МПС России

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Ростовский государственный университет путей сообщения»

(РГУПС)

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности»

ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ

Методические указания к

лабораторным работам

Ростов-на-Дону

2005г.

УДК 658.345(07)+06

Электробезопасность: методические указания к лабораторным работам / Ю.В.Павленко, Т.А.Бойко. Под общей редакцией доцента, канд. техн. наук Ю.В.Павленко. – Ростовский государственный университет путей сообщения. Ростов н/Д, 2005. с.

Приведены основные теоретические положения об опасности трёхфазных электрических сетей, принципов действия защитного заземления и защитного зануления, о методике испытания заземляющих устройств, а также о явлениях, возникающих при растекании электрического тока в земле, и условиях возникновения напряжения прикосновения и шага. Даются описания моделирующих стендов, используемых при выполнении лабораторных работ, а также методические указания по проведению экспериментов и оформлению их результатов. Все лабораторные работа снабжены контрольными вопросами для проверки знаний студентов.

Методические указания предназначены для студентов всех специальностей всех форм обучения.

Табл. 28 Ил. 21. Библиогр.: 6 назв.

Рецензенты: Академик МАНЭБ, проф. А.В. Фролов (ЮРГТУ-НПИ);

Канд. техн. наук, доцент В.М. Олейник (РГУПС)

© Ростовский государственный университет путей сообщения

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Общие положения. Термины и определения………………………………………..	4
2. Лабораторная работа «Исследование опасности трёхфазных электрических сетей до 1 кВ» (Доцент Павленко Ю.В.)………………………………………………………	10
3. Лабораторная работа «Исследование эффективности защитного заземления и защитного зануления в трехфазных электрических сетях напряжением до 1 кВ» (Доцент Павленко Ю.В.)…………………………………………………………………	26
4. Лабораторная работа «Испытание заземляющих устройств» (Доцент Павленко Ю.В.)…………………………………………………………………	51
5. Лабораторная работа «Исследование напряжения прикосновения и шага» (Доцент Павленко Ю.В.)…………………………………………………………………	66
6. Лабораторная работа «Исследование эффективности защитного заземления» (Доцент Бойко.Т.А.)………………………………………………………………………	79
7. Лабораторная работа ««Исследование эффективности защитного зануления» (Доцент Бойко.Т.А.)………………………………………………………………………	86
Рекомендуемая литература	97

1. Общие положения, термины и определения.

