1.1. Понятия и определения, условные обозначения

Ниже приведены некоторые определения и сведения из принятых Правил устройства электроустановок (ПУЭ), которых придерживаются при проектировании и эксплуатации электроустановок.

Электроустановка представляет собой совокупность машин, аппаратов, линий их связи и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, преобразования, трансформации, передачи и распределения электроэнергии.

Электроустановки по условиям безопасности разделяются на электроустановки напряжением до 1000 В и электроустановки напряжением более 1000 В. В настоящем справочнике даются сведения по электроустановкам напряжением 380/220 В, где 380 В — напряжение между каждыми двумя из трех токоведущих проводов трехфазной сети (между фазами), а 220 В — напряжение между каждыми из этих проводов и нулевым проводом, соединенным с нейтралью трансформатора, питающего сеть, с заземляющим устройством нейтрали и с повторным заземлением самого нулевого провода.

В электроустановке электрические машины могут производить или потреблять электроэнергию.

Электрические аппараты применяются для включения, отключения и защиты электроприемников или участков линий.

Электрические линии могут быть воздушными или кабельными.

Открытыми или наружными электроустановками называются установки, не защищенные зданием от внешних воздействий.

Закрытыми или внутренними называются установки, расположенные внутри здания.

В табл. 1. 1 приведены виды помещений в зависимости от условий среды.

Таблица 1. 1 ВИДЫ ПОМЕЩЕНИЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИЙ СРЕДЫ

В соответствие с ПУЭ электроустановки классифицируются в зависимости от пожароопасности и взрывоопасности.

Пожароопасной зоной называется пространство внутри и вне помещения, в переделах которого постоянно или периодически образуются горючие вещества и в котором они могут находиться при нормальном технологическом процессе или при его нарушении.

Взрывоопасной зоной называется помещение или ограниченное пространство в помещении или наружной установке, в которых имеются или могут образовываться взрывчатые смеси газов или паров с воздухом, кислородом или другими окислителями, а также горючей пыли или волокон с воздухом при переходе их во взвешенное состояние.

Классы пожароопасных и взрывоопасных зон приведены в табл. 1.2.

В отношении поражения людей электрическим током различаются:

1. Помещения без повышенной опасности, в которых .отсутствуют условия повышенной опасности.

2. Помещения с повышенной опасностью, в которых существует одно из условий повышенной опасности:

1) сырость или токолроводящая пыль;

2) токопроводящие полы;

3) возможность одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям, технологическим аппаратам и т. д., с одной стороны, и к корпусам электрооборудования, с другой;

4) высокая температура.

3. Особо опасные помещения, характеризующиеся наличием одного из следующих условий:

1) особая сырость;

2) химически активная или органическая среда;

3) одновременно два или более условий повышенной опасности.

Электрической сетью является совокупность электроустановок, обеспечивающих передачу и распределение электроэнергии (подстанции, распределительные устройства, воздушные и кабельные линии и т. д.)

Элементом называется часть электротехнического изделия, которая выполняет определенную функцию (резисторы, конденсаторы, транзисторы, коммутационные аппараты и т. д.).

Совокупность элементов, представляющих единую конструкцию (плата, блок, шкаф и т. д.) называют устройством.

Каждый элемент электротехнического устройства характеризуется номинальным параметром, указываемым изготовите-

Таблица 1. 2 ПОЖАРООПАСНЫЕ И ВЗРЫВООПАСНЫЕ ЗОНЫ

лем и учитываемым при его использовании (напряжение, ток, мощность). Номинальные параметры указываются и для устройств.

Для каждого элемента и устройства государственными стандартами устанавливаются условные обозначения, некоторые из них приведены в прил. 1.

Таблица 1. 3 ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ПО МЕЖДУНАРОДНОЙ СИСТЕМЕ СИ И ИХ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Продолжение табл. 1. 3

Продолжение табл. 1. 3

Окончание табл. 1. 3

Таблица 1.4 ВЫРАЖЕНИЕ НЕКОТОРЫХ ЕДИНИЦ ИЗМЕРЕНИЯ ДРУГИХ СИСТЕМ ЧЕРЕЗ ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ СИСТЕМЫ СИ

Таблица 1. 5 ПРИСТАВКИ И МНОЖИТЕЛИ ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ ДЕСЯТИЧНЫХ КРАТНЫХ И ДОЛЬНЫХ ЕДИНИЦ

1.2. Некоторые формулы электротехники

Закон Ома для участка цепи постоянного тока

U=I*R,

где U— напряжение на участке цепи, В, I— сила тока на этом участке, А, R — сопротивление участка цепи, Ом. Сопротивление проводника

R=p*l/S

где р — удельное сопротивление. Ом • м, l — длина проводника, м, S — площадь поперечного сечения проводника, м^2

Формула зависимости сопротивления проводника от температуры

Rt=Rt0[1+a(t-t0)],

где Rt и Rt0 — сопротивления проводника соответственно при температурах t и t0. С, а — температурный коэффициент сопротивления Ом/°С.

