70095

ОЦЕНКА ОПАСНОСТИ ПОРАЖЕНИЯ ТОКОМ В ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Изучить влияние параметров сети режима нейтрали сопротивления изоляции и емкости фазных проводов относительно земли на опасность поражения человека электрическим током. Сравнить опасность прикосновения человека к проводам трехфазных сетей с изолированной и заземленной нейтралями...

Русский

2014-10-15

111.5 KB

11 чел.

PAGE  9

Лабораторная работа N2

Лабораторная работа 2

ОЦЕНКА ОПАСНОСТИ ПОРАЖЕНИЯ ТОКОМ В ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В

 Цель работы:

Оценить опасность прикосновения человека к фазным проводам электрических сетей напряжением до 1000 В.

Изучить влияние параметров сети (режима нейтрали, сопротивления  изоляции и  емкости фазных проводов относительно земли) на опасность поражения человека электрическим током.

 Содержание работы

1. Сравнить опасность прикосновения человека к проводам трехфазных сетей  с изолированной и заземленной нейтралями (параметры сети указаны в Приложении). Сравнение  провести для двух режимов работы сетей - нормальном и аварийном (при замыкании на землю одного фазного провода и отказе защиты).

2. При нормальном режиме работы сети определить ток, проходящий через человека при прикосновении к фазному проводу в зависимости от:

а) сопротивлений изоляции фазных проводов сети относительно  земли  при постоянной емкости этих проводов относительно земли,

б) емкостей фазных проводов сети относительно земли при постоянном сопротивлении их изоляции относительно земли.

2. При нормальном режиме работы сети определить ток, проходящий через человека при прикосновении к фазному проводу в зависимости от:

а) сопротивлений изоляции фазных проводов сети относительно  земли  при постоянной емкости этих проводов относительно земли,

б) емкостей фазных проводов сети относительно земли при постоянном сопротивлении их изоляции относительно земли.

 Опасность поражения  током в различных электрических сетях.

Все случаи поражения человека током являются следствием его прикосновения к двум точкам  электрической цепи1, между которыми существует некоторое напряжение. Это напряжение  называется  напряжением  прикосновения.

Опасность прикосновения, оцениваемая током (Ih), проходящим через тело человека, или напряжением прикосновения (Uh ), зависит от ряда факторов: способа включения человека в электрическую цепь, напряжения сети, режима ее нейтрали, а также сопротивлений изоляции и емкостей фазных проводов относительно земли.

Трехфазные сети (рис.1) в зависимости от режима нейтрали источника напряжения и наличия нулевого проводника могут быть:

Рис.1 Трехфазные сети:

а) трехпроводными с  изолированной нейтралью, б) трехпроводными с заземленной нейтралью,  в) четырехпроводными  с изолированной нейтралью, г) четырехпроводными с заземленной нейтралью.

1. трехпроводными с изолированной нейтралью,

2. трехпроводными с заземленной нейтралью,

3. четырехпроводными с изолированной нейтралью,

4. четырехпроводными с заземленной нейтралью.

 При напряжении  до 1000 В в нашей стране применяют, в основном, две из указанных схем - первую и четвертую. Вторая и третья схемы не применяются при напряжении до 1000 В, потому что в трехпроводной сети с заземленной нейтралью в случае замыкания фазы на корпус, а в четырехпроводной сети с изолированной нейтралью - на землю невозможно обеспечить безопасность персонала защитным заземлением или занулением.

Опасность прикосновения человека к проводу сети определяется значением проходящего через него тока Ih. С медицинской точки зрения понятия неопасного тока не существует. На практике из-за интенсивного использования энергии электрических источников вероятность прикосновения человека к токоведущим частям как самих электрических сетей так и потребительской аппаратуры достаточна велика, чтобы ее не замечать. Поэтому на практике при отсутствии специальных мер защиты в виде устройств защитного отключения УЗО опасным следует считать ток через человека, который может привести его к травме или более тяжелому результату. Неотпускающий ток со значением 10 мА принят за граничное значение между опасным и неопасным токами. При токах Ih  10мА подавляются сигналы нервной системы человека и он не может самостоятельно освободиться от источника опасности. Хотя неотпускающий ток еще не представляет угрозы для сердечно сосудистой и дыхательной систем, но нахождение человека подействием тока Ih  10мА вызывает защитное срабатывание других систем человека. например, эндокринная система начинает вырабатывать потовыделение, что снижает сопротивление человека электрическому току, значение которого может вырасти до опасного уже для жизни человека.

