Лабораторная работа № 5

Исследование опасности поражения человека током в трёхфазных электрических сетях напряжением до 1000 В

Цель работы:

Ознакомиться с приёмами исследования опасности поражения током в трёхфазных сетях переменного тока                                 напряжением до  1000  в и изучить технические способы защиты от такого поражения. 

Порядок выполнения

  1. Ознакомиться с общими сведениями.
  2. Оценить согласно варианту (табл. 1) по величине тока, проходящего через тело человека, опасность прикосновения к фазе двух типов трёхфазных электросетей:
  • четырёхпроводной с глухозаземлённой нейтралью 
  • трёхпроводной с изолированной нейтралью 
    В каждой сети рассмотреть с использованием эквивалентных схем  по два случая прикосновения:
  • с учётом сопротивления обуви (Rоб)  и пола (Rпол);
  • без учёта сопротивления Rоб и  Rпол ( принять их равными нулю) и сделать вывод о влиянии этих сопротивлений на степень поражение электрическим током.
    3. Сравнить между собой трёхфазные электросети по степени опасности поражения человека током.
    4. Ознакомиться и законспектировать сведения о причинах поражения электрическим током и технических способах и средствах защиты от поражения ими.

Общие сведения

    Известно, что электрическая энергия удобнее и безопаснее любой из известных форм энергий. Однако и при её использовании существуют определённая вероятность поражения человека током.
    Все случаи поражения человека током являются результатом замыкания электрической цепи через его тело, или, иначе говоря, результатом прикосновения человека к двум точкам цепи, между которыми существует напряжение. Опасность такого прикосновения оценивается силой тока (Ih), проходящего через тело человека. Величину силы тока определяет закон Ома:                                   
 ,                                 (1)
                         
    где U - напряжение, под которое попал человек,  В;
          R - полное сопротивление участка цепи, элементом которой стал человек, Ом.

    Из формулы (1) видно, что сила зависит от двух величин – напряжение и сопротивления. Такая зависимость подсказывает два главных подхода в обеспечении безопасности человека от поражения током – снижение напряжения и увеличение сопротивления. Однако, это самые общие соображения.
    Углубляясь же в анализ условий поражения человека током, можно отметить, что степень поражения человека электрическим током зависит от того:
  • в какую электрическую сеть он включился;
  • каким оказалось включение.
    В системе энергоснабжения используются два вида электросетей:
  • трёхфазная электросеть с глухозаземлённой нейтралью (4-х проводная);
  • трёхфазная электросеть с изолированной нейтралью (3-х проводная).
    Глухозаземлённой нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединённая к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (2 – 8 Ом).

    Изолированной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, не присоединённая к заземляющему устройству или присоединённая через аппараты, компенсирующие ёмкостный ток в сети, трансформатор напряжения или другие аппараты, имеющие большое сопротивление.
    Прикосновение (включение) к токоведущим элементам в трёхфазных сетях может быть однофазным и двухфазным.
    
    Однофазное включение – это прикосновение к одной фазе электроустановки, находящейся под напряжением .
    При этом электрическая цепь тока, проходящего через человека, включает в себя, кроме сопротивления тела человека (Rh), также сопротивление пола (Rпол), сопротивление обуви (Rоб) и заземление нейтрали источника тока (Rо).
    В случае прикосновения человека к фазному проводу трёхфазной сети с глухозаземлённой нейтралью ток будет:             
 ,      (2)
    где Uф  - фазное напряжение, В = 220;
          Uл  - линейное напряжение, В = 380;
          Rо  = 4 Ом.

    А в случае прикосновения человека к фазному проводу трёхфазной сети с изолированной нейтралью ток будет:                  
           
 ,                        (3)
                
    где  Ru - сопротивление изоляции проводов.

    Двухфазное включение - это одновременное прикосновение к двум фазам электроустановки, находящейся под напряжением. При этом человек находится под линейным напряжением, которое в   раза больше фазного. Такое включение наиболее опасно. Силу тока, проходящего через тело человека, определяют при этом соотношением:
              
 ,              (4)
    где, обозначения те же.

