Опасность напряжений прикосновения при замыкании фазы на землю (аварийный режим) и на корпус электрооборудования

Лабораторная работа № 1

«Анализ электробезопасности в трехфазных

трехпроводных сетях»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Выяснить зависимость электробезопасности от режима нейтрали, сопротивления изоляции фаз, защитного заземления, сопротивления пола и обуви.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Определить на лабораторном стенде ток, протекающий через тело человека, в зависимости от сопротивления изоляции проводов сети, сопротивлений пола, обуви при наличии и отсутствии защитного заземления электроустановки и заземления нейтрали.

Для двух режимов работы сети:

а) нормальный режим;

б) аварийный режим.

Отчёт по работе должен содержать результаты измерений, эквивалентные схемы к каждому опыту, краткие выводы.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ (СТЕНДА)

Сопротивление изоляции фаз « А» и «В» постоянно и равно 10кОм (RизА = RизБ). Сопротивление изоляции фазы «С» меняется переключателем В6 (10кОм. 1кОМ, 0,1кОм, 0кОм).

Сопротивление изоляции материалов пола и обуви коммутируются тумблерами 1 – 10.

В схеме применено 3-х фазное пониженное напряжение 19/11В при реальном напряжении сети 380/220В. Поэтому для определения реальных значений напряжений данные, полученные в экспериментах , надо умножить на коэффициент К=20. Значения сопротивлений в схеме даны реальные и пересчёта не требуют.

Uhр =K*Uh

Ihр = Uhр/Rh (Rh - сопротивление тела человека равно 1000Ом).

Тумблер В1 – включение сети;

Тумблер В2 – заземление нейтрали;

Тумблер В3 – заземление корпуса электроустановки;

Тумблер В4 – прикосновение человека к корпусу установки;

Тумблер В5 – замыкание фазы на корпус установки;

Тумблер В6 – изменение ступенями сопротивление изоляции фазы «С».

Для контроля состояния сопротивления изоляции проводов сети по отношению к земле установлены три вольтметра (V1, V2, V3), включенные по схеме «звезда» с заземлённой средней точкой (тумблер В7).

Для измерения поражающего напряжения (Uh), приложенного к телу человека, используется ламповый вольтметр.

Опыт № 1. Непрерывный контроль сопротивления изоляции фаз в сети с изолированной нейтралью.

Условия опыта: тумблеры В1 и В7 включены, вольтметры V1, V2, V3. включены между фазами и землёй. R₁, R₂ , R₃ сопротивления изоляции фаз .Все остальные тумблеры должны быть отключены. Если сопротивление изоляции всех проводов сети одинаковые, то каждый из вольтметров будет показывать фазное напряжение сети. При снижении сопротивления изоляции фазы «С» будет уменьшаться показание вольтметра V3, показания вольтметров V1 и V2 будут увеличиваться. Полученные результаты занести в таблицу №1.

Таблица 1

.

Опыт №2. Однофазное включение человека в сеть с изолированной нейтралью.

Условия опыта: нейтраль сети изолирована (В2-«Откл.»), В7-«Откл.» R_из1 =R_из2 =10кОм.

Сопротивление изоляции фазы «С» снижается до нуля. Человек касается корпуса установки, находящейся под напряжением. Тумблеры В4 и В5 в положении «Вкл.», корпус электроустановки не заземлён (В3-«Откл.»). Милливольтметр В3-38 подключен к гнезду «Измер» и показывает напряжение прикосновения Uh.

Результаты занести в таблицу 2. Начертить схему включения человека в сеть.

Опыт№3. Определить влияние сопротивления пола и обуви на величину поражающего тока (по выбору не более двух случаев).

Применение для покрытия пола материала с большим удельным сопротивлением, а так же обуви с подошвой из хорошего изолирующего материала может служить одной из радикальных мер повышения электробезопасности (В₄,В₅) включены.

Условия опыта: нейтраль сети изолирована, корпус оборудования не заземлён, сопротивление изоляции фазы «С» равно нулю.

а) Rоб=0, Rпола - по выбору.

б) Rпола = 0, Rоб – по выбору.

Измеренное напряжение прикосновения «Uh» занести в таблицу №2.

Опыт №4. Защитное действие заземления корпуса электроустановки.

Схему опыта №2 дополнить заземлением корпуса электроустановки, (тумблер В3 включить). Происходит пробой изоляции фазы «А» на корпус электроустановки и одновременно снижается сопротивление изоляции фазы «С» (замыкание на землю).

Данные Uh занести в таблицу №2. Начертить схему включения человека в сеть.

Опыт №5. Анализ опасности поражения током в трёхфазной сети с глухозаземлённой нейтралью.

Условия опыта: а) нейтраль заземлена (тумблер В2 в положении «Вкл»), установка не заземлена (тумблер В3 – отключен).

