Актуальность исследования. На долю линий электропередачи напряжением до 1000 В, суммарная протяженность которых составляет не менее 30% от общей протяженности линий, эксплуатируемых в нашей стране, приходится до 60% электропоражений от общего числа смертельных электротравм.
Существующее положение обусловлено не только тем, что эксплуатацией электроустановок указанного напряжения заняты, в основном, неквалифицированный персонал и население, не имеющее специальных знаний об опасности поражения электрическим током, но и, главным образом, несовершенством применяемых средств обеспечения электробезопасности.
Применение в качестве основного защитного средства зануления, отличающегося простотой, надежностью и экономичностью, не обеспечивает защиту при прямом прикосновении к открытым проводящим частям электроустановки. Кроме того, существует ряд недостатков, проявляющихся при защите от косвенного прикосновения: затруднение с обеспечением нормируемого времени срабатывания защитных аппаратовопасность возникновения пожаров, связанная со значительными разрушениями оборудования вследствие длительного времени отключения сетивынос опасного потенциала на зануленные корпуса электроприемников при замыкании на корпус связанного с ними электроприемника и др.
Из сказанного следует, что задача безопасной и надежной работы системы электроснабжения напряжением до 1000 В к настоящему времени в полном объеме не решена.
Цель работы — повышение уровня электробезопасности при эксплуатации электроустановок сельскохозяйственного назначения на основе раскрытой взаимосвязи между состоянием нейтрали источника питания относительно земли и уровнем электробезопасности в четырехпроводных воздушных линиях напряжением до 1000 В.
Для достижения заявленной цели поставлены задачи исследования:
1. Выполнить анализ величин токов однофазного короткого замыкания в воздушных четырехпроводных линиях напряжением до 1000 В с целью определения эффективности зануления как защитной меры.
2. Исследовать токораспределение системы «PEN-проводник — повторные заземлители — земля» в воздушных четырехпроводных линиях напряжением до 1000 В в нормальном режиме работы сети для различных условий.
3. Обосновать состав и место установки средств обеспечения электробезопасности при переходе от глухозаземленной нейтрали к изолированной в четырехпроводных воздушных линиях напряжением до 1000 В.
4. Оценить изменение уровня электробезопасности при переходе от глухозаземленной нейтрали к изолированной при эксплуатации четырехпроводных воздушных линий напряжением до 1000 В.
Объект исследования — токораспределение в четырехпроводных воздушных линиях сельскохозяйственного назначения напряжением 380/220 В в нормальном и аварийном режимах работы.
Предмет исследования — установление закономерностей, позволяющих выявить связь между состоянием нейтрали источника питания относительно земли и уровнем электробезопасности при эксплуатации четырехпроводных воздушных линий указанного напряжения;
Методологическая и теоретическая основа исследования: в основу данной работы легли труды А. И. Якобса, O.K. Никольского, А. И. Сидорова, И. Ф. Суворова, С. М. Рожавского, Ф. Д. Косоухова, А. Х. Слободкина и др. ученых, внесших значительный вклад в науку о развитии электробезопасности при эксплуатации электроустановок сельскохозяйственного назначения напряжением до 1000 В.
Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждается достаточным объемом статистических данных (параметры 252 воздушных линий напряжением 0,38 кВ), корректным применением основных законов электротехники в сочетании с известными методами анализа числовых данных.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту:
1. Установлено, что при эксплуатации систем электроснабжения сельскохозяйственного назначения напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью, в которых передача электроэнергии осуществляется с помощью четырехпроводных воздушных линий, безопасные условия не обеспечиваются не только при возникновении однофазных замыканий, но и в нормальном режиме работы линии.
2. Определены значения эквивалентного сопротивления системы «РЕМ-проводник — повторные заземлители — земля» в зависимости от места установки потребителя. Получены выражения, представляющие собой математическое описание зависимостей эквивалентных сопротивлений рассматриваемой системы.
3. Впервые получено аналитическое выражение, позволяющее определить величину тока в системе «РЕКГ-проводник — повторные заземлителиземля» при нормальном режиме работы четырехпроводной воздушной линии напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью источника питания.
4. Обоснована и разработана логико-вероятностная модель электропоражения, позволяющая количественно оценить уровень электробезопасности в четырехпроводной сети сельскохозяйственного назначения с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В путем определения вероятности возникновения электроопасной ситуации.
Практическая значимость работы и реализация ее результатов:
1. Определено условие обеспечения нормируемого времени срабатывания аппаратов защиты в исследованных воздушных линиях 0,38 кВ.
2. Определено изменение уровня электробезопасности при переходе от глухозаземленной нейтрали к изолированной при эксплуатации четырехпро-водных воздушных линий напряжением до 1000 В.
3. Предложен набор средств обеспечения электробезопасности и место их установки в четырехпроводной воздушной линии с изолированной нейтралью напряжением до 1 ООО В с учетом характеристик потребителей.
4. В 2008 году работа была поддержана грантом по программе развития научно-исследовательских работ студентов, аспирантов и молодых ученых в высших учебных заведениях Челябинской области, осуществляемой Министерством образования и науки Российской Федерации и Правительством Челябинской области.
5. Научные положения, выводы и рекомендации работы переданы в Госэнергонадзор Минэнерго России (в отдел «Работа по замечаниям и предложениям по содержанию глав 7-го издания Правил устройства электроустановок»).
6. Результаты исследований используются в учебном процессе Челябинской агроинженерной академии и Южно-Уральского государственного университета при изучении курса «Безопасность жизнедеятельности» студентами электроэнергетических специальностей, а также при подготовке специалистов по направлению «Техносферная безопасность».
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Отраженные в диссертации научные положения соответствуют области исследования специальности 05.20.02 — Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве, определяющей разработку новых методов и технических средств для снижения электротравматизма людей в условиях производства и бытазащиту сельскохозяйственных животных от поражения электрическим током.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на Всероссийской научно-технической конференции «Наука — производство — технологии — экология» ВятГУ (г. Киров, 2006 г.), на I и II Всероссийской научно-технической конференции «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий» УГНТУ (г. Уфа, 2007 г., 2009 г.), на Международной научно-практической конференции в области экологии и безопасности жизнедеятельности «Дальневосточная весна — 2008» КнАГТУ (г. Комсомольск-на-Амуре, 2008 г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Безопасность и экология технологических процессов и производств» ДонГАУ (Ростовская обл., п. Персиановский, 2008 г.), на V Международной научно-технической конференции «Наука, образование, производство в решении экологических проблем» УГАТУ (г. Уфа, 2008 г.), на VI Всероссийской научно-практической конференции «Энергетика в современном мире» ЧитГУ (г. Чита, 2009 г.), на ХЫХ и Ь Международной научно-технической конференции «Достижения науки — агропромышленному производству» ЧГАА (г. Челябинск, 2010 — 2011 гг.), на ежегодных научно-технических конференциях ЮУрГУ (г. Челябинск, 2006 — 2011 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 научных статей, в том числе 3 работы — в периодических изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы (152 наименования), пяти приложений. Содержит 143 страницы основного текста, в том числе 42 рисунка и 24 таблицы.
