12696

Исследовать опасность прикосновения человека к фазному проводу электрической сети напряжением до 1 кВ

Лабораторная работа

Безопасность труда и охрана жизнедеятельности

Цель работы – исследовать опасность прикосновения человека к фазному проводу электрической сети напряжением до 1 кВ в ее нормальном и аварийном состояниях в зависимости от режима нейтрали источника питания сети активного сопротивления изоляции и емкости проводов относ...

Русский

2013-05-03

393.5 KB

43 чел.

Цель работы – исследовать опасность прикосновения человека к фазному проводу электрической сети напряжением до 1 кВ в ее нормальном и аварийном состояниях в зависимости от режима нейтрали источника питания сети, активного сопротивления изоляции и емкости проводов относительно земли, а также сопротивления в цепи тела человека.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ  ЧАСТЬ

Трехфазные сети напряжением до 1 кВ в зависимости от режима нейтрали источника питания разделяются на сети с глухозаземленной нейтралью и сети с изолированной нейтралью.

Глухозаземленная нейтраль нейтраль генератора (трансформатора), присоединенная непосредственно к заземляющему устройству.

Изолированная нейтраль нейтраль генератора (трансформатора), не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление приборов сигнализации, измерения, защиты и т. п.

В случае прикосновения человека к фазному проводу сети или к корпусу оборудования, например, при пробое изоляции, через тело человека на землю проходит ток, который затем через землю, сопротивление изоляции проводников и заземление нейтрали (при его наличии) возвращается к источнику питания (обмоткам трансформатора). Такое прикосновение называется однофазным. Реже на практике реализуется двухфазное включение человека в цепь тока. При двухфазном прикосновении человек попадает под линейное напряжение. Ток, проходящий через тело человека, прикоснувшегося одновременно к двум фазам, равен отношению линейного напряжения, под которым оказалось тело человека, к его электрическому сопротивлению.

Тяжесть поражения зависит от значения тока, пути протекания его через тело человека, длительности воздействия, индивидуальных особенностей человека и некоторых других факторов.

Анализ опасности электрических сетей сводится, прежде всего, к определению тока, проходящего через тело человека.

При однофазном прикосновении, если человек обут и стоит на каком-либо основании, сопротивление в цепи тела человека

Rh=Rчл+Rоб+Rос,             (1)

где Rчл, Rоб и Rос сопротивления тела человека, обуви и основания соответственно.

Ток, проходящий при этом через тело человека, Ih зависит от сопротивления Rh и параметров электрической сети. Ниже приведены зависимости для вычисления Ih в трехфазных сетях напряжением до 1 кВ с глухозаземленной и изолированной от земли нейтралью при нормальном и аварийном режимах работы сети.

1. Нормальный режим работы сети

1.Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью

Рассмотрим вначале схему замещения и расчетную схему исследуемой трехфазной сети (рисунок 1).

а      б

Рисунок 1 - Схема трехфазной четырехпроводной сети:

а – схема замещения; б – расчетная схема

Распределенные по длине каждого из фазных проводников А, В, С и PEN-проводника* активное сопротивление изоляции и емкость относительно земли условно принимаем сосредоточенными элементами RAE, RВЕ, RCE, RPEN и СAE, СВЕ, СCE, СPEN. Индуктивной составляющей сопротивления изоляции обычно пренебрегают по причине ее незначительности.

Здесь для удобства вывода расчетных зависимостей используются значения проводимостей:

YA=1/RAE+jCAE;  YВ=1/RВE+jCВE;  YС=1/RСE+jCСE;

YN=1/RPEN+jCPEN;  Y0=1/R0;  Yh=1/Rh=(Rчл+Rоб+Rос)-1,         (2)

где   = 2f – угловая частота переменного тока; R0 – сопротивление заземления нейтрали; j = .

Такая схема замещения позволяет рассмотреть сеть с глухозаземленной нейтралью, если принять Y0=1/R0, или трехпроводную сеть с изолированной нейтралью, если положить YN = Y0 = 0.

