}

Fi, 3 (r, z, tn, hm, i) = (14πε0) {2 (z − hm, i) 2 − r2 ( r2 + (z − hm, i) 2) 5 × i (hm, i, tn − r2 + (z − hm, i) 2c) +2 (z − hm, i) 2 − r2c (r2 + (z − hm, i ) 2) 4 × ∂i (hm, i, tn − r2 + (z − hm, i) 2c) ∂t − r2c2 (r2 + (z − hm, i) 2) 3 × ∂2i (hm, i, tn− r2 + (z − hm, i) 2c) ∂t2}

am = {Δhi2 × kform = 1andm = k + 1Δhikforothers

a′m = {Δh′i2 × kform = 1andm = k + 1Δh′ik для других

k — коэффициент деления (≥2)

иллюстрирует оцененное напряжение, индуцированное молнией на линии, где расстояние поражения составляет 50 м, а высота проводника составляет 10 м, соответственно.Принимая во внимание геометрию проблемы на рис. И, а также тот факт, что данное конкретное расстояние в 50 м находится в пределах критической зоны, вызывающей перекрытие, эти параметры используются в качестве основы для проведения экспериментальных работ. В то время как стандартная форма волны импульсного напряжения молнии 1,2 / 50 мкс, генерируемая в лаборатории, должна воспроизводить подобие реальной формы волны, полученной в естественной среде. Кроме того, высота 10 м должна отражать фактическую и типичную высоту воздушной распределительной линии.Таким образом, с учетом этих нескольких соображений, полученное пиковое индуцированное напряжение 122 кВ очень разумно выбирать и вводить в качестве источника напряжения в экспериментальной работе. Следует отметить, что типичный базовый уровень изоляции молнии (BIL) для распределительной линии 33 кВ составляет около 110 кВ и намного меньше для систем с более низким напряжением, таких как 22 кВ или 11 кВ. Это означает, что чем выше напряжение выше BIL, тем выше вероятность повреждения оборудования из-за этого наведенного напряжения.

Расчетное индуцированное напряжение при r = 50 м и h = 10 м.

Соответствующее индуцированное молнией напряжение оценивается, предполагая, что удар молнии произошел на расстоянии 50 м от линии электропередачи высотой 10 м.

Полимерный изолятор

Изоляторы, как следует из их названия, используются для изоляции токоведущих проводов от заземленной опорной конструкции. Изоляторы имеют соответствующую форму в зависимости от области применения. Раньше местные материалы использовались для изготовления изоляторов, таких как фарфор из глины, полевого шпата и кварца, и стекло из кремнезема, кальцинированной соды, доломита, известняка, полевого шпата и сульфата натрия [22].

Благодаря развитию материалов около четырех десятилетий назад в электротехнической промышленности было найдено решение, позволяющее преодолеть низкие характеристики традиционных изоляторов путем внедрения полимерного изолятора [23]. Действительно, полимерные изоляторы показали отличные характеристики в сильно загрязненных условиях по сравнению с керамическими и стеклянными типами. Превосходный материал также позволил легко обрабатывать и обслуживать, например установка и мойка. Однако органические соединения полимера гораздо более склонны к старению со временем, в основном из-за электрического перенапряжения и излучения [22–27].

В данном исследовании был изучен полимерный изолятор на 10 кВ, как показано на рисунке, а его характеристики представлены в следующей таблице:

Типичный полимерный изолятор на 10 кВ.

Таблица 2

Технические характеристики полимерного изолятора 10 кВ.

Высота конструкции )

Параметр	Значение
Номинальное напряжение (кВ)	10
Номинальная механическая нагрузка (кН)	4	250
Мин. Расстояние дуги (мм)	165
Мин. Номинальное расстояние утечки (мм)	420
906 (мм) / 118

Известно, что изолятор подвержен деградации окружающей среды.Возможно, механическая характеристика изолятора находится под большим риском. Иногда изолятор изгибается из-за весовой нагрузки линии электропередачи или воздействия внешней силы, например, упавшего дерева или неисправной опоры. Во время полевых наблюдений было зафиксировано, что изоляторы были наклонены (как показано на рисунке) из-за событий, которые, как следствие, влияют на зазор линии до ближайших заземленных частей, таких как поперечина.

Наклон изолятора в течение срока службы.

В этом исследовании значения электрического пробоя при отрицательном и положительном стандартном импульсном напряжении (1.2/50 мкс), предполагая влажные и влажные погодные условия с 4% соли. Чтобы представить влияние угла изолятора по отношению к траверсе (из-за оси силы на линии, как показано на), металлическая заземленная пластина была установлена ​​в нижней части изолятора и электрические характеристики изолятора под разными углами по отношению к металлической пластине были исследованы и определены значения тока утечки и напряжения пробоя.

Угол изолятора относительно траверсы.

Изолятор наклонен под таким углом по отношению к траверсе из-за физических нагрузок в течение срока службы.

На рис. И показаны значения 50% напряжения пробоя и тока утечки для разных углов относительно траверсы при отрицательном импульсном напряжении (1,2 / 50 мкс) и во влажных условиях.

Значения напряжения пробоя (состояние смачивания отрицательным импульсом).

Значения тока утечки (состояние отрицательного импульса смачивания).

Кроме того, иллюстрирует значение 50% напряжения пробоя для разных углов по отношению к траверсе при положительном импульсном напряжении (1,2 / 50 мкс) и во влажных условиях.

Значения напряжения пробоя (положительный импульс-влажность).

Что касается приложения к изолятору таких меньших углов, напряжение пробоя значительно снизилось. Было замечено, что время, необходимое для пробоя, также сокращается в пределах 1,5 мкс, что важно при исследовании молниезащиты.

На рис. И показан электрический пробой для различных углов изолятора относительно траверсы. Оба рисунка указывают на различную траекторию перекрытия из-за изменений зазора.

Электрический пробой для угла 90 ° относительно траверсы.

Электрический пробой для угла 60 ° относительно траверсы.

Как показано на фиг. 4, путь электрического разряда для 90 ° отличается от 60 ° из-за увеличения электрического поля в области между изолятором и траверсой.Значения 50% напряжения пробоя и тока утечки для разных углов по отношению к траверсе при отрицательном импульсном напряжении (1,2 / 50 мкс) и влажных условиях с 4% -ным содержанием соли показаны на рис.

Значения напряжения пробоя (смачивание отрицательным импульсом с 4% солевым состоянием).

Значения тока утечки (отрицательный импульс-смачивание с 4% солевым состоянием).

Кроме того, значения 50% напряжения пробоя и тока утечки для разных углов относительно траверсы при отрицательном импульсном напряжении (1.2/50 мкс) и влажные с 4% -ным содержанием соли показаны на рис.

Значения напряжения пробоя (положительный импульс-смачивание с 4% солевым состоянием).

Значения тока утечки (положительный импульс-смачивание с 4% солевым состоянием).

показывает пиковые значения напряжения пробоя и тока утечки при различных импульсах, углах изолятора и влажных условиях. Результаты показывают, что угол наклона изолятора по отношению к траверсе влияет на значения электрического пробоя как для положительных, так и для отрицательных импульсов, а также во влажных и соленых влажных условиях.Это связано с изменением распределения поля в пространстве между изолятором и траверсой. Более того, при уменьшении угла наклона изолятора значения тока утечки при пробое демонстрируют тенденцию к снижению.

Пиковые значения напряжения пробоя и тока утечки.

Представленные значения напряжения пробоя являются средними значениями 10-ти импульсных испытаний на устойчивость, и полученные данные доступны в Приложении S1.