Электробезопасность - система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества. Вопросы электробезопасности изучаются студентами РГУПС как в дисциплине «Безопасность жизнедеятельности», так и в специальной дисциплине «Электробезопасность». Целью выполнения комплекса лабораторных работ является экспериментальная проверка основных теоретических положений, излагаемых в теоретическом курсе. Для выполнения экспериментальной части лабораторных работ на кафедре БЖД РГУПС используется два типа стендов: - универсальный лабораторный стенд электробезопасности (УЛС); - стенд электробезопасности конструкции РИИЖТа. Для исследования эффективности таких защитных мероприятий как защитное заземление и защитное зануление может выполняться на обоих типах стендов. Однако моделирующий стенд УЛС позволяет проводить более глубокие исследования по расширенной программе, в связи, с чем его рекомендуется использовать, прежде всего, для студентов электротехнических специальностей. В соответствии с действующими «Правилами устройства электроустановок» [1] в области электробезопасности и в настоящей работе используются следующие термины: - ГЛУХОЗАЗЕМЛЁННАЯ НЕЙТРАЛЬ - нейтраль трансформатора или генератора, присоединённая непосредственно к заземляющему устройству; - ИЗОЛИРОВАННАЯ НЕЙТРАЛЬ – нейтраль трансформатора или генератора, присоединённая к заземляющему устройству или присоединённая к нему через большое сопротивление приборов сигнализации, измерения, защиты и других аналогичных им устройств; - ПРОВОДЯЩАЯ ЧАСТЬ – часть, которая может проводить электрический ток; - ТОКОВЕДУЩАЯ ЧАСТЬ – проводящая часть электроустановки, находящаяся в процессе её работы под рабочим напряжением, в том числе нулевой рабочий проводник; - ОТКРЫТАЯ ПРОВОДЯЩАЯ ЧАСТЬ – доступная прикосновению проводящая часть электроустановки, нормально не находящаяся под напряжением, но которая может оказаться под напряжением в результате повреждения основной изоляции; - СТОРОННЯЯ ПРОВОДЯЩАЯ ЧАСТЬ – проводящая часть, не являющейся частью электроустановки; - ПРЯМОЕ ПРИКОСНОВЕНИЕ – электрический контакт людей или животных с токоведущими частями, находящимися под напряжением; - КОСВЕННОЕ ПРИКОСНОВЕНИЕ – электрически контакт людей или животных с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции; - ЗАЩИТА ОТ ПРЯМОГО ПРИКОСНОВЕНИЯ – защита для предотвращения прикосновения с токоведущими частями, находящимися под напряжением; - ЗАЩИТА ПРИ КОСВЕННОМ СОПРИКОСНОВЕНИИ – защита от поражения электрическим током при прикосновении к открытым проводящим частям, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции; - ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ – проводящая часть или совокупность соединённых между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду; - ИСКУССТВЕННЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ – заземлитель, специально выполняемый для целей заземления; - ЕСТЕСТВЕННЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ – сторонняя проводящая часть, находящаяся в электрическом контакте с землёй непосредственно или через промежуточную проводящую среду, используемая для целей заземления; - ЗАЗЕМЛЯЮЩИЙ ПРОВОДНИК – проводник, соединяющий заземляющую часть (точку) с заземлением; - ЗАЗЕМЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО – совокупность заземлителя и заземляющих проводников; - ЗОНА НУДЕВОГО ПОТЕНЦИАЛА (относительная земля) – часть земли, находящаяся вне зоны влияния какого-либо заземлителя, электрический потенциал которого принимается равным нулю; - ЗОНА РАСТЕКАНИЯ (локальная земля) – зона земли между заземлителем и зоной нулевого потенциала; - ЗАМЫКАНИЕ НА ЗЕМЛЮ – случайный электрический контакт между токоведущими частями, находящимися под напряжением, и землёй; - НАПРЯЖЕНИЕ НА ЗАЗЕМЛЯЮЩЕМ УСТРОЙСТВЕ – напряжение возникающее при стекании тока с заземлителя в землю между точкой ввода тока в заземлитель и зоной нулевого потенциала; - НАПРЯЖЕНИЕ ПРИКОСНОВЕНИЯ – напряжение между двумя проводящими частями, или между проводящей частью и землёй при одновременном прикосновении к ним человека или животного; - НАПРЯЖЕНИЕ ШАГА – напряжение между двумя точками на поверхности земли на расстоянии 1м одна от другой; которое принимается равным длине шага человека; - СОПРОТИВЛЕНИЕ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА – отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю; - ЗАЗЕМЛЕНИЕ – преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети электроустановки или оборудования с заземляющим устройством; - ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ – заземление, выполняемое в целях электробезопасности; - РАБОЧЕЕ (функциональное) ЗАЗЕМЛЕНИЕ – заземление точек или точки токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности); - ЗАЩИТНОЕ ЗАНУЛЕНИЕ в электроустановках напряжением до 1 кВ – преднамеренное соединение открытых проводящих частей с глухозаземлённой нейтралью генератора или трансформатора в сетях с трёхфазного тока, с глухозаземлённым выводом источника однофазного тока, с заземлённой точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемого в целях электробезопасности; - УРАВНИВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛОВ – электрическое соединение проводящих частей для достижения равенства их потенциалов; - ЗАЩИТНОЕ УРАВНИВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛОВ – уравнивание потенциалов, выполняемое в целях электробезопасности; - ВЫРАВНИВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛОВ – снижение разности потенциалов (шагового напряжения) на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, проложенных в земле в полу или на их поверхности и присоединённых к заземляющему устройству, или путём применения специальных покрытий земли; - ЗАЩИТНЫЙ (РЕ) ПРОВОДНИК – проводник, предназначенный для целей электробезопасности; - ЗАЩИТНЫЙ ЗАЗЕМЛЯЮЩИЙ ПРОВОДНИК – защитный проводник, предназначенный для защитного заземления; - ЗАЩИТНЫЙ ПРОВОДНИК УРАВНИВАНИЯ ПОТЕНЦИАЛОВ - защитный проводник, предназначенный для защитного уравнивания потенциалов; - НУЛЕВОЙ ЗАЩИТНЫЙ ПРОВОДНИК – защитный проводник в электроустановках до 1 кВ, предназначенный для присоединения открытых проводящих частей к глухозаземлённой нейтрали источника питания; - НУЛЕВОЙ РАБОЧИЙ (НЕЙТРАЛЬНЫЙ) ПРОВОДНИК (N) – проводник в электроустановках до 1 кВ, предназначенный для питания электроприёмников и соединённый с глухозаземлённой нейтралью генератора или трансформатора в сетях трёхфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с глухозаземлённой точкой источника в сетях постоянного тока; - СОВМЕЩЕННЫЕ НУЛЕВОЙ И ЗАЩИТНЫЙ НУЛЕВОЙ РАБОЧИЙ (РЕN) ПРОВОДНИКИ – проводники в электроустановках напряжением до 1 кВ, совмещающие функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников; - ОСНОВНАЯ ИЗОЛЯЦИЯ – изоляция токоведущих частей, обеспечивающая в том числе защиту от прямого прикосновения; - ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИЗОЛЯЦИЯ – независимая изоляция в электроустановках напряжением до 1 кВ, выполняемая дополнительно к основной изоляции при косвенном прикосновении; - ДВОЙНАЯ ИЗОЛЯЦИЯ – изоляция в электроустановках напряжением до 1 кВ, состоящая из основной и дополнительной изоляций; - СВЕРХНИЗКОЕ (МАЛОЕ) НАПРЯЖЕНИЕ (СНН) – напряжение не превышающее 50В переменного тока и 120В постоянного тока; Для электроустановок напряжением до 1 кВ в соответствии с [1] приняты следующие обозначения: - СИСТЕМА ТN– система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводники части электроустановок присоединены глухозаземлённой нейтрали источника посредством нулевых защитных проводников; - СИСТЕМА ТN-С – система ТN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике на всём её протяжении; - СИСТЕМА ТN-S– система ТN, в которой нулевой защитный и нулевой рабочий проводники разделены на всём её протяжении; - СИСТЕМА ТN-С-S– система ТN, в которой функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике в какой-то её части, начиная от источника питания; - СИСТЕМАIT– система, в которой нейтраль источника питания изолирована от земли, а открытые проводящие части электроустановки заземлены; В вышеприведённых обозначениях систем буквы имеют следующие значения. Первая буква – состояние нейтрали источника питания относительно земли: - Т – заземлённая нейтраль; -I– изолированная нейтраль; Вторая буква – состояние открытых проводящих частей относительно земли: - Т – открытые проводящие части заземлены; -N– открытые проводящие части присоединены к глухозаземлённой нейтрали источника питания; Последующие буквы – совмещение в одном или разделение функций нулевого рабочего и нулевого защитного проводников: -S– нулевой рабочий (N) и нулевой защитный (PE) проводники разделены;