Принимая фазные напряжения источника симметричными, получим:

UA=Uф;  UВ2Uф;  UСUф,                                          (3)

где Uф – амплитуда фазных напряжений; а=–0,5+j фазный оператор, позволяющий учесть сдвиг по фазе на 120° фазных напряжений, причем = 1.

Применяя законы Кирхгофа (к схеме на рисунок 1, б), получим общее выражение для расчета тока, протекающего через тело человека, стоящего на земле и прикасающегося к фазе А трехфазной сети:

Ih=UфYh             (4)

* PEN-проводник совмещает в себе функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводника в электроустановках напряжением до 1 кВ.

В четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью сопротивление R08 Ом, т. е. много меньше сопротивлений изоляции проводников А, В, С, PEN относительно земли или иначе

            (5)

Пренебрегая в выражении (4) малыми по сравнению с Y0 величинами, получим

                       (6)

или с учетом соотношений (2)

            (7)

Так как R0<<Rh , то

                  (8)

или, учитывая соотношение (1),

Rчл+Rоб+Rос).              (9)

Следовательно, в сети с глухозаземленной нейтралью в случае прикосновения человека к фазе Ih не зависит от сопротивления изоляции и емкости проводников А, В, С и PEN относительно земли. При этом решающее значение имеют сопротивление обуви и основания, на котором стоит человек. Применение электрозащитных средств: диэлектрических галош, изолирующих подставок, диэлектрических ковров, а также наличие диэлектрического пола в помещении позволяет обеспечить требуемый уровень безопасности.

При неблагоприятных обстоятельствах (например, при сырой обуви и токопроводящих полах) можно принять Rоб= Roc= 0.

Тогда

              (10)

Такая ситуация представляет серьезную опасность для жизни человека.

2. Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью

В таких сетях YN = Y0= 0. Кроме того, при нормальном режиме работы сети обычно RAE = RBE = RCE = RE, СAE = СBE = СCE = СE  и следовательно, YA = YB= Yc = Y. С учетом этого из выражения (4) следует:

         (11)

Переходя от проводимостей к сопротивлениям и учитывая, что комплексное сопротивление проводника относительно земли Z = 1/Y=(1/RE +jCE)-1, получаем

          (12)

а амплитуда тока

         (13)

Рассмотрим два частных случая:

1. При CE 0, что имеет место в коротких воздушных сетях, из формулы (12) находим

          (14)

или с учетом выражения (1)

         (15)

Следовательно, ток, проходящий через человека, зависит от фазного напряжения, сопротивления изоляции проводников относительно земли и сопротивления в цепи тела человека. В условиях сырости можно принять Rоб = Rос= 0, и тогда решающее значение приобретает сопротивление изоляции. Если оно удовлетворяет требованиям Правил устройства электроустановок, т. е. RE 500 кОм, то Ih не может достичь опасных значений.

2. При  (это допустимо принять для кабельных сетей) из выражения (13), разделив числитель и знаменатель дроби под корнем на , получим

          (16)

На практике емкости фаз сравнительно невелики, поэтому второй член выражения под корнем не может быть много больше единицы. Отсюда следует, что с увеличением емкости фаз относительно земли ток Ih растет и может достичь опасных значений.

2. Аварийный режим работы сетей

Рассмотрим ситуацию, когда одна из фаз сети (например, фаза С) замкнулась на землю через относительно малое активное сопротивление , например, при обрыве и падении провода на землю. В схемах сети (рисунок 1) это обстоятельство отразится включением параллельно  проводимости . Следовательно, между фазой С и землей проводимость составит YС+Yзм . С учетом этого, выражение (4) примет вид:

        (17)

Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью.