При работе в особых условиях - на высоте или в присутствии движущихся механизмов, представляющих опасность, опасным током следует считать ток выше тока чувствительности. В этом случае действие тока Ih  2мА может вызвать неосознанную защитную реакцию человека, которая может спровоцировать его падение или попадание в зону действия опасного механизма.

 В сети с изолированной нейтралью при нормальном режиме ее работы и при равенстве сопротивлений изоляции и емкостей фазных проводов относительно земли ток через человека, касающегося фазного провода (рис.2а) определяется выражением:

Ih = Uф / (Rh +Z/3)      (1)

где Ih  - ток через человека в комплексной форме, А,

Uф- фазное напряжение В,

Rh - сопротивление  тела человека , Ом.

Z  - комплексное сопротивление фазного провода относительно земли, Ом:

Z = r /(1+j2FrС),   j =-1       (2)

Здесь r - активное сопротивления изоляции проводов относительно земли, Ом.

С - емкость проводов относительно земли, Ф,

F - частота сети 50 Гц .

При равенстве сопротивлений изоляции и весьма малых значениях емкостей проводов относительно земли, то есть при r1 = r2 = r3 = r  и С1= С2 = С3 = 0, что может иметь место в воздушных сетях небольшой протяженности ток, проходящий через человека, будет определяться как:

Ih = Uф / (Rh + r/3)       (3)

При равенстве емкостей и весьма больших сопротивлениях изоляции фазных проводов относительно земли, то есть при r1 = r2 = r3 =  и С1 = С2 = С3 = С, что может иметь место в кабельных сетях, ток через человека согласно (1) и (2) определится из выражения:

Ih = Uф / (Rh + jX/3) ,  X = 1/2     (4)

В сети с заземленной нейтралью при нормальном режиме работы ток, проходящий через человека ( рис.3а) равен

Ih = Uф / (Rh + ro)    (5)

где ro  - сопротивление заземления нейтрали, Ом.

Согласно требованиям Правил устройства  электроустановок наибольшее значение ro  составляет 10 Ом, сопротивление же тела человека Rh не отпускается ниже нескольких сотен Ом. Следовательно, без большой ошибки в (5) можно пренебречь значением ro. Из выражений (1) и (5) следует, что прикосновение к проводу сети с заземленной нейтралью в нормальном режиме работы опаснее чем прикосновение к проводу сети с изолированной нейтралью, т.к. человек в этом случае попадает практически под фазное напряжение независимо от  значений сопротивления изоляции и емкости проводов относительно земли.

Рис.2. Прикосновение человека к проводу трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью: а) нормальный режим, б) аварийный режим

 В сети с изолированной нейтралью при аварийном режиме работыис.2б), то есть когда произошло замыкание на землю одного из фазных проводов,  выражение для тока через человека, коснувшегося неповрежденного провода имеет вид:

Ih = 3Uф / (Rh + rзм),    (6)

где rзм - сопротивление растеканию тока в месте замыкания провода на землю, Ом.

Если считать, что rзм  Rh (так обычно бывает на практике)  то получим

Ih = 3Uф / Rh,,      (7)

то есть человек окажется под линейным напряжением сети 3Uф.

Рис.3. Прикосновение человека к проводу трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью. а) нормальный режим б) аварийный режим

 В сети с заземленной нейтралью при аварийном режиме работы ток  через человека зависит от соотношения сопротивлений rзм и ro ( рис.3б). Если принять, что сопротивление rзм = 0 , то напряжение прикосновения Uпр =  3Uф, то есть человек окажется под линейным напряжением сети. Если принять сопротивление ro = 0, то Uпр = Uф, то есть человек окажется под фазным напряжением. Однако на практике rзм и ro соизмеримые сопротивления, поэтому напряжение под которым оказывается человек, прикоснувшийся в аварийный период к исправному фазному проводу, всегда меньше линейного, но больше фазного, то есть

Uф   Uпр   3Uф       (8)

а следовательно

Uф/Rh   Iпр   3Uф/Rh .       (9)

 Экспериментальная часть

 Применяемое оборудование

Схема лицевой панели стенда показана на рис. 3.  Стенд позволяет моделировать любую из четырех сетей трехфазного тока.