Общее сопротивление цепи:

при последовательном соединении сопротивлений

R=R1+R2+R3+. .+Rn

при параллельном соединении

Общая емкость конденсаторов:

при последовательном соединении

при параллельном соединении

С = С1 +С2 +С3+...+Сn.

Мощность постоянного тока, Вт,

Р=U*I

Энергия электрической цепи, Дж, W =Pt.

где Р — мощность, Вт, t — время, с.

Количество теплоты, выделяющееся в проводнике, Дж,

A=I^2Rt,

где I — сила тока. А, R — сопротивление проводника, Ом, t — время прохождения тока, с.

Закон Ома при переменном токе

U =IZ.

где Z — полное сопротивление, Ом.

где I — частота, Гц, w — число витков в катушке, В — индукция магнитного поля в стали магнитопровода, Т, S — площадь сечения магнитопровода, м^2. Подъемная сила электромагнита, Н,

F=3978*B^2*S*10^2;

где В — магнитная индукция. Т, S — площадь сечения электромагнита, м^2.

Частота вращения магнитного поля электрической машины, об/мин,

n=60f/p

где р — число пар полюсов машины.

Мощность однофазного переменного тока:

активная, Вт,

Р = U*Icosф, реактивная, вар,

Q = UI sinф, полная, В-А,

1. 3. Краткие сведения о надежности электротехнических устройств

Надежность — свойство технического устройства или изделия выполнять свои функции в пределах допустимых отклонений в течение определенного промежутка времени.

Работоспособность — состояние изделия, при котором оно способно выполнять свои функции в пределах установленных требований.

Отказ — событие, при котором нарушается работоспособность изделия.

Неисправность — состояние изделия, при котором оно не соответствует хотя бы одному требованию технической документации.

Наработка — продолжительность работы изделия в часах

или других единицах времени.

Наработка на отказ, или среднее время безотказной работы — среднее значение наработки ремонтируемого изделия между отказами.

Вероятность безотказной работы — вероятность того, что в данный промежуток времени не возникнет отказа изделия.

Интенсивность отказов — вероятность отказа неремонтируемого изделия в единицу времени после данного момента времени.

Безотказность — свойство изделия сохранять работоспособность в течение некоторой наработки.

Долговечность — свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с перерывами на обслуживание и ремонт.

Ресурс — наработка изделия до предельного состояния, оговоренная в технической документации.

Срок службы — календарная продолжительность работы изделия до предельного состояния, оговоренная в технической документации.

Ремонтопригодность — доступность изделия для его обслуживания и ремонта.

Отказы электротехнического изделия могут означать не только электрические или механические повреждения, но и уход его параметров за допустимые пределы. В связи с этим отказы могут быть внезапными и постепенными.

Возникновения внезапных отказов в устройстве являются случайными событиями. Эти отказы могут быть независимыми, когда отказ одного элемента в устройстве происходит независимо от других элементов, и зависимыми, когда отказ одного элемента вызван отказом других. Разделение отказов на внезапные и постепенные является условным, так как внезапные отказы могут быть вызваны развитием постепенных отказов.

Количественной характеристикой для математического определения надежности является интенсивность отказов устройства в единицу времени, которая обычно измеряется числом отказов в час.

Величина, обратная интенсивности отказов, называется средней наработкой до первого отказа и измеряется в часах.

В течение срока службы технического устройства можно выделить три периода, интенсивность отказов в которых меняется по-разному.

В первый период, называемый периодом приработки, происходит выявление конструктивных, технологических, монтажных и других дефектов, поэтому интенсивность отказов может повышаться в начале периода, понижаясь при подходе к периоду нормальной работы.

Период нормальной работы характеризуется внезапными отказами постоянной интенсивности, которая увеличивается к периоду износа.

В период износа интенсивность отказов увеличивается с течением времени по мере износа изделия.

Очевидно, основным должен быть период нормальной работы, а другие периоды являются периодами входа и выхода из этого периода.

Надежность изделия закладывается на стадии проектирования. Если принятые при этом конструкторские решения соответствуют мировому уровню, то это будет способствовать большей надежности при работе изделия. Так же влияют технология производства и грамотность кадров на всех уровнях.