В этой сети обычно выполняется условие (5), поэтому выражение (17) можно упростить:

         (18)

Учитывая соотношения (2), а также что  R0<<Rh,  получим

          (19)

Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью

Для данной сети YN = Y0= 0. Кроме того, обычно <<Yзм, тогда выражение (17) примет вид

         (20)

или, с учетом выражения для а и соотношений (2),

                (21)

В аварийном режиме часто реализуется ситуация, при которой Rзм существенно больше R0 и одновременно Rзм<< Rh. При этом условии сравнительный анализ формул (19) и (21) показывает, что в сети с изолированной нейтралью человек оказывается под напряжением прикосновения Uпр, близким к линейному Uл, что более опасно, нежели в сети с глухозаземленной нейтралью, где Unp не превышает фазного напряжения. Для обоих видов сетей характерно уменьшение опасности поражения током при увеличении Rh.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-РАСЧЕТНАЯ  ЧАСТЬ

1. Нормальный режим работы сети

Задание 1. Исследовать зависимость тока, проходящего через тело человека при прямом прикосновении к фазному проводу, от активного сопротивления изоляции проводов сети с изолированной, а затем с глухозаземленной нейтралью при постоянном значении емкости проводов относительно земли, соблюдая условие:  и .

  Результаты сводятся в таблицу 1.

Т а б л и ц а  1

Зависимость тока Ih, мА, от сопротивления RE 

изоляции проводов сети при СЕ = О

Режим нейтрали сети 

RE, кОм 

1,0 

2,5 

10 

25 

100 

Изолированная 

Ih, теор. 

 

 

 

 

 

 

Ih, эксп. 

 

 

 

 

 

 

Глухозаземленная 

Ih, теор. 

 

 

 

 

 

 

Ih, эксп. 

 

 

 

 

 

 

Задание № 2. Исследовать зависимость тока, проходящего через тело человека при прямом прикосновении к фазному проводу, от емкости проводов относительно земли в сети с изолированной, а  затем  с  глухозаземленной  ней-

тралью при постоянном значении активного сопротивления изоляции проводов, соблюдая условия:  и .

Результаты сводятся в таблицу 2.

Т а б л и ц а  2

Зависимость тока Ih, мА, от емкости СЕ проводов сети

относительно земли при RE =

Режим нейтрали сети

СЕ, мкФ

0

0,02

0,1

0,25

1,0

2,5

Изолированная

Ih, теор.

Ih, эксп.

Глухозаземленная

Ih, теор.

Ih, эксп.

Задание № 3. Исследовать влияние активного сопротивления в цепи тела человека Rh на значение тока Ih, проходящего через человека, прикоснувшегося к фазному проводу сети с изолированной и с глухозаземленной нейтралью при нормальном режиме ее работы.

Результаты сводятся в таблицу 3.

Т а б л и ц а  3

Зависимость тока Ih, мА, и напряжения UА, В,

от сопротивления Rh при RE = 100 и СЕ = О

Режим нейтрали сети

Rh, кОм

1

5

10

Изолированная

Ih, теор.

Ih, эксп.

UА,эксп.

Глухозаземленная

Ih, теор.

Ih, эксп.

UА,эксп.

2. Аварийный режим работы сети

Задание 4. При аварийной ситуации (замыкании фазного провода на землю через сопротивление растеканию тока Rзм) провести сравнительный анализ опасности прикосновения человека к исправному фазному проводу в сетях с изолированной и заземленной нейтралью. Исследовать характер влияния сопротивления Rзм на значение тока Ih, протекающего через человека.

Результаты сводятся в таблицу 4.

Т а б л и ц а  4

Зависимость тока Ih, мА, и напряжения UА, В,

от сопротивления  замыкания Rзм фазы В или С на землю

Режим нейтрали сети

Rзм, Ом

10

100

1000

Изолированная

Ih, теор.

Ih, эксп.

UА,эксп.

Глухозаземленная

Ih, теор.

Ih, эксп.

UА,эксп.

Задание № 5. При аварийной ситуации (замыкании фазного провода на землю через сопротивление растеканию тока Rзм) выполнить исследование характера влияния сопротивления в цепи тела человека, прикоснувшегося к исправному фазному проводу в сетях с изолированной и заземленной нейтралью, на значение тока Ih, протекающего через человека.