Вместо реально существующих распределенных сопротивлений  изоляции и емкости проводов относительно земли на стенде предусмотрены сосредоточенные сопротивления (R1,R2,R3) и емкости (С1,С2,С3) меняя значения которых, можно получить сеть с нужными параметрами.

Сопротивление человека изменяется от 1 до 10кОм. В схеме стенда имитируется подключение человека к каждому фазному проводу сети и к нулевому проводнику. Ток, проходящий через тело человека, измеряется встроенным цифровым миллиамперметром (mA).

Встроенный цифровой вольтметр  (V) служит для контроля напряжений фазных проводов относительно земли.

 Порядок проведения работы

Включить питание стенда кнопкой «ВКЛ».

Нажатием кнопки Rh+RОСН установить сопротивление, имитирующее тела человека по заданию преподавателя.

 1. Для определения тока Ih, протекающего через человека при  прикосновении к фазному проводу в сетях с изолированной нейтралью в нормальном и в  аварийном режимах работы, произвести измерения в следующем порядке.

 1.1.  В сети с изолированной нейтралью при нормальном режиме  работы:

а) изолировать нейтраль – отключить нейтраль с помощью кнопки К1 (до исчезновения подсветки лампочки);

б) с помощью кнопок:

КС установить емкости фазных проводов относительно земли равными нулю;

КR установить сопротивления фазных проводов сети относительно земли по заданию преподавателя;

в) имитируя прикосновение человека к любому из фазных проводов последовательным нажатием кнопки К4 измерить Ih. Значения сопротивлений фазных проводов и полученные значения Ih занести в табл. 1а.

Таблица 1а

 Результаты измерения по п.1.1 для сети с изолированной нейтралью в нормальном режиме работы.

r1,кОм

r2,кОм

r3,кОм

Ih1,мА

Ih2, мА

Ih3, мА

 1.2. Исследование сети с изолированной нейтралью в аварийном режиме работы.

а) произвести замыкание любого фазного провода на землю с помощью последовательного нажатия на кнопку К3. Сопротивление в месте контакта провода с землей имитируется резистором RКЗ = 100 Ом, которое установлено в схеме стенда.

б) последовательно нажимая на кнопку К4 имитировать прикосновение человека к каждому из фазных проводов сети и измерить токи через тело человека Ih . Результаты измерений вписать табл. 1б.

Таблица 1б

Результаты измерения по п1.2 для сети с изолированной нейтралью в аварийном режиме работы.

r1,кОм

r2,кОм

r3,кОм

rзм,Ом

Ih1,мА

Ih2, мА

Ih3, мА

100

2. Для определения тока Ih, протекающего через тело человека при  прикосновении к фазному проводу в сетях с заземленной  нейтралью в нормальном и в  аварийном режимах работы, произвести измерения в следующем порядке.

2.1. В сети с заземленной нейтралью при  нормальном  режиме  работы:

а) заземлить нейтраль – нажать кнопку К1, при этом сопротивление заземления нейтральной точки источника тока имитируется резистором R0 = 4 Ом, которое установлено в схеме стенда.

б) при тех же значениях сопротивлений и емкостей фазных проводов относительно земли  имитируя прикосновение человека поочередно к каждому из фазных проводов последовательным нажатием кнопки К4 измерить Ih . Показания миллиамперметра занести в табл.2а.

Таблица 2а

Результаты измерения по п.2.1 для сети с заземленной нейтралью в нормальном режиме работы.

R1,кОм

R2,кОм

R3,кОм

R0,Ом

Ih1,мА

Ih2, мА

Ih3, мА

4

2.2.. При  исследовании сети с заземленной нейтралью при аварийном режиме работы 

а) произвести замыкание любого фазного провода на землю с помощью последовательного нажатия на кнопку К3. Сопротивление в месте контакта провода с землей имитируется резистором RКЗ = 100 Ом, которое установлено в схеме стенда.

б) последовательно нажимая на кнопку К4 имитировать прикосновение человека к каждому из фазных проводов сети и измерить токи через тело человека Ih . Результаты измерений вписать табл. 2б.