На надежности изделия сказываются условия транспортировки и хранения, монтаж, наладка и обкатка, соблюдение правил эксплуатации оборудования.

1.4. Обеспечение безопасного обслуживания персоналом машин и аппаратов и защиты их от влияния окружающей среды

Имеются различные исполнения машин и аппаратов по степени защиты и среди них выбирают такие исполнения, которые были бы безопасны и надежно работали в данных условиях. Степень защиты указывается в технической документации и в паспорте, укрепляемом на машине или аппарате.

Классы электротехнических изделий по способу защиты человека представлены в табл. 1. 6.

Таблица 1. 6 КЛАССЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ ПО СПОСОБУ ЗАЩИТЫ ЧЕЛОВЕКА ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ

Характеристики степеней защиты оболочек электрооборудования напряжением до 1000 В от поражения персонала и от влияния внешней среды приведены в табл. 1. 7.

Таблица 1.7 ХАРАКТЕРИСТИКИ СТЕПЕНЕЙ ЗАЩИТЫ ОБОЛОЧЕК ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В

Окончание табл. 1. 7

Обозначения степеней защиты оболочек аппаратов показаны в табл. 1. 8.

Степени защиты электрических машин показаны в табл. 1. 9.

Условное обозначение степени защиты содержит следующие данные в указанной последовательности: a) IP — первые буквы английских слов International Protection, означающие защиту по международным нормам; б) первая цифра указывает степень защиты от соприкосновения и попадания посторонних тел; в) вторая цифра указывает степень защиты от проникновения воды.

Способ охлаждения электрической машины обозначается символом IС (первые буквы слов International Cooling, означающих охлаждение по международным нормам), и цифрами.

Таблица 1.8 УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ СТЕПЕНЕЙ ЗАЩИТЫ ОБОЛОЧЕК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НАПРЯЖЕНИЕМ,ДО 1000 В

Таблица 1.9 УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ СТЕПЕНЕЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В

Электрические машины со степенями защиты IР54 и IР44 выпускаются со способом охлаждения 1С0141. Первые две цифры (01) определяют, что внешняя поверхность машины обдувается вентилятором, насажденным на вал машины и охлаждающим машину окружающим воздухом через ее оболочку.

Следующие две цифры (41) относятся к внутренней части машины и означают, что воздух внутри машины приводится в движение самим ротором или дополнительным внутренним вентилятором и тепло внутри машины передается окружающей среде через поверхность станины, которая может быть гладкой или с ребрами.

Способ охлаждения IС0041 отличается от предыдущего отсутствием внешнего вентилятора.

При способе охлаждения IС0151 обмен теплотой между воздухом внутри и вне машины происходит с помощью встроенного охладителя.

Способ охлаждения IС01 имеют машины в исполнении IP23.

Электрооборудование обычно предназначается для работы на высоте над уровнем моря до 1000 м при температуре внешней среды не выше +40 С и не ниже —45 С.

Установлены следующие категории мест размещения электрооборудования при эксплуатации:

1 — на открытом воздухе, где они подвергаются воздействию всех природных факторов,

2 — помещения, в которых отсутствует прямое воздействие атмосферных осадков и солнечных лучей (навесы, палатки и т. д.),

3 — закрытые помещения с естественной вентиляцией без искусственно регулируемых климатических условий, где колебания температуры и влажности воздуха, солнечного света, воздействие песка и пыли меньше, чем на открытом воздухе (неотапливаемые помещения).

4 — помещения с искусственно регулируемыми климатическими условиями (производственные помещения закрытые отапливаемые и вентилируемые).

5 — помещения с повышенной влажностью, в которых возможно длительное нахождение воды или конденсированной влаги, например, неотапливаемые и невентилируемые помещения под землей, в том числе шахты и подвалы.

Электрооборудование по условиям окружающей среды может иметь следующие исполнения:

для умеренного климата У1—У5,

для холодного и умеренного климата ХЛ1—ХЛ5,

УХЛ1-УХЛ5,

для тропического климата Т1—Т5.

1.5. Электроустановки во взрывоопасных зонах

Электрооборудование таких электроустановок имеет степень защиты от взрыва окружающей взрывоопасной смеси газов и паров с воздухом в зависимости от категорий и групп этих смесей, которые показаны в табл. 1. 10 и 1. 11, где БЭМЗ — безопасный экспериментальный максимальный зазор между фланцами оболочки, через который не происходит передачи

взрыва из оболочки в окружающую среду при любой концентрации смеси в воздухе.