Сопротивление изоляции фазы «С» меняется от 10кОма до нуля. Сопротивления изоляции пола и обуви равны нулю. Человек касается корпуса электроустановки (тумблеры В5 и В4 включены). Измерить напряжение прикосновения (Uh) и снять показания амперметра.

б) нейтраль заземлена, корпус электроустановки заземлён (В₃) включён. Измерить напряжение прикосновения и снять показания амперметра. Сопротивление изоляции фазы «С» меняется от 10кОм до нуля.

Сравнить результаты опыта 5(а) с результатами опыта 2, а результаты опыта 5(б) с результатом опыта 4.

Результаты занести в таблицу 2. Начертить схему к этому опыту.

Таблица 2

Приложение

Электрический ток является одним из наиболее распространенных факторов, приводящих к тяжелым травмам со смертельным исходом. В то же время большое число легких, не требующих врачебной помощи, травм от действия электрического тока усыпляет бдительность и создает иллюзию его «безопасности».

Электрический ток оказывает на человека термическое, электролитическое и биологическое действия. Термическое действие заключается в нагреве тканей при протекании по ним электрического тока; электролитическое действие – в разложении крови и других жидкостей организма; биологическое – в возбуждении живых тканей организма, сопровождающемся судорогами, спазмом мышц, остановкой дыхания и сердечной деятельности.

В результате воздействия электрического тока могут возникнуть местные электротравмы (ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, механические повреждения, ослепление светом электрической дуги) или произойти электрический удар, который характеризуется общим поражением организма и может сопровождаться судорогами, потерей сознания, остановкой дыхания и (или) сердечной деятельности, клинической смертью.

Наиболее опасен переменный ток в диапазоне частот от 20 до 100 Гц. Человек начинает ощущать протекание тока частотой 50 Гц, если его действующее значение составляет от 0,6 до 1,5 мА, начинаются судорожные сокращения рук, от 20 до 50 мА – затруднение дыхания, при 50 мА может начаться фибрилляция сердца. Для постоянного тока ощущение его протекания возникает при 3…7,5 мА.

Вероятность поражения человека электрическим током зависит от климатических условий в помещении (температуры, влажности), а также наличия токопроводящей пыли, металлических конструкций, соединенных с землей, токопроводящего пола и т.д.

В соответствии с "Правилами устройства электроустановок" (ПУЭ) все помещения делятся:

а) с повышенной опасностью, в которых имеет место одно из следующих условий:

· сырость (относительная влажность длительно превышает 75%) или токопроводящая пыль;

· токопроводящие полы (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т.д.);

· высокая температура (длительно превышает 35°С)

· возможность одновременного прикосновенного прикосновения к металлоконструкциям зданий, имеющим соединение с землёй, с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования, с другой.

б) особо опасные:

· особая сырость (относительная влажность воздуха близка к 100%), потолок, стены, пол, и предметы в помещении покрыты влагой;

· химически активная среда (в которой постоянно или длительное время содержатся пары или отложения разрушающе действующие на изоляцию проводов);

· одновременно два и более условий повышенной опасности.

в) без повышенной опасности:

.помещения, в которых отсутствуют признаки повышенной и особой опасности.

2. Опасность прикосновения к токоведущим частям в трёхпроводных сетях

2.1 Однофазное прикосновение к проводу сети с изолированной нейтралью при исправной изоляции (рис.1):

Рисунок 1 - Однофазное включение человека в электрическую сеть.

Ток, проходящий через человека I_h, возвращается к источнику тока через изоляцию проводов сети, которая в исправном состоянии обладает большим сопротивлением изоляции R_из. До 1000В R_из равна 0,5 МОм и больше. Ток, протекающий через тело человека, определяется выражением:

(1)

где R_h - сопротивление тела человека, при расчетах берется 1000 Ом;

R_из - сопротивление изоляции фаз относительно земли;

U _ф - фазное напряжение

С учетом сопротивление обуви R_об и пола R _п, включенных последовательно сопротивлению тела человека R_h , ток, проходящий через человека, будет равен:

(2)

2.2. Однофазное прикосновение к проводу сети с заземленной нейтралью (рис.2):

Рисунок 2 - Однофазное прикосновение к сети с заземленной нейтралью

Величина тока через человека определяется только сопротивлением тела человека, величины сопротивлений изоляции проводов не влияют на ток, проходящий через тело человека.

, (3)

где R₀ - сопротивление заземления нейтрали. При Uл= 380 В R₀ не превышает 4 0м, то им при расчетах можно пренебречь. В этом случае сопротивление пола и обуви играют большую роль в безопасности человека, т.к. включены в цепь с человеком последовательно.

(4)

При R_п= 0 и R_об = 0

I _h = = 0,22 А = 220 мА > 100 мА >> 10 мА ,

это очень опасно!

2.3 Двухфазное прикосновение к сети.

