Безопасность жизнедеятельности. Часть I. Учебное пособие

бора и сопротивлениям R2 и R3 ОПАСНО. Кнопка К служит для подключения схемы прибора на напряжение постоянного тока U =1,4В для измерения сопротивления заземляющей проводки. При нажатии кнопки К сопротивление R1, перестает играть роль ограничителя величины переменного тока, проходящего по прибору и поэтому при наличии аварийного напряжения на заземленном объекте нажимать кнопку К ЗАПРЕЩАЕТСЯ.

2. Измерение сопротивления заземляющих проводок.

Измерение сопротивления заземляющей проводки от корпуса электродвигателя до заземляющей шины производится омметром М-372 по схеме, приведенной на рис.2. Корректором устанавливают стрелку омметра на нуль. Нажимают кнопку и рукояткой "установка на ∞" устанавливают стрелку прибора на ∞. Один из зажимов Rx омметра присоединяют к клемме R3 общей шины внутреннего контура заземления медным проводом сечением 1,5 мм и длиной 3 м. Второй зажим Rx присоединяют к клемме К1, соединенной с корпусом электродвигателя. Подают напряжение на электродвигатель, ставя выключатель в положение "включено". При этом лампочка на стенде должна гореть. Не нажимая кнопки, убеждаются в наличии напряжения на корпусе электродвигателя по показаниям прибора. В таком положении прибор должен оставаться включенным не более 30 сек! Для снятия напряжения с корпуса электродвигателя ставят выключатель в положение "Выключено" (лампочки должны погаснуть). Контакт БК замкнуть. Убедившись в отсутствии напряжения на корпусе по прибору М - 372 (стрелка прибора должна быть на нуле) нажимают кнопку К омметра и производят отсчет сопротивления R1 заземляющей проводки от корпуса электродвигателя до шины в Омах. Данные измерения внести в протокол1.

101

Убедившись, что электрическая печь не находится под напряжением (сигнальная лампочка не должна гореть) отсоединяют провод, идущий от второго зажима Rx омметра к клемме К1 на стенде, присоединяя его к клемме К2, соединенной с корпусом электропечи. Убеждаются по прибору М-372 в отсутствии напряжения на корпусе эл. печи (стрелка омметра должна быть на нуле). Нажимают на кнопку К омметра и производят отсчет сопротивления R2 заземляющей проводки от корпуса электропечи до шины в омах. Данные измерений внести в протокол1.

				М-372
	Эл.печь	К2
Эл.	Л1	Л2		R2
Двигат.		К1
			БК
				R1
		шина		К3
		Контур заземления

Рис.2. Электрическая схема стенда

102

3. Устройство мегометра

На рис. 3. показана схема внутренних соединений мегомметра, в котором источником тока служит магнитоэлектрический генератор и применен лагометр, чтобы исключить влияние скорости вращения генератора. Двухполюсный переключатель позволяет переходить от последовательной схемы при измерении ( к Ω ) к параллельной при измерении ( М Ω ). Шкала прибора снабжена двумя рядами отметок: прямой ( к Ω ) и обратной ( М Ω ). Измерение сопротивления в обоих случаях производится при подключении к зажимам З (земля) и Л (линия). Прибор снабжен зажимом Э (экран), который дает возможность отвести токи утечки с помощью охранного кольца мимо измерительного прибора. Это же мероприятие позволяет исключить влияние сопротивления изоляции между зажимами "Линия" и "Земля", которые при больших значениях измерительного сопротивления может исказить показания. Для этой цели зажим "линия" окружен охранным кольцом, присоединенным, как и зажим "Экран", непосредственно к одному из полюсов генератора. С этой же целью внутреннее сопротивление прибора так же экранированы. Показания мегомметра не зависят от напряжения генератора, поэтому небольшое изменение скорости вращения рукоятки генератора не снижает точности измерения. С другой стороны, сопротивление изоляции нелинейно - оно зависит от величины приложенного напряжения. Поэтому при измерении изоляции надо вращать рукоятку магнитоэлектрического генератора со скоростью 100 - 120 оборотов в минуту.