- С – функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников совмещены в одном проводнике (PENпроводник). В настоящем сборнике методических указаний к лабораторным работам по электробезопасности на рисунках приведены те же обозначения, что и на лабораторных стендах, но в скобках приводятся аналогичные обозначения, соответствующие действующим ПУЭ [1].

2. Лабораторная работа «Исследование опасности трёхфазных электрических сетей напряжением до 1 кВ»

2.1. Цель работы

Исследовать влияние режимов работы параметров трёхфазных электрических сетей на опасность поражения человека электрическим током.

2.2. Программа работы

2.2.1. Изучить критерии электробезопасности

2.2.2. Исследовать влияние симметричных параметров изоляции (активных сопротивлений и емкостей фаз относительно земли) на величину напряжения прикосновения и ток через тело человека, качающегося токоведущих частей в сетях с изолированной и глухозаземлённой нейтралью.

2.2.3. Исследовать влияние сопротивления цепи тела человека на опасность поражения электрическим током.

2.2.4. Исследовать влияние асимметрии сопротивлений изоляции фаз на величину напряжения фазных проводов относительно земли и опасность поражения человека электрическим током в сетях с изолированной и глухозаземлённой нейтралью.

2.2.5. Оформит отчёт по лабораторной работе.

2.3. Описание универсального лабораторного стенда (УЛС)

2.3.1. Устройство и принцип работы УЛС.

Работа проводится на универсальном лабораторном стенде по электробезопасности (УЛС), представляющем собой моделирующее устройство, состоящее из базового блока и комплекса сменных панелей для различных лабораторных работ.

Для выполнения данной лабораторной работы используется сменная панель «Электробезопасность трехфазных сетей», которая устанавливается сверху базового блока и фиксируется на нём при помощи двух направляющих штырей. Электрическое соединение панели с базовым блоком осуществляется штепсельным разъёмом, одна часть которого смонтирована на базовом блоке, а другая – на сменной панели.

Лабораторный стенд позволяет моделировать основные параметры и режим работы исследуемых электрических сетей, а также измерять напряжение прикосновения и силу тока, протекающего через человека при его косвенном прикосновении к находящемуся под напряжением корпусу электроустановки.

Схема электрическая принципиальная сменной панели изображена на её передней стенке. Там же расположены органы управления, имеющие следующие назначение:

- тумблер «Сеть» служит для включения базового блока;

- кнопка «Сеть» служит для подачи напряжения на исследуемую электрическую сеть;

- тумблер «RO» служит для задания требуемого режима работы исследуемой сети: при выключенном тумблере сеть работает в режиме с изолированной нейтралью, включением тумблера осуществляется глухое заземление нейтрали;

- тумблер «Замыкание» служит для замыкания фазного провода на корпус

электроустановки, к которому прикасается человек;

- переключатель «R₄» служит для изменения сопротивления тела человека, величину которого можно задавать, 1, 2, 4, 5, 10 кОм;

- переключатели «R_A», «R_B» и «R_C» служат для изменения активных сопротивлений изоляции соответствующих фаз относительно земли и установления их значений, 1, 2, 5, 10, 400 кОм;

- переключатели «С_A», «С_B» и «С_C» служат для изменения емкостей фаз относительно земли и установления их значений 0, 0.1, 0.2, 0.5, 1 и 1.5 мкФ.

Задавая переключателем различные соотношения между сопротивлениями и емкостями можно моделировать сети с любыми требуемыми параметрами изоляции фаз относительно земли. При этом надо иметь ввиду, что предусмотренные на стенде сосредоточенные активные сопротивления и ёмкости лишь имитируют существующие в реальных электрических сетях по длине линии сопротивления изоляции и емкости фазных проводов относительно земли.

Для усиления наглядности моделирования на передней стенке сменной панели расположены светодиоды, которые зажигаются при появлении напряжения на соответствующих участках и элементах исследуемой сети.

Расположенный на передней стенке панели миллиамперметр служит для измерения силы тока, протекающего через тело человека прикоснувшегося к корпусу электроустановки.

Измерение напряжения прикосновения, а также напряжений между различными точками исследуемой сети производятся отдельным выносным вольтметром, для подключения которого на панели имеются соот­ветствующие гнёзда. При этом надо помнить, что питание моделируемых сетей на стенде осуществляется пониженным напряжением. Поэтому с целью имитации реальных физических процессов, происходящих в электрических сетях, показания вольтметре при измерении напряжений необходимо умножать на 10.

2.3.2 Меры безопасности при работе на УЛС

Поскольку моделирующий лабораторный стенд УЛС сам является

электроустановкой, то для обеспечений безопасности при проведении на нем исследований необходимо соблюдать следующие требования:

а) работы на стенде разрешается выполнять только после прове­дения преподавателем инструктажа по технике безопасности и офор­мления его в соответствующее журнале;

б) к работе на УЛС допускается лица, ознакомленные с его устройством, принципом действия и изучающие настоящие методические указания;

в) перед подачей на стенд напряжения необходимо все органы управления (тумблеры и переключатели) установить в положение «ВЫКЛЮЧЕНО»

