ГОСТ Р 71959-2025. Национальный стандарт Российской Федерации. Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Методика расчета вероятного значения падающей энергии электрической дуги в электроустановках
(утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 28.02.2025 № 104-ст)
Примечание
Документ введен в действие с 10.11.2025.
Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 28 февраля 2025 г. № 104-ст
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
СИСТЕМА СТАНДАРТОВ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВЕРОЯТНОГО ЗНАЧЕНИЯ ПАДАЮЩЕЙ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ
Occupational safety standards system. Electrical safety. Methods for calculating the probable value of the incident energy of an electric arc in electrical installations
Дата введения 10 ноября 2025 года
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью «Экспертиза СИЗ» (ООО «Экспертиза СИЗ»)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 251 «Безопасность труда»
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 28 февраля 2025 г. № 104-ст
Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает порядок расчета вероятного значения падающей энергии электрической дуги в электроустановках (далее — расчет падающей энергии электрической дуги) на основе эмпирических моделей расчета.
Модели расчета вероятного значения падающей энергии электрической дуги (далее — модели расчета), приведенные в настоящем стандарте, применяют для электроустановок переменного тока, при эксплуатации которых существует вероятность возникновения электрической дуги.
Требования настоящего стандарта не распространяются на электроустановки постоянного тока и комплектные распределительные устройства с элегазовой изоляцией.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 12.1.009 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Термины и определения
ГОСТ 24291 Электрическая часть электростанции и электрической сети. Термины и определения
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку
3 Термины, определения и сокращения
3.1 В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 12.1.009, ГОСТ 24291, а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1.1 время горения электрической дуги: Общая продолжительность протекания электродугового разряда между возникновением тока короткого замыкания и окончательным разрывом цепи при номинальном напряжении, включая собственное время срабатывания устройств релейной защиты и автоматики и собственное время срабатывания предохранительного устройства.
3.1.2 изоляционное расстояние: Кратчайшее расстояние по воздуху между двумя токопроводящими частями.
3.1.3 импеданс: Комплексное (активное и реактивное) электрическое сопротивление.
3.1.4 класс напряжения: Номинальное междуфазное (линейное) напряжение электрической сети, для работы в которой предназначено электрооборудование.
3.1.5 пространственное расположение проводников: Ориентация и расположение токоведущих частей оборудования, между которыми возможно возникновение электрической дуги.
3.1.6 короткое замыкание; КЗ: Электрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу, возникающее в результате нарушения изоляции токоведущих элементов или механического соприкосновения неизолированных элементов и приводящее к значительному тепловыделению.
3.1.7 местное управление: Управление коммутационными аппаратами и заземляющими разъединителями, технологическим режимом работы оборудования путем воздействия на механический привод или от местной кнопки, ключа управления, расположенных непосредственно у коммутационного аппарата или управляемого оборудования.
3.1.8 однофазное короткое замыкание: Повреждение, при котором одна из фаз трехфазной системы сети с заземленной нейтралью замыкается на землю или на элемент, электрически связанный с землей.
3.1.9 опасная точка: Коммутационные аппараты, ячейки, отсеки и другие токоведущие части электроустановки, при выполнении работ на которых (в которых), вследствие особенностей их технического состояния, исполнения или конструкции, существует риск возникновения электрической дуги.
Примечание - Коммутационные аппараты, имеющие дистанционное управление, расценивают как опасную точку и расчет падающей энергии электрической дуги проводят исходя из условий воздействия на органы местного управления.
3.1.10 падающая энергия электрической дуги: Тепловая энергия, получаемая единицей площади, как прямой результат воздействия электрической дуги.
Примечание - Падающая энергия измеряется в килоджоулях на квадратный метр (кДж/м2) или в киловатт-секундах на квадратный метр (кВт·с/м2), или в калориях на квадратный сантиметр (кал/см2).
3.1.11 предохранительное устройство: Коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи размыканием или разрушением специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенное значение.
3.1.12 расстояние между проводниками: Расстояние между контактами полюса разъединителя/отделителя/рубильника, находящегося в отключенном положении; выключателя-разъединителя; выкаченного автоматического выключателя, контактами полюсов фаз; либо расстояние от токоведущих частей, находящихся под напряжением, до заземленных конструкций в свету.
3.1.13 расстояние до источника электрической дуги: Принимаемое для расчетов расстояние между областью лица и груди работника и ожидаемым источником электрической дуги.
3.1.14 термическое поражение: Повреждение тканей организма человека (ожог), возникающее при воздействии на них теплового потока, генерируемого электрической дугой.
3.1.15 ток дуги: Ток короткого замыкания, проходящий через плазму электрической дуги, с учетом импеданса.
3.1.16 ток короткого замыкания: Ожидаемый симметричный сверхток при номинальном напряжении, появляющийся в результате короткого замыкания.
Примечание - В данной точке в цепи максимальный ток, который электрическая система может передать через данную цепь на любое короткое замыкание с пренебрежимо малым импедансом, прилагаемое к данной точке или к любой другой точке, заставляющей ток самого высокого уровня проходить через данную точку. За значение тока КЗ для проведения расчетов принимают действующее значение периодической составляющей тока КЗ в произвольный момент времени, вплоть до расчетного времени размыкания цепи.
3.1.17 трехфазное короткое замыкание: Короткое замыкание между тремя фазами в трехфазной электроэнергетической системе.
