Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
БЖД Лекции+Лабораторные / Лаба 1 / ---1,2 ------------------- 3-- -----.doc
Скачиваний:
171
Добавлен:
15.03.2015
Размер:
1.66 Mб
Скачать

Лабораторная работа 1

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ

3-ФАЗНЫХ СЕТЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

1. Цель работы

1.1. Исследование опасности поражения человека электрическим током в 3-фазной сети с изолированной нейтралью при однополюсном прикосновении к одной из фаз.

1.2. Исследование опасности поражения человека электрическим током в 3-фазной сети с глухозаземленной нейтралью при однополюсном прикосновении к одной из фаз.

1.3. Исследование опасности поражения человека электрическим током в 3-фазной сети с изолированной и глухозаземленной нейтралью при двухполюсном прикосновении.

2. Содержание работы

2.1. Теоретическая часть, выводы, контрольные вопросы, список литературы [3, 4].

2.2. Экспериментальная часть, выводы.

2.3. Составление отчета и защита проделанной работы.

3. Теоретическая часть

3.1. Характеристика электрических сетей.

Электрические сети с напряжением до 1000 В подразделяют по количеству проводов:

  • однопроводные (второй провод – рельс, «земля»);

  • двухпроводные – сети постоянного и переменного однофазного тока;

  • трехпроводные – сети 3-фазного переменного тока с глухозаземленной (рис. 1, а) и изолированной (рис. 1, б) нейтралью;

  • пятипроводные – сети переменного 3-фазного тока с глухозаземленной нейтралью, нулевым рабочим N и защитным РЕ проводами (рис. 2).

Рис. 1. Трехпроводная 3-фазная сеть переменного тока

с глухозаземленной (а) и изолированной (б) нейтралью

Рис. 2. Пятипроводная 3-фазная сеть переменного тока

с глухозаземленной нейтралью, нулевым рабочим N

и защитным PE проводами

При анализе электробезопасности сетей и электроустановок с напряжением до 1000 В и протяженностью до 1 км емкостью фазных проводов пренебрегают.

Векторные диаграммы напряжений 3-фазной сети переменного тока приведены на рис. 3.

Рис. 3. Векторные диаграммы напряжений 3-фазной сети переменного тока:

а – нормальный режим работы, т. е. сопротивления

изоляции фазных проводов находятся в исправном состоянии;

б – частичное замыкание фазного провода на «землю»;

в – полное замыкание провода на «землю»

Из векторной диаграммы следует, что при исправной сети фазные напряжения UA, UB, UC равны между собой (рис. 3, а) и являются фазными напряжениями Uф, угол сдвига фаз равен 120о. Напряжения UAB, UBC, UCA равны между собой и представляют собой линейные напряжения Uл. Линейные и фазные напряжения связаны между собой зависимостью:

Uл = Uф = 1,73Uф.

В случае если сопротивление одного из фазных проводов относительно «земли» уменьшается, то нулевая точка сдвигается по вектору соответствующего фазного напряжения (рис. 3, б), напряжение данной фазы уменьшается, а напряжения двух других фаз увеличиваются и стремятся к линейному. Если же сопротивление фазного провода равно нулю (замыкание на «землю»), то и напряжение этой фазы равно нулю, а напряжения двух других фаз становятся равными линейному (рис. 3, в).

3.2. Электрический ток и его опасность для человека.

Опасность воздействия электрического тока на человека зависит от сопротивления тела человека и величины приложенного к нему напряжения, силы тока, проходящего через тело, длительности его воздействия, пути прохождения, рода и частоты тока, индивидуальных свойств человека и факторов окружающей среды.

По опасности воздействия на человека и в зависимости от величины различают токи:

  • ощутимые, вызывающие первые ощущения воздействия тока (переменный ток от 0,6 до 1,5 мА и постоянный от 5 до10 мА);

  • отпускающие, при которых человек способен самостоятельно освободиться от контакта с токоведущими частями (переменный ток – не более 10 мА и постоянный ток не более 50 мА);

  • неотпускающие, при которых человеку необходима помощь для освобождения от токоведущих частей (переменный ток более 10 мА и постоянный ток более 50 мА);

  • фибрилляционные, вызывающие некоординированные сокращения мышц сердца (фибрилляцию), ведущие к прекращению кровообращения (переменный ток от 100 мА до 5А и постоянный ток от 300 мА до 5А);

Опасной величиной тока, протекающего через внутренние органы человека, можно считать для переменного тока 10 мА и для постоянного тока 50 мА.