4. Измерение сопротивления изоляции обмоток электродвигателя

Для измерения сопротивления изоляции обмоток электродвигателя концы трехфазной обмотки выведены на стенд (шесть клемм). Измерение производится мегометром М -1101 М. Измеряется сопротивление изоляции каждой обмотки относительно корпуса электродвигателя и сопротивления изоляции между обмотками в следующем порядке. Определяют принадлежность концов каждой обмотке. Для этого поочередно к мегометру присоединяют начало каждой обмотки и один из концов обмотки. При нулевом показании мегомметра начало и конец принадлежит одной обмотке. Затем мегомметр присоединяют поочередно к началу или концу каждой обмотки и зажиму К1 и измеряют сопротивление изоляции обмотки относительно корпуса электродвигателя. Величины сопротивлений заносят в про-

	токол 2.	Г
	-
		+

R3	лагометр
R2	R1
	МΩ	кΩ
3	л	Э

Рис. 3. Принципиальная схема мегометра М - 1101 М завода "Электроприбор"

103 104

Затем мегометр присоединяют к началам или концам обмоток и замеряют сопротивление изоляции между обмотками.

Величины сопротивлений заносят в протокол 2.

					Протокол 1
	Наименование сопротивле-			Величина сопротивления
	ния
	Заземляющая проводка от			R1 =	Ом
	электродвигателя
	Заземляющая проводка от			R2 =	Ом
	электропечи
					Протокол 2
Сопротивление			Величина сопротивления, мОм
	изоляции
	Относительно	А
	корпуса фазы	В
		С
Между обмотками		АВ
		ВС
	фаз
		СА

Правила безопасности при выполнении лабораторной работы

1.Включать электроустановки по указанию препода-

вателя.

2.Пользоваться электроизмерительными приборами в строгом соответствии с методическими указаниями.

105

Оформление отчета

1.Цель работы.

2.Привести схему измерения сопротивления заземляющих проводок с помощью омметра М -372.

3.Привести протокол 1 измерений сопротивления заземляющих проводок от электродвигателя и от электропечи.

4.Привести протокол 2 измерений сопротивлений изоляции обмоток электродвигателя.

Лабораторная работа 9 ИССЛЕДОВАНИЕ ОПАСНОСТИ ПОРАЖЕНИЯ ТОКОМ В ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В

Цель работы

Исследовать опасность поражения током в трехфазных электрических сетях:

четырехпроводных с глухозаземленной нейтралью; трехпроводных с изолированной нейтралью.

Основные положения

Все случаи поражения человека током это результат возникновения электрической цепи через тело человека, т.е. результат прикосновения человека не менее чем к двум точкам цепи, между которыми существует напряжение. Опасность такого прикосновения человека, оцениваемая величиной тока Ih , проходящего через тело человека, или же напряжением, под которым оказывается человек, т.е. напряжением прикосновения Uпр, зависит от ряда факто-

106

ров: схемы самой сети, режима ее нейтрали, эффективности изоляции токоведущих частей относительно земли и т.п.

Схемы включения человека в цепь электрического тока могут быть различными. Наиболее характерными являются две схемы включения: между двумя фазами, между одной фазой и землей (рис.1). Во втором случае предполагается наличие электрической связи между сетью и землей.

Рис.1. Случаи включения человека в цепь тока: А - двухфазное, Б и В - однофазное включение

Двухфазное включение, как правило, более опасно, поскольку к телу человека приложено наибольшее в данной сети напряжение - линейное Uл, а ток, проходящий через человека, не зависит от схемы сети, режима нейтрали и других факторов и имеет наибольшее значение.

	Ih = Uл =	3 Uф	,	(1)
	Rh	Rh
где Ih	- ток, проходящий через человека, А;
Uл,Uф - соответственно фазное и линейное напряжения
сети, В;
Rh	- электрическое сопротивление тела человека, Ом.

Однофазное включение является, как правило, менее опасным, чем двухфазное. Но однофазное включение возникает значительно чаще и является основной схемой, вызывающей поражение людей током в сетях любого напряжения, поэтому ниже анализируются лишь случаи однофазного включения.