3.2 В настоящем стандарте применены следующие сокращения:
ВЛ — воздушная линия электропередачи;
ВРБ — вертикальное расположение проводников с изолирующим барьером внутри отсека ячейки;
ВРЗ — вертикальное расположение проводников в ЗРУ;
ВРО — вертикальное расположение проводников на ОРУ;
ГРЗ — горизонтальное расположение проводников в ЗРУ;
ГРО — горизонтальное расположение проводников на ОРУ;
ЗРУ — закрытое распределительное устройство;
КЛ — кабельная линия электропередачи;
КРУ — комплектное распределительное устройство;
КРУ(Н) — комплектное распределительное устройство (наружной установки);
КРУЭ — комплектное распределительное устройство с элегазовой изоляцией;
КТП — комплектная трансформаторная подстанция;
ОРУ — открытое распределительное устройство;
РЗиА — релейная защита и автоматика;
РУ — распределительное устройство;
4 Общие положения
4.1 Расчет падающей энергии электрической дуги проводят для действующих, строящихся и/или реконструируемых ЭУ с целью оценки риска термического поражения в них персонала и проведения мероприятий, направленных на обеспечение безопасных условий работы в ЭУ.
4.2 При расчете падающей энергии электрической дуги проводят:
- анализ главной схемы электрических соединений энергообъекта и определение опасных точек;
- сбор параметров для расчета падающей энергии электрической дуги по каждой опасной точке;
- расчет падающей энергии электрической дуги для каждой опасной точки на основании одной из моделей расчета, приведенных в настоящем стандарте, и с учетом анализа места нахождения и передвижения работника, особенностей производства работ в каждой опасной точке.
Примечание - При наличии нескольких вариантов расположения проводников в выбранной для расчета опасной точке расчет падающей энергии электрической дуги следует проводить для каждого из вариантов. За окончательный расчетный вариант принимают наибольшее из расчетных значений.
4.3 Пример расчета падающей энергии электрической дуги приведен в приложении А.
4.4 Рекомендации по применению полученных результатов расчетов вероятных значений падающей энергии электрической дуги для каждой выявленной опасной точки приведены в приложении Б.
5 Параметры для расчетов падающей энергии электрической дуги
5.1 Для расчетов падающей энергии электрической дуги в опасных точках определяют следующие параметры:
- значение тока КЗ, Iкз, кА;
- класс напряжения ЭУ (линейное), U, В;
- время горения электрической дуги, T, мс;
- расстояние до источника электрической дуги, D, мм;
- расстояние между проводниками, G, мм;
- вариант пространственного расположения проводников в РУ;
- внутренние размеры отсека ячейки ЗРУ (высота, ширина, глубина).
5.2 Значение тока КЗ
Для расчетов падающей энергии электрической дуги для каждой из опасных точек должны использоваться значения тока однофазного КЗ (I_{\text{к}}^{(1)}) (при наличии данных) и трехфазного тока КЗ (I_{\text{к}}^{(3)}) или значение тока, который проходит через предохранительное устройство, обеспечивающее защиту данного участка электрической цепи.
Примечание - Для ЭУ 6 — 35 кВ, работающих с изолированной нейтралью, должен быть проведен расчет падающей энергии электрической дуги при однофазном замыкании на землю и трехфазном замыкании.
5.3 Класс напряжения ЭУ
Для каждой из опасных точек выбор класса напряжения сводится к определению (по паспортным данным) номинального напряжения, для которого предназначена данная ЭУ.
5.4 Время горения электрической дуги
5.4.1 Время горения электрической дуги выбирают в соответствии с режимом работы сети и настройками устройств РЗиА, а также с условиями, перечисленными в 5.4.2 и 5.4.3.
5.4.2 Если опасная точка:
- одновременно входит в зону действия нескольких видов устройств РЗиА, то для расчета выбирают наименьшее время срабатывания;
- входит в зону действия защит, действующих без выдержки времени, то для расчета используют минимальное расчетное значение времени — 0,1 с;
- входит в зону, защищаемую устройствами с зависимыми характеристиками, то для расчета выбирают данные из времятоковых характеристик данных защитных устройств или используют минимальное расчетное значение времени — 0,1 с.
5.4.3 Для ЭУ, где используются защитные устройства с времятоковыми характеристиками, необходимо рассчитывать значение тока дуги и пониженное значение тока дуги с учетом ее импеданса и определять время горения электрической дуги, соответствующее этим токам.
5.5 Расстояние до источника электрической дуги
5.5.1 При определении расстояния до источника электрической дуги измеряют кратчайшее расстояние от работника до токоведущих частей оборудования.
5.5.2 При невозможности измерения расстояния до источника электрической дуги рекомендуется принимать 300 мм, что соответствует усредненному расстоянию от источника опасности до области лица и груди работника, выполняющего работы.
5.5.3 В ЭУ выше 1000 В при невозможности измерения расстояния до источника электрической дуги рекомендуют принимать расстояние в соответствии с [1] (таблица № 1).
5.6 Расстояние между проводниками
5.6.1 В качестве расстояния между проводниками для опасной точки принимают расстояние между токоведущими частями разных фаз или расстояние между полюсами одной фазы, или расстояние от токоведущих частей, находящихся под напряжением до ближайших заземленных элементов конструкции.
5.6.2 Расстояние между проводниками определяют исходя из технических данных и габаритных расстояний, указанных в паспорте или в руководстве по эксплуатации ЭУ.
5.6.3 При отсутствии данных по конкретному оборудованию для расчетов могут быть приняты наименьшие расстояния от токоведущих частей до различных элементов ОРУ (подстанций) в свету согласно [2], наиболее часто встречающиеся значения приведены в таблице 1.
Расстояния от токоведущих частей до различных элементов ОРУ (подстанций) в свету
5.6.4 При отсутствии данных по конкретному оборудованию для расчетов могут быть приняты наименьшие расстояния в свету от токоведущих частей до различных элементов ЗРУ (подстанций) 6 — 330 кВ, защищенных разрядниками, и ЗРУ 110 — 330 кВ, защищенных ограничителями перенапряжений (в знаменателе) согласно [2]. Наиболее часто встречающиеся значения приведены в таблице 2.
Наименьшие расстояния в свету от токоведущих частей до различных элементов ЗРУ (подстанций) 6 — 330 кВ, защищенных разрядниками, и ЗРУ 110 — 330 кВ, защищенных ограничителями перенапряжений (в знаменателе)
5.6.5 В случае пофазного исполнения разъединителя за расстояние между проводниками следует выбирать значение между разомкнутыми контактами полюса, а в случае исполнения разъединителя с общим приводом на все фазы следует выбирать расстояние между токоведущими частями крайних фаз.
5.6.6 Для силовых КЛ независимо от вариантов исполнения изоляции за минимальное расстояние между проводниками принимают расстояние в местах подключения фаз КЛ к оборудованию либо расстояние между фазами в переходных или концевых муфтах, или в кабельных воронках. Для упрощения и удобства определения расстояния между проводниками принимают расстояние от центров фазных жил силовых кабелей.
5.7 Вариант пространственного расположения проводников в РУ
5.7.1 В моделях расчета, приведенных в настоящем стандарте, все рассматриваемые ЭУ могут быть отнесены только к двум типам исполнения РУ переменного тока: к открытому типу (ОРУ) или к закрытому типу (ЗРУ).
5.7.2 В настоящем стандарте ВЛ при расчете падающей энергии электрической дуги должны быть отнесены к типу ОРУ. КЛ при варианте проложения в кабельных трассах и кабельных мостах необходимо расценивать как ОРУ, в случае, где проложение КЛ имеет ограниченное пространство (кабельные лотки, кабельные полуэтажи и шахты) — как ЗРУ.
5.7.3 Анализируют расположение токоведущих частей и выбирают один из пяти предложенных вариантов пространственного расположения проводников: ВРО, ГРО, ВРЗ, ГРЗ, ВРБ. Для каждого из вариантов в расчетах применяют коэффициенты, указанные в соответствующих таблицах.
5.8 Внутренние размеры отсека ячейки оборудования ЗРУ
5.8.1 Внутренние размеры отсека ячейки оборудования ЗРУ оказывают влияние на итоговое значение падающей энергии электрической дуги из-за того, что выделяемая электрической дугой энергия частично отражается от стенок ячейки, частично поглощается. Интенсивность теплового потока зависит от расстояния между стенками и размеров проема передней стенки отсека. По этой причине и для более точного расчета падающей энергии электрической дуги необходимо учитывать внутренние размеры отсека ячейки ЗРУ: высоту, ширину, глубину, которые получают путем измерения или берут из паспортов оборудования, руководств по эксплуатации или справочных материалов.
5.8.2 Поправочный коэффициент на внутренний размер отсека ячейки ЗРУ (CF)
5.8.2.1 При определении поправочного коэффициента на внутренний размер отсека ячейки ЗРУ (далее — поправочный коэффициент CF) учитывают следующие положения:
- значения эквивалентной ширины Wэкв и высоты Hэкв определяют по таблице 3 и формулам (1) и (2) соответственно, исходя из напряжения электрической системы, пространственного расположения проводников, высоты и ширины отсека. Глубину не учитывают, если ширина и высота менее 500 мм, а напряжение в системе менее 1000 В. Глубину учитывают для определения типа отсека: «типовой» или «неглубокий»;
- тип, эквивалентные высоту и ширину внутренних размеров отсека ячейки ЗРУ используют для определения параметра его эквивалентного размера, который определяет поправочный коэффициент CF;
- если ширина и высота отсека ячейки ЗРУ превышают 1250 мм, то применяют такой же поправочный коэффициент, как и для отсека ячейки ЗРУ с размерами: длина — 1250 мм, ширина — 1250 мм, глубина — 1250 мм;
- при невозможности определения внутренних размеров отсека ячейки ЗРУ следует применять поправочный коэффициент CF = 1.
Определение эквивалентных высоты и ширины
| Вариант пространственного расположения проводников | Параметр | Пределы внутренних размеров отсека ячейки ЗРУ (ширины и высоты), мм | ||||
| До 500 | От 500 до 660 включ. | Св. 660 до 1250 включ. | Св. 1250 | |||
| «Типовой» отсек ячейки | «Неглубокий» отсек ячейки | |||||
| ВРЗ | Wэкв | 20 | 0,03937 x Ширина | 0,03937 x Ширина | Вычисляют по формуле (1) и фактической ширине | Вычисляют по формуле (1) с шириной 1250 мм |
| Hэкв | 20 | 0,03937 x Высота | 0,03937 x Высота | 0,03937 x Высота | 49 | |
| ВРБ | Wэкв | 20 | 0,03937 x Ширина | 0,03937 x Ширина | Вычисляют по формуле (1) и фактической ширине | Вычисляют по формуле (1) с шириной 1250 мм |
| Hэкв | 20 | 0,03937 x Высота | 0,03937 x Высота | Вычисляют по формуле (2) и фактической высоте | Вычисляют по формуле (2) с высотой 1250 мм | |
| ГРЗ | Wэкв | 20 | 0,03937 x Ширина | 0,03937 x Ширина | Вычисляют по формуле (1) и фактической ширине | Вычисляют по формуле (1) с шириной 1250 мм |
| Hэкв | 20 | 0,03937 x Высота | 0,03937 x Высота | Вычисляют по формуле (2) и фактической высоте | Вычисляют по формуле (2) с высотой 1250 мм | |
5.8.2.2 Отсек ячейки с внутренними размерами: длина — 500 мм, ширина — 500 мм, глубина — 500 мм, в настоящем стандарте принят как «типовой». Если же фактические внутренние размеры отсека ячейки ЗРУ отличаются от размеров «типового», то необходимо применять поправочный коэффициент для более точного расчета падающей энергии электрической дуги.