г) подавать на стенд напряжение можно только после получения от преподавателя разрешения, при этом включающий обязан предупре­дить присутствующих словами «ВНИМАНИЕ! ПОДАЮ НАПРЯЖЕНИЕ!»;

д) все производимые на стенде переключения должны быть пред­варительно продуманы, поспешные и неосторожные действия, при выпол­нении лабораторной работы недопустимы;

е) закончив выполнение одного опыта и приступая к составлению

модели исследуемой сети для следующего опыта, все органы управления стенда следует каждый раз устанавливать в исходное положение «ВЫКЛЮЧЕНО»;

ж) ври исчезновении напряжения в питающей сети или при воз-

икновении каких-либо неполадок в стенде последний необходимо выключить и доложить об этом преподавателю;

з) закончив выполнение лабораторной работы, необходимо стенд выключить, все органы управления установить в положение «ВЫКЛЮЧЕНО»

и) проводить исследования на стенде одному человеку без присутствия преподавателя запрещается.

2.4. Указания к выполнению программы работы

2.4.1. Критерии электробезопасности

При выполнении лабораторной работы оценка опасности поражения электрическим током производится путем сравнения фактических величин напряжения прикосновения и тока, протекающего через тело человека, с их допустимыми значениями, которые регламентируются стандартом «ГОСТ 12.1.038-82. ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов».ⁱ

В основу ГОСТ 12.1.038-82 положены три первичных (то есть учитывающих ответные реакции организма) критерия электробезопасности, в качестве которых приняты такие оптимальные значения тока через тело человека и времени его воздействия, при которых вероятность смертельного исхода оказывается достаточно мала.

Первый критерий:при длительном протекании через тело человека ток не должен превосходить верхнего порога значение не ощущаемого тока, величина которого принята равной 0,6 мА. Допускаемая продолжительность воздействия такого тока на человека не более 10 мин в сутки.

Первый критерий служит для обоснования конструкции и параметров электроустановок: при нормальном (неаварийном) режиме работы электроустановка не должна создавать в цепи человека ощутимых токов.

Второй критерий: при достаточно длительном ( до 30с) случайном прикосновении ток не должен превосходить верхнего порогового значения отпускающего тока (тока, при котором человек может самостоятельно освободиться от контакта с электродом).

В качестве второго критерия при частоте 50Гц принят ток 6мА, при протекании которого через человека вероятность отпускания составляет 99,5%. Длительность воздействия такого тока ограничивается защитной реакцией самого человека.

Используется этот критерий для обоснования необходимости и параметров защитных мер: при протекании через тело человека тока, не превышающего верхнего порогового значения отпускающего тока, защита может отсутствовать или не срабатывать, так как человек может самостоятельно разорвать цепь протекающего через него тока.

Третий критерий:при кратковременном (до 1с) воздействии ток не должен превосходить верхнего порогового значения нефибрилляционного тока, некоторые величины которого в зависимости от длительности воздействия при частоте 50Гц приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1.

Длительность воздействия, с	0,2	0,5	1,0
Пороговый нефибрилляционный ток, мА	250	100	50

Третий критерий необходим для обоснования быстродействия защиты: защита должна срабатывать до возникновения фибрилляции сердца.

При использовании критериев электробезопасности следует помнить, что приведенные выше их значения не могут рассматриваться как обеспечивающие абсолютную безопасность, а принимается в качестве практически допустимых лишь с достаточно малой вероятностью смертельного поражения.

2.4.2.Исследование влияния параметров изоляции сети на опасность поражения человека электрическим током

На опасность поражения электрическим током человека, случайно прикоснувшегося к токоведущим частям или к металлическим нетоковедущим частям (например, к корпусу), оказавшимся в аварийном случае под напряжением, влияют как параметры изоляции сети, так и режим нейтрали.

С точки зрения электробезопасности электрические сети напряжением до 1000 В могут работать в режиме либо с изолированной нейтралью, либо с глухозаземленной нейтралью.

Поэтому при выполнении лабораторной работы исследование влияния параметров сети на опасность поражения током необходимо проводить путем моделирования электрических сетей, работающих как с изолированной, так и с глухозаземленной нейтралью.