Электробезопасность сети оценивается рядом факторов, среди которых главное место занимает величина тока, протекающего через тело человека. По величине этого тока при прикосновении человека к одной из фаз и будет проведен анализ безопасности электрических сетей напряжением до 1000 В: трехфазной четырехпроводной с глухо заземленной нейтралью и трехфазной трехпроводной с изолированной нейтралью.

Трехфазная четырехпроводная сеть с глухо заземленной нейтралью

Схема включения человека в цепь тока в трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью при нормальном режиме изображена на рис.2.

	А
	В
	С
	N
R3	Ih
	RA CA RB CB RC CC RH CH

Рис.2. Прикосновение человека к фазному проводу при нормальном режиме работы сети

107 108

Всимметричной трехфазной четырехпроводной сети

сглухозаземленной нейтралью ток Ih, проходящей через человека, прикасающегося к фазному проводу при нормальном режиме работы сети и весьма малых проводимостях фазных и нулевого проводов по отношению к земле по сравнению с проводимостью заземления нейтрали, может быть определен по формуле:

	Ih =		Ua	,	(2)
		Rh + Rз
где Uф	- фазное напряжение, В ;
R3	- сопротивление заземления нейтрали, Ом;
Rh	- сопротивление тела человека, Ом.

Из выражения (2) следует, что ток, проходящий через человека, прикоснувшегося к фазе трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью в период нормальной работы ее, практически не изменяется с изменением сопротивления изоляции к емкости проводов относительно земли, если сохраняется условие, что полные проводимости проводов относительно земли весьма малы по сравнению с проводимостью заземления нейтрали. При аварийном режиме, когда одна из фаз, например, фаза А сети замкнута на землю через относительно малое активное сопротивление Rзм. (рис.3.), ток Ih , проходящий через человека, прикасающегося к одной из исправных фаз, может быть определен из выражения

	(Rзм + Rз 3)		(3)
Ih =Uф	(Rзм + Rh )(Rзм +
		Rз )

а напряжение, под которым при этом будет находиться человек:

	(Rзм + Rз 3)		(4)
U пр =Uф Rh	(Rзм + Rh )(Rзм +
		Rз )

Рассмотрим выражение (4) при следующих случаях: 1. Сопротивление замыкания провода на землю

очень мало и его можно считать равным нулю

Rзм ≈ 0. При Uh = Uф 3 = Uл

2. Если принять равным нулю сопротивление заземления нейтрали.

Rзм ≈ 0, то Uh = Uф .

В реальных условиях сопротивление Rз и Rзм всегда больше нуля, поэтому напряжение, под которым оказывается человек, прикоснувшийся в период аварийного режима к исправному фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью, всегда меньше линейного, но больше фазного Uф < Uh <Uл

	Uф	а
		в
		с
		Ih
	R3	Rh
		Rзм

Iзм

Ih

Рис.3. Прикосновение человека к фазному проводу при аварийном режиме работы сети

109 110

Таким образом, прикосновение человека к исправной фазе трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью в период аварийного режима более опасно, чем при нормальном режиме.

Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью

В трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью при нормальном режиме работы ток Ih, проходящий через человека, прикоснувшегося к одной из фаз при RА = Rв = Rс = R и СА = Св = Сс = С, будет определяться выражением:

Ih =

U ф

,

(5)

(Rh +

Z

)

3

где Z - комплекс полного сопротивления одной фазы отно-

сительно земли, Ом.

1

1

Z =

=

,

(6)

Y

1

+ jwc

Uф

R

а

в

с

Ih

Rh RC

CC

RB

CB

RA

CA

Ih

Рис.4. Прикосновение человека к проводу трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью при нормальном режиме работы

При равенстве сопротивлений (RА = Rв = Rс = R) и отсутствии емкостей фаз (СА = Св = Сс = С) по отношению к земле, что имеет место при коротких воздушных сетях, выражение (5) имеет вид:

	Ih =	Uф	.	(7)
		Rh + R / 3

При равенстве емкостей (СА = Св = Сс = С) и небольших активных сопротивлениях (RА = Rв = Rс = С) фаз по отношению к земле, что может быть в кабельных сетях, выра-

жение (5) примет вид:	U
Ih =
	Rh + Xc / 3 .	(8)

где Xc = 1/ω c - емкостное сопротивление фазы по отношению к земле.