Смертельным для человека считается ток, проходящий через внутренние органы человека величиной 100 мА и выше при воздействии 0,5 с и более!

В общем случае при любом прикосновении человека к электрической сети величина тока, протекающего через тело человека, зависит от напряжения сети, схемы электрической сети (режима включения нейтральной точки трансформатора), сопротивления изоляции и величины емкости токонесущих проводов относительно «земли».

3.3. Электрическое сопротивление тела человека.

Общее электрическое сопротивление тела человека Rh определяется сопротивлениями кожного покрова и внутренних органов.

Электрическое сопротивление кожного покрова неодинаково у разных людей и неодинаково на различных частях поверхности тела одного и того же человека, зависит от физических параметров окружающей среды и состояния организма человека.

Сопротивление кожного покрова тела человека зависит от следующих основных факторов:

  • состояния кожи (чистая, грязная, влажная, сухая);

  • места приложения электродов;

  • величины поверхности прикосновения к электродам и плотности контакта с поверхностью;

  • частоты тока;

  • длительности прохождения тока.

При сухой неповрежденной коже электрическое сопротивление тела человека составляет непостоянную величину и колеблется в пределах Rh = 10...100 кОм. При повреждении верхнего слоя сопротивление тела человека снижается и приближается к сопротивлению его внутренних органов Rh = 600…800 Ом. Сопротивление тела человека падает при увеличении значения тока и длительности его прохождения.

Повышение напряжения, приложенного к телу человека, уменьшает в десятки раз сопротивление кожи, а следовательно, и полное сопротивление тела, которое приближается к своему наименьшему значению 300–500 Ом. Это объясняется пробоем рогового слоя кожи, ростом тока, проходящего через кожу, и другими факторами.

Род тока и частота также влияют на значение электрического сопротивления. При частотах 10–20 кГц наружный слой кожи практически утрачивает сопротивление электрическому току.

Для экспериментальных расчетов сопротивление тела человека принято равным 1000 Ом.

3.4. Основные понятия.

Напряжением прикосновения называется напряжение между двумя открытыми проводящими частями при одновременном прикосновении к ним человека, а также напряжение между открытой проводящей частью, к которой прикасается человек, и местом на поверхности локальной земли или проводящего пола, на котором стоит человек.

Замыканием на землю называется случайное или преднамеренное (например, при срабатывании короткозамыкателя) возникновение проводящей цепи между находящейся под напряжением токоведущей частью и землей или не изолированной от земли проводящей частью.

Замыканием на корпус называется случайное соединение находящихся под напряжением частей электроустановки с их конструктивными частями, нормально не находящимися под напряжением.

Шаговым напряжением называется напряжение между двумя точками на поверхности локальной земли или проводящего пола, находящимися на расстоянии 1 м одна от другой (применительно к человеку), которое рассматривается как длина шага человека.

Током замыкания на «землю» называется ток, стекающий на «землю» через место замыкания провода с «землей».

3.5. Сеть с глухозаземленной нейтралью.

Заземленная нейтраль − это соединение средней точки вторичной обмотки трансформатора с заземляющим устройством Т, обладающим сопротивлением RT (рис. 4).

Рис. 4. Однополюсное прикосновение человека

к неповрежденной 3-фазной сети с глухозаземленной нейтралью

Однополюсное прикосновение человека

к неповрежденной 3-фазной сети с глухозаземленной нейтралью

Согласно нормам сопротивление заземления нейтрали RT не превышает 4 Ом, что существенно меньше сопротивлений изоляции проводов RA, RB, RC и реактивных сопротивлений фаз СА, СВ, СС относительно «земли», а поэтому при определении величины тока Ih, протекающего через тело человека в случае однополюсного прикосновения, сопротивлениями изоляции проводов RA, RB, RC относительно «земли» пренебрегают, и ток Ih, протекающий через тело человека при однополюсном прикосновении к 3-фазной неповрежденной сети с глухозаземленной нейтралью, определяется по формуле

Ih = Uф / (Rh + RT).