Двухфазное прикосновение (рис. 3) более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее для данной сети напряжение – линейное U_л и поэтому через человека пройдет большой ток.

U_л= U_ф (5)

I_h= (6)

Рисунок 3 - Двухфазное прикосновение

Ecли U_ф= 220 В, то U_л = 380 В

1,73 220 380

I _h = = = 0,38 А = 380 мА

1000 1000

Этот ток для человека является смертельно опасным. При двухфазном прикосновении ток, проходящий через человека, практически не зависит от режима нейтрали сети, следовательно, двухфазное прикосновение является одинаково опасным как в сети с изолированной, так и с заземленной нейтралью.

Так же очевидно, что при двухфазном прикосновении опасность прикосновения не уменьшается и в том случае, если человек будет надежно изолированным от земли, т.е. если он будет иметь на ногах диэлектрические галоши или боты.

Опасность напряжений прикосновения при замыкании фазы на землю (аварийный режим) и на корпус электрооборудования

При замыкании фазы на землю сеть с изолированной нейтралью (рис. 4) оказывается более опасной, чем с заземленной (рис. 5). Так как, в сети с изолированной нейтралью напряжение, обуславливающее величину тока через тело человека равно U_л, а в сети с заземлённой нейтралью оно лежит в пределах:

U_л >U_пр >U_ф

Рисунок 4 - Сеть с изолированной нейтралью

I_h = , (7)

где R_h - сопротивление тела человека;

R_зм - сопротивление замыкания фазы земли

В случае пробоя фазы на корпус оборудования, которое в нормальных условиях не должно находится под напряжением, человек, работающий с этим оборудованием, оказывается в режиме однофазного прикосновения. Для защиты от поражения электрическим током в сети с изолированной нейтралью применяется защитное заземление (рис. 6).

Рисунок 5 - Сеть с заземленной нейтралью

Рисунок 6 - Защитное заземление

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением.

Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасного значения напряжения между корпусом, оказавшимся под напряжением с землей. С заземленного корпуса ток стекает в землю через заземлитель (R_з)

Uф

I з = (8)

Rз + Rиз

3,

где Rз - сопротивление заземляющего устройства

Пример: В сети с U_ф= 220 В, при R_об = 0; R_пола = 0;

R_из= 450 кОм, R_h= 1000 Ом человек прикасается к незаземленному корпусу. Найти I_h.

Если корпус электрооборудования не заземлен и он оказался в контакте с фазой, то прикосновение человека к такому корпусу равносильно прикосновению к фазе (рисунок 4). Ток через человека определяется в соответствии с формулой 1

I h = = 7 мА

1000 + 450 1000

3

При заземленном корпусе опасность прикосновение много меньше. Если корпус заземлен R_з= 4 Ом

= 1,4 мА

U_k = I_з·R_з , (9)

где U_k - напряжение на корпусе оборудования

U_k = 1,4·10^-3·4 = 5,6·10^-3 В

При замыкании одной фазы на землю, а другой на корпус заземлённой электроустановки (рис. 7) на корпусе появляется напряжение, которое можно рассчитать по формуле 10.

Рисунок 7. Аварийный режим в сети при заземлённом корпусе электрооборудования

. (10)

Контрольные вопросы

1. Дайте объяснение схемы лабораторной установки для каждого опыта.

2. Объясните принцип действия и условия применения схемы трёх вольтметров для контроля за состоянием сопротивления проводов относительно земли.

3. Какое действие на величину поражающего тока и напряжения оказывает сопротивление изоляции проводов по отношению к земле в сетях с изолированной и глухозаземлённой нейтралью?

4. Объясните значение сопротивления пола, обуви и применяемых для них материалов, как мера защиты от поражений электрическим током.

5. Объясните принцип защитного действия и условия применения заземления нетоковедущих частей электрооборудования.

6. В каких случаях эксплуатация электроустановок в сети трёхфазного тока с изолированной нейтралью опаснее, чем в сети с глухозаземлённой нейтралью?

7. Какова должна быть величина сопротивления изоляции в электроустановках до 1000В?

8. Объясните значение возможно большего числа средств защиты от поражения током.

9. Как определяется величина тока, протекающего через тело человека при однофазном прикосновении:

а.) в сети трёх фазного тока с изолированной нейтралью;

б.) в сети трёх фазного тока с заземлённой нейтралью?

10. Какая величина сопротивления тела человека принята для расчетов?

11. Какой величины ток считается опасным для жизни человека?

Список литературы

1. Правила устройства электроустановок. Приказ Минэнэрго РФ от 08.07.02 № 204.

2. ПОТ Р М – 016 – 2001 РД 153 – 34.0 – 03.150 – 00 МП по ОТ (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок. Постановление Минтруда РФ от 05.01.01 №3 в редакции изменений и дополнений, утверждённых Постановлением Минтруда РФ от 18.02.03.