Таблица 2б

Результаты измерения для сети с заземленной нейтралью в аварийном режиме работы.

r1,кОм

r2,кОм

r3,кОм

ro,Ом

rзм,Ом

Ih1,мА

Ih2, мА

Ih3, мА

4

100

3. Изучение влияняе параметров сети (режима нейтрали, сопротивления  изоляции и  емкости фазных проводов относительно земли) на опасность поражения человека электрическим током.

3.1. Определить зависимость Ih (R) для сети с изолированной нейтралью.

а) изолировать нейтраль – отключить нейтраль с помощью кнопки К1 (до исчезновения подсветки лампочки);

б) с помощью кнопоки КС установить емкости фазных проводов относительно земли равными нулю;

в) изменяя (от 10 до 200 кОм) с помощью кнопки КR сопротивления фазных проводов сети относительно земли и имитируя прикосновение человека к любому из фазных проводов нажатием кнопки К4 измерить Ih. Значения сопротивлений фазных проводов и полученные значения Ih занести в табл. 3а.

Таблица 3а

Зависимость тока через человека от сопротивления изоляции проводов трехфазной сети с изолированной нейтралью

r, кОм

Ih,мА

3.2. Измерить зависимость Ih (С) для сети с изолированной нейтралью. 

а) с помощью кнопоки КR установить сопротивления фазных проводов относительно земли равными 10 кОм;

б) изменяя (от 0 до 20 мкФ) с помощью кнопки КС емкости фазных проводов сети относительно земли и имитируя прикосновение человека к любому из фазных проводов нажатием кнопки К4 измерить Ih. Значения емкостейфазных проводов и полученные значения Ih занести в табл. 3б.

Таблица 3б

Зависимость тока через человека от емкости проводов на землю трехфазной сети с изолированной нейтралью

С,мкФ

Ih,мА

3.3. Для получения зависимости  Ih (r)   для сети с заземленной нейтралью 

а) заземлить нейтраль – нажать кнопку К1, при этом сопротивление заземления нейтральной точки источника тока имитируется резистором R0 = 4 Ом, которое установлено в схеме стенда.

б) с помощью кнопоки КС установить емкости фазных проводов относительно земли равными нулю;

в) изменяя (от 10 до 200 кОм) с помощью кнопки КR сопротивления фазных проводов сети относительно земли и имитируя прикосновение человека к любому из фазных проводов нажатием кнопки К4 измерить Ih. Значения сопротивлений фазных проводов и полученные значения Ih занести в табл. 3в.

Таблица 3в

Зависимость тока через человека от сопротивления изоляции проводов трехфазной сети с заземленной нейтралью

R, кОм

Ih, мА

3.4. Измерить зависимость Ih (С) для сети с заземленной нейтралью.

а) с помощью кнопоки КR установить сопротивления фазных проводов относительно земли равными 10 кОм;

б) изменяя (от 0 до 20 мкФ) с помощью кнопки КС емкости фазных проводов сети относительно земли и имитируя прикосновение человека к любому из фазных проводов нажатием кнопки К4 измерить Ih. Значения емкостейфазных проводов и полученные значения Ih занести в табл. 3г.

Таблица 3г

Зависимость тока через человека от емкости проводов на землю трехфазной сети с заземленной нейтралью

С,мкФ

Ih,мА

  Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Принципиальные схемы исследуемых сетей.

2. Результаты измерений по пп.1-3 в виде таблиц.

3. Зависимости Ih (R ) и Ih (С) п.3 должны быть проиллюстрированы графиками.

4. Выводы о влиянии параметров сети ( режима нейтрали, сопротивления  изоляции и емкости фазных проводов относительно земли ) на опасность поражения человека электрическим током.

 Контрольные вопросы и задачи:

1. В  каком случае(в трехфазной сети  с  изолированной нейтралью или с заземленной нейтралью.) и почему опаснее прикосновение человека  к фазному проводу,  замкнувшемуся на землю?

2. В какой из двух исследуемых в работе сетей  прикосновение к  фазному проводу опаснее при нормальном режиме работы сети и почему?

3. В  какой из двух исследуемых в работе сетей прикосновение к исправному фазному проводу опаснее при аварийном режиме работы сети и почему?.

4. Почему в трехфазной сети с изолированной  нейтралью при  увеличении емкости проводов относительно земли возрастает ток, проходящий через человека? Чем будет определяться данный ток при С ?