5.8.2.3 Отсек ячейки относят к типу «неглубокий», если выполнены следующие условия:
- напряжение в системе составляет менее 1000 В;
- высота и ширина отсека — менее 500 мм;
- глубина отсека — не более 200 мм.
Если любое из этих условий не выполнено, то отсек ячейки относят к «типовому».
5.8.2.4 После определения типа отсека ячейки вычисляют эквивалентные высоту и ширину, сравнивая фактические значения высоты и ширины с конкретными пределами каждого из трех вариантов пространственного расположения проводников по таблице 3 и формулам (1) и (2).
W_{\text{экв}} = (660,4 + (W - 660,4) \times (\frac{U + A}{B})) \times 25,4^{- 1}, (1)
H_{\text{экв}} = (660,4 + (H - 660,4) \times (\frac{U + A}{B})) \times 25,4^{- 1}, (2)
где Wэкв — эквивалентная ширина отсека;
W — фактическая ширина отсека, мм;
A — константа, равная 4 для ВРЗ и 10 для ВРБ и ГРЗ;
B — константа, равная 20 для ВРЗ, 24 для ВРБ и 22 для ГРЗ;
Hэкв — эквивалентная высота отсека;
H — фактическая высота отсека, мм.
5.8.2.5 На основании эквивалентных ширины и высоты вычисляют эквивалентный размер отсека EES по формуле
EES = \frac{H_{\text{экв}} + W_{\text{экв}}}{2} , (3)
где Hэкв — эквивалентная высота отсека;
Wэкв — эквивалентная ширина отсека.
5.8.2.6 Поправочный коэффициент для «типового» отсека ячейки ЗРУ CF вычисляют по формуле
CF = b1 x EES2 + b2 x EES + b3, (4)
где EES — эквивалентный размер отсека;
b1 — b3 — коэффициенты, приведенные в таблице 4.
Коэффициенты для расчета CF по формулам (4) и (5)
5.8.2.7 Поправочный коэффициент для «неглубокого» отсека ячейки ЗРУ CF вычисляют по формуле
CF = \frac{1}{b_{1} \times EES^{2} + b_{2} \times EES + b_{3}} , (5)
где EES — эквивалентный размер отсека;
b1 — b3 — коэффициенты, приведенные в таблице 4.
6 Модели расчета вероятного значения падающей энергии электрической дуги
6.1 Настоящий стандарт рассматривает три модели расчета с различными диапазонами токов КЗ:
- модель расчета для ЭУ напряжением до 1000 В включительно;
- модель расчета для ЭУ напряжением свыше 1000 В и токами КЗ до 65 000 А включительно;
- модель расчета для ЭУ напряжением свыше 1000 В и токами КЗ свыше 65 000 А.
6.2 В моделях расчета применяют двухэтапный процесс, в ходе которого для определения окончательных значений падающей энергии электрической дуги интерполируют промежуточные значения тока дуги и падающей энергии. Для уточнения результатов вводят поправочные коэффициенты на пространственное расположение проводников, внутренние размеры отсека ячейки ЗРУ и изменчивость тока дуги.
6.3 Модель расчета для ЭУ напряжением до 1000 В включительно
6.3.1 Модель расчета для ЭУ напряжением до 1000 В включительно применяют при выполнении следующих условий:
- пространственное расположение проводников: ВРЗ, ВРО, ГРЗ, ГРО, ВРБ;
- любой режим работы нейтрали для I_{\text{к}}^{(3)} и заземленная нейтраль для I_{\text{к}}^{(1)} .
6.3.2 Промежуточное значение тока дуги Iдуги U <= 1000 В, кА, вычисляют по формуле
I_{\text{дуги}U \leq 1000\text{В}} = 10^{(k_{1} + k_{2} \times lgI_{\text{кз}} + k_{3} \times lgG)} \times (k_{4} \times I_{\text{кз}}^{4} + k_{5} \times I_{\text{кз}}^{3} + k_{6} \times I_{\text{кз}}^{2} + k_{7} \times I_{\text{кз}} + k_{8}), (6)
где Iкз — значение тока КЗ, кА;
G — расстояние между проводниками (расчетная длина дуги), мм;
k1 — k8 — коэффициенты, приведенные в таблице 5.
Коэффициенты для расчета промежуточного значения тока дуги по формуле (6)
6.3.3 Значение тока дуги при U <= 1000 В Iдуги, кА, вычисляют по формуле
I_{\text{дуги}} = \frac{1}{\sqrt{[\frac{0,6}{U}]^{2} \times [\frac{1}{I_{\text{дуги}U \leq 1000B^{2}}} - (\frac{0,6^{2} - U^{2}}{0,6^{2} \times I_{\text{кз}}^{2}})]}} , (7)
где U — номинальное напряжение ЭУ (линейное), В.