Поскольку сопротивление заземления RT существенно меньше сопротивления тела человека Rh, сопротивлением RT пренебрегаем и тогда ток через тело человека определяется по формуле

Ih = Uф / Rh.

При однополюсном прикосновении человека к одной из фаз 3-фазной сети с глухозаземленной нейтралью он практически попадает под фазное напряжение Uф, и ток через тело человека Ih не зависит от сопротивления заземления RT, сопротивлений изоляции проводов RA, RB, RC и емкости фазных проводов СА, СВ, СС относительно «земли». Электробезопасность человека существенно повышает сопротивления обуви Rо и пола Rп, которые последовательно складываются с сопротивлением тела человека Rh. В этом случае ток через тело человека Ih определяется выражением

Ih = Uф / (Rh + Rо + Rп).

Двухполюсное прикосновение человека

к неповрежденной 3-фазной сети

с глухозаземленной нейтралью

Из рис. 5 видно, что человек находится под линейным напряжением Uл, и ток через тело человека Ih протекает по цепи «рука – рука».

В этом случае величина тока Ih, протекающего через тело человека, зависит от величины линейного напряжения Uл, сопротивления тела человека Rh и определяется по формуле

Ih = Uл / Rh = 1,73Uф / Rh.

В этом случае сопротивления обуви Rо, пола Rп не оказывают влияния на величину тока Ih, протекающего через тело человека.

Рис. 5. Двухполюсное прикосновение человека

к неповрежденной 3-фазной сети с глухозаземленной нейтралью

3.6. Сеть с изолированной нейтралью.

Изолированная нейтраль представляет собой неизолированный (голый) провод, соединяющий нулевую точку вторичной обмотки трансформатора через пробивной предохранитель F, приборы сигнализации (приборы, имеющие большое внутреннее сопротивление) с «землей» (рис. 1, б).

В 3-фазных сетях с изолированной нейтралью величина тока Ih, протекающего через тело человека, прикоснувшегося к фазному проводу, зависит от напряжения сети, сопротивлений изоляции RA, RB, RC и емкости фазных проводов СА, СВ, СС относительно «земли». Емкость фазных проводов СА, СВ, СС относительно «земли» определяется удельным сопротивлением диэлектриков, длиной проводов и конструкцией сети (воздушные или кабельные линии электропередачи).

При анализе опасности поражения человека электрическим током различают сети, в которых емкость мала и не оказывает влияния на величину поражающего тока, и сети с большой емкостью, при которых увеличивается опасность поражения человека.

К электрическим сетям с малой емкостью относятся сети с напряжением до 1000 В протяженностью:

  • воздушные линии практически любой длины;

  • кабельные линии до 1 км.

Так как емкость сети относительно «земли» мала, она в расчетах не учитывается.

К электрическим сетям с большой емкостью относятся:

  • кабельные линии напряжением до 1000 В и длиной более 1 км;

  • кабельные и воздушные линии электропередачи с напряжением выше 1000 В при любой их длине.

Однополюсное прикосновение человека к неповрежденной сети

с изолированной нейтралью и малой емкостью

относительно «земли» (рис. 6)

При анализе опасности прикосновения человека к фазе в сетях небольшой протяженности емкостью фазных проводов СА, СВ, СС относительно «земли» пренебрегают и полагают СА = СВ = СС = 0.

Рис. 6. Однополюсное прикосновение человека к неповрежденной сети

с изолированной нейтралью и малой емкостью относительно «земли»

Прикосновение человека к одной из фаз сети, например к фазе С, создает электрическую цепь замыкания тока через тело человека, «землю» и сопротивления изоляции фаз А и В.

До прикосновения человека к фазе С, при равенстве сопротивлений изоляции RA = RB = RC, протекающие через эти сопротивления токи утечки равны между собой IA = IB = IC.

В этом случае имеют место уравнения

UA = IARA; UB = IBRB; UC = ICRC,

где UA, UB, UC – напряжения фазных проводов относительно «земли».