Анализируя выражения (5), (7) и (8), можно сделать вывод, что в трехфазных сетях с изолированной нейтралью опасность электропоражения человека, прикоснувшегося к одной из фаз в период нормальной работы сети, зависит от сопротивления проводов относительно земли: с увеличением сопротивления опасность уменьшается.

Рис.5. Прикосновение к проводу трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью при аварийном режиме

111 112

При аварийном режиме в трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью (рис. 5.), когда имеет место замыкание фазы на землю через малое активное сопротивление Rзм, проводимости двух других исправных фаз относительно земли можно принять равными нулю.

Тогда значение тока Ih, протекающего через человека, прикоснувшегося к исправной фазе сети, будет определяться выражением:

	Ih =	U ф	3	.	(9)
		(Rh + Rзм )

Если принять, что Rзм ≈ 0 или по крайней мере считать, что Rзм значительно меньше Rh (так обычно бывает в реальных условиях), то, согласно выражению (9), человек окажется под линейным напряжением.

Анализ выражений (9) и (3) показывают, что прикосновение человека при аварийном режиме к исправной фазе трехфазной сети с изолированной нейтралью, как правило, является более опасным, чем сети с заземленной нейтралью.

Выбор схемы и режима нейтрали

Выбор схемы, а также режима нейтрали производится по технологическим требованиям и по условиям безопасности.

При напряжении до 1000 В широкое распространение получили обе рассмотренные выше схемы трехфазных сетей. По технологическим требованиям предпочтение часто отдается трехфазной четырехпрроводной сети с заземленной нейтралью, поскольку она позволяет использовать два рабочих напряжения - линейное и фазное. От такой сети можно питать как силовую нагрузку - трехфазную и однофазную, так и осветительную, включая ее на фазное напряжение 220 В.

113

ПО УСЛОВИЯМ БЕЗОПАСНОСТИ выбор одной из двух схем производится с учетом выводов, полученных выше при рассмотрении этих сетей: по условиям прикосновения к фазному проводу в период нормального режима работы более безопасной является сеть с изолированной нейтралью.

Сети с изолированной нейтралью целесообразно применять в тех случаях, когда имеется возможность поддерживать высокий уровень изоляции проводов и когда емкость земли незначительна. Такими сетями являются непротяженные малоразветвленные сети, неподверженные воздействию агрессивной среды и находящиеся под постоянным надзором квалифицированного персонала.

Трехфазные сети с изолированной нейтралью применяются в небольших предприятиях, в электротехнических лабораториях, в передвижных электроустановках (в геологоразведке, в нефтедобывающей промышленности и др.), в шахтах, торфоразработках, в сельском хозяйстве, в термических, литейных, гальванических цехах и участках.

Трехфазные четырехпроводные сети с заземленной нейтралью следует применять там, где невозможно обеспечить хорошую изоляцию проводов (из-за агрессивной среды, высокой влажности и пр.) и нет систем автоматизированного контроля изоляции проводов относительно земли.

Меры безопасности при проведении работ

Выполнять лабораторную работу следует строго соблюдая методические указания.

Запрещается студенту самостоятельно открывать панель, отвинчивать болты и производить ремонт.

Подключение шины заземления и шнура питания стенда производится только обслуживающим персоналом лаборатории.

114

Рис. 6. Принципиальная схема стенда

Описание установки

Стенд, на котором выполняется работа и принципиальная схема которого показана на рис. 6, позволяет моделировать обе исследуемые трехфазные сети до 1000 В: с изолированной нейтралью и заземленной нейтралью. Существующие в реальных сетях распределенные по всей линии сопротивления изоляции и емкости проводов относительно земли заземлены в схеме стенда сосредоточенными сопротивлениями (RA, RB, RC и RH) от 1 до 48 кОм и емкостями (CA, CB, CC, CH) от 0,06 до 2 мкФ. Изменяя величину этих сопротивлений и емкостей, можно имитировать на стенде каждую из исследуемых сетей с заданными параметрами. Сопротивление заземления нейтрали R3 установлено равным 4.7 кОм. Заземляет нейтраль выключатель В3. Сопротивление тела человека (Rh) имитируется с помощью регулируемого резистора от 1 до 48 кОм, включаемого между выбранной фазой и “землей”. Ток, проходящий через человека Ih,

115

измеряется миллиамперметром c пределами измерения до 50 мА (или до 150 мА) с включенным выключателем В9 и шунтом RШ. Кнопка КН-1 включает между выбранной фазой и “землей” резистор R3М с сопротивлением 200 Ом, имитируя аварийный режим сети.

Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с содержанием работы.

2.Изучить расположение органов управления на стен-

де.

3.Установить на стенде заданные по варианту в «делениях шкал» значения сопротивлений изоляции проводов

относительно земли RA, RВ, RС сопротивление тела человека Rh и емкостей линий СA= СВ = СС (табл.1).

4.Переключателем В10 подключить кнопку КН-1 к заданной по варианту фазе (табл.1).

5.Переключатель В9 установить на диапазон 0-150

мА.

6.Установить стенд в режим имитации трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью (переключатель В3 выключен).

7.Доложить преподавателю о готовности к проведению работы и с его разрешения включить стенд.

8.Замерить Ih – токи, протекающие через человека при прикосновении к фазам А, В, С, с помощью переключателя В8. Результаты замеров занести в протокол 1. Если при измерениях миллиамперметр будет показывать ток линии до 50 мА, то нужно использовать предел измерения от 0 – 50 мА (выключить В9). Новые измерения начинать только с пределов измерения 0-150 мА (В9 включен). При токах менее 10 мА делайте интерполяцию значения тока.

9.Замерить Ih – токи, протекающие через человека в аварийном режиме сети, повторив измерения по П.8, но в

116

момент отсчета, нажимая кнопку КН-1. Результаты внести в протокол 1.

10.Установить стенд в режим имитации трехфазной сети с заземленной нейтралью (переключатель В3 включен). Повторить п.п. 8, 9.

11.Выключить стенд.

12.Установить на стенде заданные по варианту в «делениях шкал» значения сопротивлений изоляции проводов относительно земли RA=RB=RC=RH=RABCH , сопротивление

тела человека Rh и емкостей СABCH (табл.1). Значения RA, RB, RC, RH изменяются одновременно четыре раза.

13.Переключателем В8 подключить миллиамперметр к заданной по варианту фазе. Включить стенд. (Переключатели В2 и В3 выключены). Результаты замера внести в протокол 2 раздела «Изолированная нейтраль».

14.Повторить п.п. 12, 13 (Переключатели В2 и В3 включить). Результаты замера внести в протокол 2 раздела «Заземленная нейтраль».

15.Установить на стенде заданные по варианту значе-

ния емкостей CA= CB= CC= CH= CABCH , сопротивление тела человека RH и сопротивлений RA,B,С,H (табл.1). Значения CA , CB ,CC ,CH изменяются одновременно четыре раза.

16.Повторить п.п. 13, 14.

					Индивидуальные задания											Таблица 1
№	Авар		Положения							(В8 фаза А) Положения переключателей
вар	реж		переключателей
	фазы								Изолир.нейтраль							Заземл. нейтраль
		RA	RB	RC	CABC		Rh	RA-H	RA-H		RA-H	RA-H	CA-H	Rh	CA-H	CA-H	CA-H	CA-H		RA-H
1	А	0	0	1	2		4	0	2		4	6	7	9	10	2	3	7		9
2	В	1	1	2	3		5	0	1		4	5	6	10	9	1	3	6		10
3	С	2	2	3	4		1	1	0		2	4	6	9	8	0	4	6		9
4	А	3	3	4	5		2	1	3		1	5	7	10	7	1	5	9		10