6.3.4 Для защитных устройств с времятоковыми характеристиками изменение тока дуги влечет за собой изменение времени горения дуги, что в свою очередь может оказывать значительное влияние на окончательное расчетное значение падающей энергии электрической дуги. Поэтому для корректного определения расчетного времени горения электрической дуги и дальнейшего определения наибольшего расчетного значения падающей энергии электрической дуги необходимо учитывать влияние изменчивости тока дуги с учетом импеданса и определять пониженное значение тока дуги по формуле (8).
I_{\text{дуги}_{min}} = I_{\text{дуги}} \times (1 - 0,5 \times B), (8)
B = a1 x U6 + a2 x U5 + a3 x U4 + a4 x U3 +
- a5 x U2 + a6 x U + a7, (9)
где I_{\text{дуги}_{min}} — пониженное значение тока дуги с учетом поправочного коэффициента на импеданс, кА;
Iдуги — значение тока, рассчитанное по формуле (7), кА;
B — поправочный коэффициент изменчивости тока дуги с учетом импеданса;
U — номинальное напряжение ЭУ (линейное), В;
a1 — a7 — коэффициенты, приведенные в таблице 6.
Коэффициенты для формулы (9)
6.3.5 Вероятное значение падающей энергии электрической дуги для Iдуги вычисляют по формуле
(10)где E_{I_{\text{дуги}}} — падающая энергия электрической дуги в ЭУ напряжением до 1000 В включительно, соответствующая току Iдуги, Дж/см2;
Iдуги — значение тока, рассчитанное по формуле (7), кА;
T — время горения электрической дуги, соответствующее значению тока дуги, полученному по формуле (7), мс;
D — расстояние до источника электрической дуги, мм;
G — расстояние между проводниками (расчетная длина дуги), мм;
n1 — n11 — коэффициенты, приведенные в таблице 7.
Примечание - Для перевода полученного значения падающей энергии электрической дуги в кал/см2 необходимо разделить результат расчета на 4,184.
Коэффициенты для расчета вероятного значения падающей энергии электрической дуги по формулам (10) и (11)
6.3.6 Для защитных устройств с времятоковыми характеристиками аналогично проводят вычисления значения падающей энергии электрической дуги по формуле (11) для пониженного значения тока дуги I_{\text{дуги}_{min}} и времени горения электрической дуги, соответствующего данному току:
(11)где E_{I_{\text{дуги}min}} — падающая энергия электрической дуги в ЭУ напряжением до 1000 В включительно, соответствующая току I_{\text{дуги}_{min}} , Дж/см2;
I_{\text{дуги}_{min}} — пониженное значение тока дуги, рассчитанное по формуле (8), кА;
T — время горения электрической дуги, соответствующее значению току дуги, полученному по формуле (8), мс;
D — расстояние до источника электрической дуги, мм;
G — расстояние между проводниками (расчетная длина дуги), мм;
n1 — n11 — коэффициенты, приведенные в таблице 7.
Примечание - Для перевода полученного значения падающей энергии электрической дуги в кал/см2 необходимо разделить результат расчета на 4,184.
6.3.7 Для защитных устройств с времятоковыми характеристиками в качестве окончательного вероятного значения падающей энергии электрической дуги выбирают максимальное из двух расчетных значений E_{I_{\text{дуги}min}} и E_{I_{\text{дуги}}} , рассчитанных по формулам (10) и (11).
6.3.8 В случае размещения в опасной точке токоведущих частей одновременно горизонтально и вертикально проводят два расчета.
6.4 Модель расчета для ЭУ напряжением свыше 1000 В и токами КЗ до 65 000 А включительно
6.4.1 Модель расчета для ЭУ напряжением свыше 1000 В и токами КЗ до 65 000 А применяют при выполнении следующих условий:
6.4.2 Вычисляют промежуточные значения токов дуги, эквивалентных значениям промежуточных напряжений U1 и U2, по формуле
I_{\text{дуги}U_{xx}} = 10^{(k_{1} + k_{2} \times lgI_{\text{кз}} + k_{3} \times lgG)} \times (k_{4} \times I_{\text{кз}}^{6} + k_{5} \times I_{\text{кз}}^{5} + k_{6} \times I_{\text{кз}}^{4} + k_{7} \times I_{\text{кз}}^{3} + k_{8} \times I_{\text{кз}}^{2} + k_{9} \times I_{\text{кз}} + k_{10}), (12)
где I_{\text{дуги}U_{xx}} — промежуточное значение тока дуги при Uxx = U1, U2, кА;
G — расстояние между проводниками (расчетная длина дуги), мм;
k1 — k8 — коэффициенты, приведенные в таблице 8.
Коэффициенты для расчета промежуточного значения тока дуги по формуле (12)
6.4.3 Для защитных устройств с времятоковыми характеристиками вычисляют значение тока дуги Iдуги и пониженное значение тока дуги I_{\text{дуги}_{min}} по формулам (13) и (14) соответственно с учетом пониженных значений тока дуги I_{\text{дуги}U_{1min}} и I_{\text{дуги}U_{2min}} при U1 и U2, определяемых по формулам (15) и (16) соответственно:
I_{\text{дуги}} = \frac{I_{\text{дуги}U_{2}} - I_{\text{дуги}U_{1}}}{11,6} (U - 14,3) + I_{\text{дуги}U_{2}}, (13)
I_{\text{дуги}_{min}} = \frac{I_{\text{дуги}U_{2min}} - I_{\text{дуги}U_{1min}}}{11,6} (U - 14,3) + I_{\text{дуги}U_{2min}}, (14)
I_{\text{дуги}U_{1min}} = I_{\text{дуги}U_{1}} \times (1 - 0,5 \times B), (15)
I_{\text{дуги}U_{2min}} = I_{\text{дуги}U_{2}} \times (1 - 0,5 \times B), (16)
где B — поправочный коэффициент изменчивости тока дуги с учетом импеданса, рассчитанный по формуле (9);
I_{\text{дуги}U_{1}} , I_{\text{дуги}U_{2}} — промежуточные значения тока дуги при U1 и U2 соответственно, кА.
