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

81787. Становление социальных и гуманитарных наук 36.39 KB
  Если на этапе преднауки как первичные идеальные объекты так и их отношения соответственно смыслы основных терминов языка и правила оперирования с ними выводились непосредственно из практики и лишь затем внутри созданной системы знания языка формировались новые идеальные объекты то теперь познание делает следующий шаг. Оно начинает строить фундамент новой системы знания как бы сверху по отношению к реальной практике и лишь после этого путем ряда опосредствований проверяет созданные из идеальных объектов конструкции сопоставляя их с...
81788. Научное знание как система, его особенности и структура 31.63 KB
  Рассмотрим основные особенности научного познания или критерии научности. Его основная задача обнаружение объективных законов действительности природных социальных общественных законов самого познания мышления и др. Нацеленность науки на изучение не только объектов преобразуемых в сегодняшней практике но и тех которые могут стать предметом практического освоения в будущем является важной отличительной чертой научного познания. Существенным признаком научного познания является его системность...
81789. Эмпирический и теоретический уровни научного знания, критерии их различия 30.8 KB
  Эмпирический уровень научного познания включает в себя наблюдение эксперимент группировку классификацию и описание результатов наблюдения и эксперимента моделирование. Теоретический уровень научного познания включает в себя выдвижение построение и разработку научных гипотез и теорий; формулирование законов; выведение логических следствий из законов; сопоставление друг с другом различных гипотез и теорий теоретическое моделирование а также процедуры объяснения предсказания и обобщения. Соотношение эмпирического и теоретического...
81790. Структура эмпирического знания. Эмпирический факт 32.87 KB
  Вторым более высоким уровнем эмпирического знания являются факты. Научные факты представляют собой индуктивные обобщения протоколов это обязательно общие утверждения статистического или универсального характера. Понятие факт имеет следующие основные значения: 1 Некоторый фрагмент действительности объективные события результаты относящиеся либо к объективной реальности факты действительности либо к сфере сознания и познания факты сознания . Эйнштейн считал предрассудком убеждение в том будто факты сами по себе без свободного...
81791. Специфика теоретического познания. Структура и функции научной теории 42.94 KB
  Структура и функции научной теории. Гипотеза является необходимым элементом естественнонаучного познания которое обязательно включает в себя: а собирание описание систематизацию и изучение фактов; б составление гипотезы или предположения о причинной связи явлений; в опытную проверку логических следствий из гипотез; г превращение гипотез в достоверные теории или отбрасывание ранее принятой гипотезы и выдвижение новой. В результате этой проверки гипотеза либо переходит в ранг научной теории или опровергается сходит в научной сцены . В...
81792. Основания науки и их структура. Идеалы и нормы исследования 29.55 KB
  Под основаниями науки понимают систему различных регулятивов детерминирующих цель и способы получения научного познания представление и понимание изучаемой реальности а также формы и степень обоснованности научного знания и его включения в человеческую культуру. В данной дефиниции ясно видна и структура оснований науки: цель и способы научного познания определяются идеалами нормами и критериями обобщенное представление и понимание исследуемой реальности воплощается в научной картине мира формы и степень обоснованности научного знания и...
81793. Научная картина мира, ее исторические формы и функции 36.34 KB
  В познании структуры и свойств универсума большое значение имеет научная картина мира являющаяся формой систематизации и обобщения научных знаний. Научная картина мира НКМ система общих представлений о фундаментальных свойствах и закономерностях универсума возникающая и развивающаяся на основе обобщения и синтеза основных научных фактов понятий и принципов. Современная научная картина мира состоит из трех относительно самостоятельных блоков естественнонаучного технического и социальногуманитарного единство которых обеспечивают...
81794. Философские основания науки. Роль философских идей и принципов в обосновании научного знания 32.6 KB
  Социальное познание исторически первоначально развивалось в рамках философии истории раздела философии связанного с интерпретацией исторического процесса и исторического познания. Термин философия истории используется в настоящее время в следующих основных значениях: а учение об исторической реальности в ее целостности и развитии общая теория исторического процесса как единства прошлого настоящего и будущего; б часть философии науки исследующая историческое познание рациональными средствами и методами т. Это философская версия...