5. Человек прикоснулся к фазному проводу трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью Uф = 220 В,  Rh = 1000 Ом. Определить для двух случаев:

а). при С1 = С2 = С3 = 0  и  для сопротивлений изоляции фазных проводов r  = r1 = r2 = r3  = 3 кОм, 15 кОм, 30 кОм, 60 кОм.

б). при r  = r1 = r2 = r3 =  и  для значений емкостей фазных проводов С1 = С2 = С3 = С = 0,03 мкФ, 0,2 мкФ, 1,0 мкФ, 1,5 мкФ.

6. Человек  прикоснулся к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети Uф=220 В с заземленной нейтралью. Определить Ih при следующих параметрах сети ro = 4 Ом, r = r1 = r2 = r3  = 30 кОм,. С1= С2 = С3 =0,2 мкФ  Сопротивление человека  Rh = 1000 Ом.

7. Человек прикоснулся к фазному проводу трехфазной трехпроводнй сети с изолированной нейтралью в момент, когда другой фазный провод был замкнут на землю. Определить Ih при следующих параметрах сети Uф=220 В,  

r = r1 = r2 = r3  =  20 кОм, С1= С2 = С3 = 0,1 мкФ, при этом сопротивление rзм = 300 Ом, 100 Ом, 30 Ом, 10 Ом.

   Литература

Долин П. А. Основы техники безопасности в электроустановках. М.:, Энергоатомиздат, 1984, с 168 - 179

1  например, фазный провод  и земля


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

44431. Дизайн-разработка рекламно-сувенирного буклета 8.08 MB
  Дизайн-разработка рекламно-сувенирного буклета кафедры Художественной и пластической обработки материалов Пояснительная записка к выпускной квалификационной работе по специальности Определение термина буклет история развития буклета. Задачи и функции рекламно-сувенирного буклета. Основные этапы и элементы дизайна буклета .
44433. Разработка приспособления для сборки-сварки кронштейн симметричный 1.38 MB
  Обоснование маршрутной последовательности выполнения сборочно-сварочных операций Проектирование приспособления для сборки-сварки кронштейна переходного Выбор и обоснование конструктивных элементов приспособления установочных зажимных элементов вспомогательных устройств рамы и т. Разработка компоновочной схемы и сборочного чертежа приспособления...
44434. Проектирование микропроцессора (МП) управления внешним объектом на базе микропроцессора производства фирмы Atmel семейства AVR 862.5 KB
  В соответствии с заданием на наше устройство поступают как дискретные так и аналоговые сигналы. Дискретные сигналы не требуют обработки поэтому мы можем сразу подавать их на ЦПУ используя только схему которая будет защищать порты ввода вывода от больших токов. На порты микроконтроллера могут поступать токи до 20 mA
44435. Проект завода по производству пива производительностью 500 тыс. гл в год 2.96 MB
  Приведены выбор и обоснование способов производства пива и процессуальные схемы их получения. Для производства светлого и тёмного пива предусмотрено кипячение сусла с хмелем, брожение, дображивание. Для достижения стабильности пива предложены обработки: фильтрация, осветление, обработка холодом. Применён изобарический розлив
44436. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЧАСТКА ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ 1.05 MB
  Строительная стоимость вариантов трассы Общая строительная стоимость железной дороги выражается следующей формулой: где: – коэффициент учитывающий стоимость временных сооружений прочие затраты содержание строящегося предприятия проектно-изыскательские работы а также непредвиденные затраты. Для первого территориального района ; – стоимость работ по земляному полотну главных и станционных путей с учетом дополнительных и укрепительных работ тыс.; – стоимость работ по искусственным сооружениям на перегонах и раздельных пунктах тыс.; –...
44438. Изобразительный товарный знак «Школа паркура» на основе формы мартышки 1.79 MB
  В рамках курсового проекта был создан знак на основе формы мартышки для школы паркура. Паркур — искусство перемещения и преодоления препятствий. Многими занимающимися воспринимается как стиль жизни. В настоящее время активно практикуется и развивается многими объединениями и частными лицами во многих странах
44439. Разработка модели системы видеонаблюдения «Мокшинской средней школы» 332.5 KB
  На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов компьютеров и более 80 процентов из них объединены в различные информационно-вычислительные сети от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Internet. Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин таких как ускорение передачи информационных сообщений возможность быстрого обмена информацией между пользователями получение и передача сообщений не отходя от рабочего места возможность мгновенного получения любой информации из любой...