6.4.4 Вычисляют промежуточные значения падающей энергии электрической дуги, эквивалентные значениям напряжения U1 и U2, по формулам
(17)где E_{U_{1}} — промежуточное значение падающей энергии электрической дуги при промежуточном напряжении U1, Дж/см2;
I_{\text{дуги}U_{1}} — значение тока дуги при промежуточном напряжении U1, кА;
D — расстояние до источника электрической дуги, мм;
T — время горения электрической дуги, соответствующее значению тока дуги I_{\text{дуги}U_{1}} , мс;
m1 — m13 — коэффициенты, приведенные в таблице 9.
Коэффициенты для расчета значения промежуточного среднего квадратического значения падающей энергии электрической дуги по формулам (17), (21)
(18)где E_{U_{2}} — промежуточное значение падающей энергии электрической дуги при промежуточном напряжении U2, Дж/см2;
I_{\text{дуги}U_{2}} — значение тока дуги при промежуточном напряжении U2, кА;
D — расстояние до источника электрической дуги, мм;
T — время горения электрической дуги, соответствующее значению тока дуги I_{\text{дуги}U_{2}} , мс;
p1 — p13 — коэффициенты, приведенные в таблице 10.
Коэффициенты для расчета значения промежуточного значения падающей энергии электрической дуги по формулам (18), (21)
6.4.5 Вероятное значение падающей энергии электрической дуги для тока дуги Iдуги определяют по формуле
E_{I_{\text{дуги}}} = \frac{E_{U_{2}} - E_{U_{1}}}{11,6} (U - 14,3) + E_{U_{2}}, (19)
где E_{I_{\text{дуги}}} — вероятное значение падающей энергии электрической дуги для тока дуги Iдуги;
E_{U_{1}} — промежуточное значение падающей энергии электрической дуги при промежуточном напряжении U1, Дж/см2;
E_{U_{2}} — промежуточное значение падающей энергии электрической дуги при промежуточном напряжении U2, Дж/см2.
Примечание - Для перевода полученного значения падающей энергии электрической дуги в кал/см2 необходимо разделить результат расчета на 4,184.
6.4.6 Для защитных устройств с времятоковыми характеристиками аналогично проводят вычисления промежуточных значений падающей энергии электрической дуги, эквивалентные тем, что соответствуют значениям напряжения U1min и U2min, по формулам (20), (21) - для пониженного значения тока дуги I_{\text{дуги}_{min}} :
(20)где E_{U_{1min}} — промежуточное значение падающей энергии электрической дуги при промежуточном напряжении U1min, Дж/см2;
I_{\text{дуги}U_{1min}} — пониженное значение тока дуги при промежуточном напряжении U1min, кА;
T — время горения электрической дуги, соответствующее значению тока дуги I_{\text{дуги}_{1min}} , мс;
m1 — m13 — коэффициенты, приведенные в таблице 9.
(21)где E_{U_{2min}} — промежуточное значение падающей энергии электрической дуги при промежуточном напряжении U2min, Дж/см2;
I_{\text{дуги}U_{2min}} — пониженное значение тока дуги при промежуточном напряжении U2min, кА;
T — время горения электрической дуги, соответствующее значению тока дуги I_{\text{дуги}_{2min}} , мс;
p1 — p13 — коэффициенты, приведенные в таблице 10.
6.4.7 Вероятное значение падающей энергии электрической дуги для пониженного тока дуги I_{\text{дуги}_{min}} определяют по формуле
E_{I_{\text{дуги}min}} = \frac{E_{U_{2min}} - E_{U_{1min}}}{11,6} (U - 14,3) + E_{U_{2min}}, (22)
где E_{I_{\text{дуги}min}} — вероятное значение падающей энергии электрической дуги для пониженного тока дуги I_{\text{дуги}_{min}} ;
E_{U_{1min}} — промежуточное значение падающей энергии электрической дуги при промежуточном напряжении U1min, Дж/см2;
E_{U_{2min}} — промежуточное значение падающей энергии электрической дуги при промежуточном напряжении U2min, Дж/см2.
Примечание - Для перевода полученного значения падающей энергии электрической дуги в кал/см2 необходимо разделить результат расчета на 4,184.
6.4.8 Для защитных устройств с времятоковыми характеристиками в качестве окончательного вероятного значения падающей энергии электрической дуги выбирают максимальное из двух расчетных значений E_{I_{\text{дуги}min}} и E_{I_{\text{дуги}}} , полученных в результате вычислений по формулам (19) и (22).
6.4.9 В случае размещения в опасной точке токоведущих частей одновременно горизонтально и вертикально проводят два расчета.
6.5 Модель расчета для ЭУ напряжением свыше 1000 В и токами КЗ свыше 65 000 А
6.5.1 Модель расчета для ЭУ напряжением свыше 1000 и токами КЗ свыше 65 000 А применяют при выполнении следующих условий:
6.5.2 Вычисляют промежуточные значения токов дуги, эквивалентных значениям промежуточных напряжений U1 и U2, по формуле
(23)где I_{\text{дуги}U_{xx}} — промежуточное значение тока дуги при Uxx = U1, U2, кА;
k1 — k8 — коэффициенты, приведенные в таблице 11.