Температура самовоспламенения — самая низкая температура горючего вещества, при которой происходит увеличение скорости реакций, заканчивающихся пламенным горением.

Взрывозащищенное электрооборудование — электрооборудование, в котором предусмотрены конструктивные меры по устранению или затруднению возможного воспламенения окружающей взрывоопасной среды.

Уровни взрывозащиты электрооборудования.

Уровень 2 — электрооборудование повышенной надежности против взрыва — Взрывозащищенное электрооборудование, в котором защита от взрыва обеспечивается только в признанном нормальным режиме работы.

Уровень 1 — взрывобезопасное электрооборудование -— Взрывозащищенное электрооборудование, в котором взрывозащита обеспечивается как при нормальном режиме работы, так и при признанных вероятными повреждениях, определенных условиями эксплуатации, кроме повреждений средств взрывозащиты.

Уровень 0 — особо взрыаобезопасное электрооборудование — электрооборудование, в котором по отношению к взрывобезопасному электрооборудованию приняты дополнительные средства взрывозащиты, предусмотренные стандартами.

Таблица 1.10 КАТЕГОРИИ ВЗРЫВООПАСНЫХ СМЕСЕЙ ГАЗОВ И ПАРОВ С ВОЗДУХОМ

Группы взрывозащищенного электрооборудования по области его применения показаны в табл. 1.12, подгруппы электрооборудования группы II— в табл. 1. 13, температурные классы электрооборудования группы II — в табл. 1. 14.

Таблица 1.11 ГРУППЫ ВЗРЫВООПАСНЫХ СМЕСЕЙ ГАЗОВ И ПАРОВ С ВОЗДУХОМ ПО ТЕМПЕРАТУРЕ САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ

Таблица 1.12 ГРУППЫ ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ПО ОБЛАСТИ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ

Виды защиты:

взрывонепроницаемые оболочки d заполнение или продувка оболочки защитным газом

под избыточным давлением р

искробезопасная цепь i

кварцевое заполнение оболочки с токоведущими частями q

масляное заполнение оболочки с токоведущими частями о

специальный вид взрывозащиты s

защита вида «е» е

В маркировку взрывозащищенного электрооборудования входят:

знак уровня защиты электрооборудования 2,1, 0

знак, указывающий на соответствие электрооборудования стандартам на взрывозащищенное электрооборудование Ех

знак вида защиты d, р, i, q, о, s, е

знак группы или подгруппы электрооборудования II, IIA, IIВ, НС

Таблица 1 .13 ПОДГРУППЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ГРУППЫ II С ВИДАМИ ВЗРЫВОЗАЩИТЫ «ВЗРЫВОНЕПРОНИЦАЕМАЯ ОБОЛОЧКА» ИЛИ (И) «ИСКРОБЕЗОПАСНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ»

Таблица 1.14 ТЕМПЕРАТУРНЫЕ КЛАССЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ГРУППЫ II

Примеры маркировки взрывозащищенного электрооборудования приведены в табл. 1. 15.

Исполнение электрооборудования в зависимости от класса взрывоопасной зоны показано в табл. 1. 16, допустимые способы прокладки проводов и кабелей в зависимости от класса зоны — в табл. 1. 17.

Таблица 1. 5 ПРИМЕРЫ МАРКИРОВКИ ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Таблица 1.16 ИСПОЛНЕНИЕ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КЛАССА ВЗРЫВООПАСНОЙ ЗОНЫ, ГДЕ ОНО ПРИМЕНЯЕТСЯ

Окончание табл. 1. 16

* Символ «х» заменяет цифру, которая выбирается в зависимости от условий среды.:

Таблица 1.17 ДОПУСТИМЫЕ СПОСОБЫ ПРОКЛАДКИ КАБЕЛЕЙ И ПРОВОДОВ ВО ВЗРЫВООПАСНЫХ ЗОНАХ

Окончание табл. 1.17

1.6. Электроустановки в пожароопасных зонах

Степени защиты электрооборудования, применяемого в пожароопасных зонах, приведены в табл. 1. 18.

Таблица 1.18 ДОПУСТИМЫЕ СТЕПЕНИ ЗАЩИТЫ ОБОЛОЧЕК ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КЛАССА ПОЖАРООПАСНОЙ ЗОНЫ

Окончание табл. 1. 18

* Символ «х» означает, что степень защиты принимается в соответствии с условиями внешней среды в месте установки светильника.

Электропроводка внутри светильника с лампами накаливания и ДРЛ до места присоединения внешних проводов должна выполняться термостойкими проводами.

Степень защиты переносного светильника — IP54, стеклянный колпак должен быть защищен металлической сеткой.