В случае прикосновения человека к фазе С сопротивление этой фазы относительно «земли» уменьшается (параллельное включение сопротивлений тела человека Rh и сопротивления изоляции RС фазного провода) и приближается к сопротивлению тела человека Rh, в результате нарушается симметрия системы и происходит перераспределение фазных напряжений по отношению к «земле» (рис. 3, б).

Из векторной диаграммы напряжений видно, что напряжение этой фазы уменьшается, а напряжение двух других фаз увеличивается. Нулевая точка источника относительно «земли» перемещается из точки «0» в точку «0–01» (рис. 3, б).

Учитывая, что фазные напряжения равны между собой, величина напряжения в точке «0–01» определяется по формуле

Uо = UСRи / (3Rh + Rи),

и ток, протекающий через тело человека, определяется выражением

Ih = 3UС / (3Rh + Rи),

где Rи – сопротивление изоляции фазных проводов относительно «земли».

Так как UС = Uф, то ток Ih, протекающий через тело человека, определяется по формуле

Ih = 3Uф / (3Rh + Rи).

Итак, в случае прикосновения к одному из фазных проводов 3-фазной сети с изолированной нейтралью человек находится под защитой сопротивлений изоляции фазных проводов RA, RB, RC относительно «земли» и сопротивлений обуви Rо и пола Rп. При хорошей изоляции проводов прикосновение человека к одной из фаз в сетях с изолированной нейтралью и напряжением до 1000 В практически считается безопасным. В процессе эксплуатации изоляция токоведущих частей может понизиться и оказаться в аварийном состоянии. В этом случае опасность поражения человека электрическим током резко возрастает.

Однополюсное прикосновение человека к 3-фазной сети

с изолированной нейтралью при замыкании

одной из фаз на «землю» (рис. 7)

В случае замыкания одной из фаз на «землю» человек, касаясь неповрежденной фазы, практически попадает под линейное напряжение, и ток, проходящий через тело человека, определяется по формуле

Ih = Uл / Rh.

Рис. 7. Однополюсное прикосновение человека к 3-фазной сети

с изолированной нейтралью при замыкании одной из фаз на «землю»

Защитную роль в данном случае могут сыграть сопротивления обуви Ro и пола Rп. С учетом этих сопротивлений ток Ih, проходящий через тело человека, определяется по формуле

Ih = Uл / (Rh + Ro + Rп).

Двухполюсное (двухфазное) прикосновение человека к 3-фазной сети

с изолированной нейтралью (рис. 8)

Величина тока, протекающего через тело человека, определяется только линейным напряжением, под которое попадает человек, сопротивлением тела человека и определяется по формуле

Ih = Uл / Rh.

Рис. 8. Двухполюсное прикосновение человека

к 3-фазной сети переменного тока с изолированной нейтралью

В этом случае параметры сети, кроме напряжения, определяющие величину тока Ih, протекающего через тело человека, влияния не оказывают.

Выводы

1. Наиболее опасным является двухполюсное прикосновение, при котором, независимо от режима нейтрали, человек оказывается под линейным напряжением Uл. В этом случае сопротивления изоляции фазных проводов RA, RB, RC, пола Rп и обуви Ro не оказывают защитного действия.

2. При однополюсном прикосновении к сети с заземленной нейтралью человек практически всегда оказывается под фазным напряжением Uф.

3. При однополюсном прикосновении человека в сети с изолированной нейтралью опасность прикосновения определяется параметрами связи сети с «землей». Напряжение прикосновения, воздействующее на человека, изменяется от нуля, в случае идеальной изоляции фазных проводов и малой емкости фаз относительно «земли», до линейного напряжения Uл в случае замыкания одной из фаз на «землю».

4. Для обеспечения электробезопасности рекомендуется применять сети:

  • с изолированной нейтралью в коротких и малоразветвленных сетях, позволяющих вести постоянный контроль и надзор за электрооборудованием и обеспечивать высокий уровень сопротивления изоляции токонесущих проводов относительно «земли»;

  • с глухозаземленной нейтралью в длинных разветвленных линиях электропередачи, в которых сложно обеспечить постоянный контроль состояния изоляции.

5. В 5-проводных сетях с нулевым рабочим N и защитным PE проводами всегда необходимо заземлять нейтраль.

Соседние файлы в папке Лаба 1