Коэффициенты для расчета промежуточного значения тока дуги по формуле (23)
6.5.3 Вычисляют промежуточные значения падающей энергии электрической дуги, эквивалентные тем, что соответствуют значениям напряжения U1 и U2, по формулам:
(24)где E_{U_{1}} — промежуточное значение падающей энергии электрической дуги при промежуточном напряжении U1, Дж/см2;
I_{\text{дуги}U_{1}} — значение тока дуги при промежуточном напряжении U1, кА;
m1 — m13 — коэффициенты, приведенные в таблице 12.
Коэффициенты для расчета значения промежуточного среднего квадратического значения падающей энергии электрической дуги по формуле (24)
(25)где E_{U_{2}} — промежуточное значение падающей энергии электрической дуги при промежуточном напряжении U2, Дж/см2;
I_{\text{дуги}U_{2}} — значение тока дуги при промежуточном напряжении U2, кА;
p1 — p13 — коэффициенты, приведенные в таблице 13.
Коэффициенты для расчета значения промежуточного значения падающей энергии электрической дуги по формуле (25)
6.5.4 Окончательное вероятное значение падающей энергии электрической дуги вычисляют по формуле
E = (\frac{E_{U_{2}} - E_{U_{1}}}{11,6} (U - 14,3) + E_{U_{2}}) \times 2, (26)
где E — вероятное значение падающей энергии электрической дуги в ЭУ напряжением свыше 1000 В и токами КЗ свыше 65 000 А, Дж/см2.
Примечание - Для перевода полученного значения падающей энергии электрической дуги в кал/см2 необходимо разделить результат расчета на 4,184.
6.5.5 В случае размещения в опасной точке токоведущих частей одновременно горизонтально и вертикально проводят два расчета.
ПРИМЕР РАСЧЕТА ВЕРОЯТНОГО ЗНАЧЕНИЯ ПАДАЮЩЕЙ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ В ЭУ
А.1 На примере однолинейной схемы электрических соединений для РУ 220 кВ и 10 кВ определяют опасные точки (см. рисунки А.1 и А.2).
Рисунок А.1 — Схема ПС 220/110/10 кВ «Пример» с указанием выбранных для расчета опасных точек
Рисунок А.2 — Увеличенный фрагмент схемы ПС 220/110/10 кВ «Пример» с указанием выбранных для расчета опасных точек
А.2 В качестве опасных точек выбирают следующие коммутационные аппараты:
- по РУ 220 кВ в качестве примера: ШР 220 АТ-2 как опасную точку № 1;
- по РУ 10 кВ в качестве примера: ячейку с В 4 как опасную точку № 2.
А.3 На примере опасных точек № 1 и № 2 определяют параметры для расчета вероятного значения падающей энергии электрической дуги.
А.3.1.1 Опасная точка № 1: ШР 220 АТ-2 является разъединителем типа РДЗ-1-220Б/2000 УХЛ1, параметры для расчета:
Iкз = 11,56 кА (ток трехфазного КЗ на ВЛ 220);
X1 — ГРО, так как разъединитель двухколонковый с горизонтально-поворотным механизмом главных ножей, и их перемещение происходит в горизонтальной плоскости;
T = 0,06 + 0,13 = 0,19 с (время срабатывания определяют по картам уставок и с учетом полного времени отключения выключателя). Время — согласно карте уставок по таблице А.1. Данные защиты будут воздействовать на отключение В 220 № 1 типа ВМТ-220Б-20/1000, полное время отключения которого согласно паспорту составляет 0,13 с.
D = 2000 мм (в качестве расстояния до источника дуги принимают фактическое расстояние от персонала до источника дуги, при его размещении (пространственном положении) при выполнении операций с данным коммутационным аппаратом, соответствующее 2000 мм).
G = 2000 мм (исходя из паспортных данных на разъединитель (см. рисунок А.3), так как привод на все фазы общий, то для варианта расположения X1 выбирают 2000 мм).
Рисунок А.3 — Паспортные данные разъединителя
А.3.1.2 Расчет вероятного значения падающей энергии электрической дуги для опасной точки № 1 (вариант X1 — ГРЗ)
Вычисляют средние квадратические значения токов дуги для промежуточных напряжений:
Далее рассчитывают промежуточные вероятные значения падающей энергии электрической дуги:
Расчет окончательного вероятного значения падающей энергии электрической дуги:
E = \frac{7,312 - 6,444}{11,6} (220 - 14,3) + 7,312 = 22,704\text{Дж}/\text{см}^{2} = 5,426\text{кал}/\text{см}^{2}.
А.3.2.1 Опасная точка № 2: ячейка выключателя В 4 является выкатным выключателем типа ВМПЭ-10-630-20У2, расположенным в ячейке типа К-49, параметры для расчета:
Iкз = 19,34 кА (ток трехфазного КЗ на 2 СШ 10);
X1 — ГРЗ (в случае межфазного замыкания контактов выключателя в горизонтальной плоскости);
X2 — ВРЗ (в случае межфазного замыкания контактов выключателя в вертикальной плоскости или при перемещении заземляющих ножей);
T = 0,65 + 0,11 = 0,76 с (время срабатывания определяют по картам уставок и с учетом полного времени отключения выключателя). Время — согласно карте уставок по таблице А.2. Данные защиты будут воздействовать на отключение выключателей В 4 типа ВМПЭ-10-630-20У2, полное время отключения которого согласно паспорту составляет 0,11 с.