Продолжение табл. 11

5	В	4	4	5	6	3	2	4	0	4	6	9	6	0	4	6	9
6	С	5	5	6	7	4	2	5	1	4	6	10	5	1	4	6	10
7	А	6	6	7	8	5	0	6	0	3	7	9	4	0	3	7	9
8	В	7	7	8	9	1	0	7	1	5	7	10	3	1	5	7	10
9	С	8	8	9	10	2	1	8	0	4	6	9	2	0	4	6	9
10	А	9	9	10	0	3	1	9	1	6	8	10	1	1	6	8	10
11	В	0	0	0	1	4	2	10	0	2	5	9	0	0	2	5	10
12	С	0	0	1	2	5	2	0	1	3	6	10	9	1	3	6	10
13	А	1	1	2	3	1	0	1	0	5	7	9	8	0	5	7	9
14	В	2	2	3	4	2	0	2	1	4	7	10	7	1	4	7	10
15	С	3	3	4	5	3	1	3	0	5	7	9	6	0	5	7	9
16	А	4	4	5	6	4	1	4	1	4	8	10	5	1	4	8	10
17	В	5	5	6	7	5	2	5	0	2	4	10	4	0	2	4	10
18	С	6	6	7	8	1	2	6	1	3	5	10	3	1	3	5	10
19	А	7	7	8	9	2	0	7	0	4	6	9	2	0	4	6	9
20	В	8	8	9	10	3	0	8	1	5	8	10	1	1	5	8	10
21	С	9	9	10	0	4	1	9	0	2	6	10	10	0	2	6	10
22	А	0	0	0	1	5	1	10	1	3	7	10	9	1	3	7	10
23	В	0	0	1	2	1	2	0	0	4	8	10	8	0	4	8	10
24	С	1	1	2	3	2	2	1	1	5	7	10	7	1	5	7	10
25	А	2	2	3	4	3	0	2	0	4	6	9	6	0	4	6	9
26	В	3	3	4	5	4	0	3	1	3	6	10	5	1	3	6	10
27	С	4	4	5	6	5	1	4	0	3	7	9	4	0	3	7	9
28	А	5	5	6	7	1	1	5	1	4	8	10	3	1	4	8	10
29	В	6	6	7	8	2	2	6	0	5	7	10	2	0	5	7	10
30	С	7	7	8	9	3	2	7	1	5	8	10	1	1	5	8	10

117 118

Протокол 1

Значение тока Ih, мА

при СА=СВ=СС=САВС ,мкФ, R3=4,7 кОм; R3M=200 Ом

Исследуемая сеть и режим ее		RA	RB	RC	Rh	САВС	Ihа	Ihв	Ihc
работы		кОм	кОм	кОм	кОм	мкФ	мА	мА	мА
Изолированная	Нормальный
нейтраль	режим
	Аварийный
	режим
Заземленная	Нормальный
нейтраль	режим
	Аварийный
	режим

		Значение тока Ih, мА	Протокол 2
При RA=RB=RC=RH=RABCH; СА=СВ=СС=СH=САВСH
		R3=4,7 кОм
	Режим нейтрали Изолированная		Заземленная
Заданные и		нейтраль	нейтраль
измеренные
величины
Rh=	кОм	RABCH
RABCH=	мкФ	кОм
		Ih ,мА
Rh=	кОм	СABCH
CABCH=	мкФ	мкФ
		Ih ,мА
		Оформление отчета

1.Цель работы.

2.Начертить принципиальную схему стенда (рис.6).

3.Оформить протоколы (1 и 2) с экспериментальными данными.

119

4.Построить графики зависимости Ih = f(R) при постоянной С для изолированной нейтрали и заземленной нейтрали.

5.Построить графики зависимости Ih = f(C) при постоянной R для изолированной нейтрали и заземленной нейтрали.

6.Дать письменное заключение по вопросам:

А) Какая из исследуемых сетей и при каких условиях безопаснее?

В) К какой из фаз трехфазной трёхпроводной сети с изолированной нейтралью в аварийных условиях прикосновение более опасно?

Лабораторная работа 10 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТНОГО

ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Цель работы

Изучить влияние режима нейтрали, параметров сети на величину тока в теле человека и напряжения прикосновения.

Исследовать эффективность защитного заземления в трехфазных электрических сетях.

Оценить эффективность защитного заземления в сетях с изолированной нейтралью и заземленной нейтралью.

Общие сведения

Эффективность защитного заземления зависит от режима нейтрали электрической сети.

В сети с изолированной нейтралью эффективность защитного заземления при замыкании одной фазы на землю

120