3. Девисилов В.А., Охрана труда. – М.; Форум-инфра – М, 2003.

4. Долин П.А. Основы техники безопасности в электрических установках. – М., «Энергия», 1992.

Лабораторная работа № 2

«Исследование метеорологических условий

(микроклимата) в производственном помещении»

Цель работы:Ознакомление с санитарными нормами микроклимата, с наиболее распространенными приборами, используемыми для измерения показателей микроклимата в лаборатории и сравнение их с санитарными нормами.

Порядок выполнения работы

1. Самостоятельно, в порядке подготовки к лабораторным занятиям, ознакомиться с санитарными нормами и измерительными приборами.

2. Ознакомиться с приборами на рабочем месте в лаборатории.

3. Измерить показатели микроклимата в лаборатории.

4. Сравнить результаты измерений с санитарными нормами (таблица 2 и таблица 3).

5. Отчет о работе должен содержать результаты измерений различными приборами, санитарные нормы и выводы по работе.

Задание

1. Измерить температуру, влажность, скорость движения воздуха, создаваемую вентилятором и атмосферное давление воздуха в помещении лаборатории (результаты измерений занести в таблицу 1).

2. Определить расчетным путем относительную влажность воздуха по результатам измерений параметров микроклимата для аспирационного психрометра, используя формулы 2 и 3 методических указаний.

Учитывая, что лабораторная работа имеет целью только ознакомление с приборами и приобретение первичных навыков пользования ими – достаточно произвести измерения в одной точке помещения лаборатории и сделать сравнение с нормативными для данного помещения и при характере выполняемой в нем работы.

При расхождении результатов измерений относительной влажности, полученных по различным приборам предпочтение следует отдать показаниям аспирационного психрометра. Для измерения температуры воздуха в помещении наиболее целесообразно использовать "сухой" термометр аспирационного психрометра. Учитывая учебный характер выполняемой студентами данной работы учёт поправок можно опустить.

Измерения производится на рабочих местах на высоте от 0,1 м до 1,5м от пола и при работе стоя от 0,1 до 1,0 м при работе сидя.

При измерениях приборы не следует держать в руках, помещать их вблизи источников холода или тепла. Не следует излишне приближаться к приборам и дышать на них. Приборы с механизмом, работающие в вертикальном положении класть на стол или в футляре следует только после полной остановки механизма.

Таблица 1

Приложение 1

Сочетание трех условий – температуры воздуха в помещении, его относительной влажности и скорости движения воздуха называется метеорологическими условиями (микроклиматом) производственного (служебного) помещения.

Температура измеряется в градусах по шкале Цельсия (⁰С), относительная влажность в процентах, скорость движения воздуха в м/с.

Неблагоприятные условия микроклимата ухудшают самочувствие работника, способствуют его преждевременному утомлению, повышению опасности травматизма, а при резких или продолжительных отклонениях от нормальных могут вызвать и серьезные заболевания.

Гигиеническое нормирование параметров производственного микроклимата установлено системой стандартов безопасности труда (ГОСТ 12.1.005-88, а также СанПиН 2.2.4.548-96).

Оптимальные параметры микроклимата на рабочих местах должны соответствовать величинам, применительно к выполнению работ различных категорий в холодный и теплый период года.

Холодный период года – период года, характеризуемый среднесуточной температурой наружного воздуха равной +10 ^оС и ниже (+8 и ниже согласно ГОСТ 30494-96, дата введения 01.03.1999г.).

Теплый период года – период года, характеризуемый среднесуточной температурой наружного воздуха выше +10 ^оС и выше (+8 и выше согласно ГОСТ 30494-96, дата введения 01.03.1999г.).

Категории работ разграничиваются на основе интенсивности энергозатрат организма в ккал/ч (Вт).

Различают следующие категории работ:

- легкие физические работы (категории Iа и Iб) все виды деятельности с расходом энергии не более 174 Вт. К категории работ Iа (до 139 Вт) относятся работы, производимые сидя и сопровождающиеся незначительным физическим напряжением. К категории Iб (140-174 Вт) относятся работы. производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением;

- физические работы средней тяжести (категории IIа и IIб) – виды деятельности с расходом 175-290 Вт. К категории IIа (175-232 Вт) относятся работы, связанные с постоянной ходьбой и перемещением мелких изделий (до 1 кг) изделий. К категории IIб (233-290 Вт) относятся работы, связанные с ходьбой, перемещением тяжестей до 10 кг.

- тяжелые физические работы (категория III) – виды деятельности с расходом энергии более 290 Вт – работы, связанные с систематическим физическим напряжением, в частности с постоянными передвижениями и переноской значительных (свыше 10кг) тяжестей.

Оптимальные величины показателей микроклимата на рабочих местах производственных помещений приведены в таблице 2.