Результаты сводятся в таблицу 5.

Т а б л и ц а  5

Зависимость тока Ih, мА, и напряжения UА, В,

от сопротивления Rh в цепи тела человека

Режим нейтрали сети

Rh, кОм

1

5

10

Изолированная

Ih, теор.

Ih, эксп.

UА,эксп.

Глухозаземленная

Ih, теор.

Ih, эксп.

UА,эксп.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие факторы влияют на степень поражения человека электрическим током?

Тяжесть поражения зависит от значения тока, пути протекания его через тело человека, длительности воздействия, индивидуальных особенностей человека и некоторых других факторов.

2. Какие параметры определяют ток, проходящий через тело человека при двухфазном прикосновении?

При двухфазном прикосновении человек попадает под линейное напряжение. Ток, проходящий через тело человека, прикоснувшегося одновременно к двум фазам, равен отношению линейного напряжения, под которым оказалось тело человека, к его электрическому сопротивлению.

3. Что называется глухозаземленной нейтралью?

Глухозаземленная нейтраль нейтраль генератора (трансформатора), присоединенная непосредственно к заземляющему устройству.

4. Что называется изолированной нейтралью?

Изолированная нейтраль нейтраль генератора (трансформатора), не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление приборов сигнализации, измерения, защиты и т. п.

5. Какие параметры и как влияют на ток, проходящий через человека, прикоснувшегося к фазе в трехфазной сети с изолированной нейтралью?

Ток, проходящий через человека, зависит от фазного напряжения, сопротивления изоляции проводников относительно земли и сопротивления в цепи тела человека. В условиях сырости можно принять Rоб = Rос= 0, и тогда решающее значение приобретает сопротивление изоляции. Если оно удовлетворяет требованиям Правил устройства электроустановок, т. е. RE 500 кОм, то Ih не может достичь опасных значений.

6. Какие параметры определяют ток, проходящий через человека, прикоснувшегося к фазе в трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью?

В сети с глухозаземленной нейтралью в случае прикосновения человека к фазе Ih не зависит от сопротивления изоляции и емкости проводников А, В, С и PEN относительно земли. При этом решающее значение имеют сопротивление обуви и основания, на котором стоит человек. Применение электрозащитных средств: диэлектрических галош, изолирующих подставок, диэлектрических ковров, а также наличие диэлектрического пола в помещении позволяет обеспечить требуемый уровень безопасности.

При неблагоприятных обстоятельствах (например, при сырой обуви и токопроводящих полах) можно принять Rоб= Roc= 0.

7. Какие параметры определяют ток, проходящий через человека, прикоснувшегося к фазе в трехфазных сетях с глухозаземленной и изолированной нейтралью в аварийном режиме?

В аварийном режиме часто реализуется ситуация, при которой Rзм существенно больше R0 и одновременно Rзм<< Rh. При этом условии сравнительный анализ формул (19) и (21) показывает, что в сети с изолированной нейтралью человек оказывается под напряжением прикосновения Uпр, близким к линейному Uл, что более опасно, нежели в сети с глухозаземленной нейтралью, где Unp не превышает фазного напряжения. Для обоих видов сетей характерно уменьшение опасности поражения током при увеличении Rh.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

60839. Сложение и вычитание десятичных дробей 323 KB
  Цели урока: 1. Оборудование урока: Дидактические материалы по математике для 5 класса карточки для индивидуальной работы тесты компьютер презентация по теме урока.
60841. Объемный свет в mental ray 3.39 MB
  В стандартных атмосферных эффектах 3d Max есть возможность визуализации объемного света, когда лучи источника света будут видны на сцене, но при пользовании mental ray возникают проблемы при назначении данного эффекта...
60846. Почему идёт дождь и дует ветер? 53.5 KB
  Тип урока: Изучение нового материала. дождь Тучи нагоняет Воет задувает. ветер Итак сегодня на уроке мы узнаем почему идёт дождь и дует ветер. Скажите что такое дождь и ветер это явления природы...