D = 600 мм (в качестве расстояния до источника дуги принимают фактическое расстояние от персонала до источника дуги, при его размещении (пространственном положении) при выполнении операций с данным коммутационным аппаратом, соответствующее 600 мм).
Исходя из паспортных данных на выключатель/руководства по эксплуатации и ремонту (см. рисунок А.4):
G1 = 200 x 2 = 400 мм (для трехфазного КЗ с перекрытием контактов по горизонтали);
G2 = 280 мм (для КЗ с перекрытием контактов по вертикали).
Рисунок А.4 — Определение внутренних размеров ячейки ЗРУ и величины зазора
А.3.2.2 Расчет вероятного значения падающей энергии электрической дуги для опасной точки № 2 (вариант X1 — ГРЗ, G1):
Вычисляют средние квадратические значения токов дуги для промежуточных напряжений:
Для расчета поправочного коэффициента внутреннего размера отсека ячейки сначала рассчитывают эквивалентную высоту и ширину ячейки ГРЗ с учетом размеров ячейки на рисунке А.4. Так как внутренние размеры ячейки (высота = 1168 мм, ширина = 533 мм, глубина = 398 мм) относятся к «типовому» отсеку ячейки, то рассчитывают эквивалентные значения высоты и ширины ячейки.
Wэкв = 533 x 0,03937 = 20,98 мм;
EES = \frac{H_{\text{экв}} + W_{\text{экв}}}{2} = \frac{44,16 + 20,98}{2} = 32,57.
Определяют поправочный коэффициент (CF) для «типового» отсека ячейки:
CF = b1 x EES2 + b2 x EES + b3 = -0,0001923 x 32,572 +
- 0,01935 x 32,57 + 0,6899 = 1,116.
Рассчитывают промежуточные вероятные значения падающей энергии электрической дуги для варианта X1 — ГРЗ, G1:
Расчет окончательного вероятного значения падающей энергии электрической дуги для варианта X1 — ГРЗ, G1:
А.3.2.3 Расчет вероятного значения падающей энергии электрической дуги для опасной точки № 2 (вариант X2 — ВРЗ, G2)
Вычисляют средние квадратические значения токов дуги для промежуточных напряжений:
Для расчета поправочного коэффициента внутреннего размера отсека ячейки сначала рассчитывают эквивалентную высоту и ширину ячейки ВРЗ с учетом размеров ячейки на рисунке А.4. Так как внутренние размеры ячейки (высота = 1168 мм, ширина = 533 мм, глубина = 398 мм) относятся к «типовому» отсеку ячейки, то рассчитывают эквивалентные значения высоты и ширины ячейки.
Wэкв = 533 x 0,03937 = 20,98 мм;
Hэкв = 1168 x 0,03937 = 45,98 мм;
EES = \frac{H_{\text{экв}} + W_{\text{экв}}}{2} = \frac{45,98 + 20,98}{2} = 33,48.
Определяют поправочный коэффициент (CF) для «типового» отсека ячейки:
CF = b1 x EES2 + b2 x EES + b3 = -0,000302 x 33,482 +
- 0,03441 x 33,48 + 0,4325 = 1,246.
Рассчитывают промежуточные вероятные значения падающей энергии электрической дуги для варианта X2 — ВРЗ, G2:
Рассчитывают окончательное вероятное значение падающей энергии электрической дуги для варианта X2 — ВРЗ, G2:
А.3.2.4 Из двух вариантов расчета E(ГРЗ) и E(ВРЗ) выбирают наибольший расчетный результат E(ГРЗ) = 85,986 кал/см2.
ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАСЧЕТА ВЕРОЯТНОГО ЗНАЧЕНИЯ ПАДАЮЩЕЙ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ДУГИ В ЭУ
Б.1 Полученные вероятные значения падающей энергии электрической дуги для каждой выявленной опасной точки рекомендуется фиксировать и учитывать при составлении и актуализации внутренних документов, используемых в рамках системы управления охраной труда, в частности при проведении мероприятий, связанных с выявлением (идентификацией) опасностей, оценкой и снижением профессиональных рисков в рамках функционирования системы управления охраной труда. Методика расчета вероятного значения падающей энергии электрической дуги в электроустановках и результаты расчетов по ней могут применяться в локальных нормативных актах предприятия, в том числе в инструкциях, регламентирующих правила техники безопасности и охраны труда, при обучении и инструктаже персонала и так далее, а также при проведении расследований обстоятельств несчастных случаев.
Б.2 Мероприятия, направленные на снижение вероятного уровня падающей энергии, могут содержать инженерно-технические решения, направленные на ограничение токов КЗ, уменьшение длительности протекания токов КЗ, дистанцирование персонала от источника потенциальной опасности и т.д.
Б.3 На основании полученного расчетного вероятного значения падающей энергии электрической дуги рекомендуется проводить мероприятия, направленные на обеспечение защиты персонала от термических рисков электрической дуги, включая подбор специальной одежды с необходимым уровнем защиты от термических рисков электрической дуги. При этом уровень защиты специальной одежды должен быть не ниже максимального полученного значения падающей энергии электрической дуги для каждой выявленной опасной точки. Если работник обслуживает несколько электроустановок с различными значениями расчетной падающей энергии электрической дуги, то специальную одежду выбирают по максимальному расчетному значению.
БИБЛИОГРАФИЯ
| УДК 621.316:006.354 | ОКС 13.100 |
| Ключевые слова: электрическая дуга, электроустановка, падающая энергия электрической дуги, оценка риска термического поражения персонала | |