Задачи

N 1. Определить по варианту (табл. 1) силу тока, проходящего через тело человека, при однофазном его прикосновении к неизолированным токоведущим частям трёхфазной электросети с глухозаземлённой нейтралью с учётом и без учёта сопротивлений пола и обуви. После расчётов сделать вывод об их влиянии на степень поражения электрическим током.

N 2. Определить по варианту (табл. 1) силу тока, проходящего через тело человека, при однофазном его прикосновении к неизолированным токоведущим частям электросети с изолированной нейтралью с учётом и без учёта сопротивлений пола и обуви. По результатам расчётов сделать вывод о влиянии сопротивлений пола и обучи на степень опасности поражения током, а также сравнить по степени электробезопасности оба типа электросетей.

Таблица 1
Показатели Варианты 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 
Сопротивление тела человека, Rh (кОм) 1.20.9 1.11.0 1.3 0.8 0.9 1.25 1.5 1.35 
Сопротивление изоля-ции проводов, Ru (кОм)500 700 600 550 750 800 900 1200 850 1000 
Сопротивление пола Rпол (кОм) 1.4 1.6 2.2 2.0 1.8 1.5 2.5 2.4 3.0 3.5 
Сопротивление обуви, Rоб (кОм) 1.5 7.5 5.5 6.0 2.5 3.0 4.0 1.9 5.0 4.8 

Основные причины поражения человека электрическим током

  1. Случайное прикосновение или приближение на опасное расстояние к токоведущим частям электроустановки.
  2. Прикосновение к незаземлённым корпусам машин и трансформаторов с повреждённой изоляцией.
  3. Несоблюдение правил технической эксплуатации электроустановок.
  4. Работа с неисправными ручными электроинструментами.
  5. Работа без защитных изолирующих и предохранительных приспособлений.
  6. Шаговое напряжение на поверхности земли в результате обрыва токонесу-щего провода.

Технические способы защиты от поражения электрическим током.

  1. Защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение с землёй или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Суть заземления заключается в том, что все конструкции из металла, могущие оказаться под напряжением, соединяют с заземляющим устройством через малое сопротивление. Это сопротивление должно быть во много раз меньше, чем сопротивление человека (Rh = 1000 кОм). В случае замыкания на корпус аппарата основная часть тока пройдёт через заземляющее устройство (рис. 4).
  2. Защитное зануление - это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Такое электрическое соединение превращает всякое замыкание токоведущих частей на землю в однофазное короткое замыкание, а это обеспечивает срабатывание «защиты» (предохранителей, автоматов и пр.), отключение повреждённой установки от питающей сети (рис. 5).
  3. Защитное отключение. При нём используют реле напряжения, соеди-нённое с металлическими нетоковедущими частями оборудования, которые могут оказаться под напряжением. При замыкании фазы на корпус, при снижении сопротивления изоляции фаз или при появлении в сети более высокого напряжения происходит автоматическое отключение электроустановки от источника питания (рис. 6).
  4. Выравнивание потенциалов. Для этого снижают напряжение (сближают потенциалы) между точками электрической цепи, к которым человек может прикоснуться и на которых может стоять.
  5. Малые напряжения (не более 420 В) уменьшают опасность поражения человека электрическим током. Их используют для питания электроинструмента, светильников местного освещения, переносных ламп в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных.
  6. Электрическое разделение сети. Сеть разделяют на отдельные, не связанные между собой участки, с использованием раздельных трансформаторов (на каждый электроприёмник свой трансформатор). Эти трансформаторы электроприёмники от общей сети и, следовательно, предотвращают воздействие на них токов утечки, замыканий на землю. Тем самым исключаются условия, которые могут привести к электротравме.
  7. Изоляция - обеспечивает недоступность к токоведущим частям электроустановки. Исправная изоляция – основное условие электробезопасности. Однако в процессе эксплуатации изоляция подвергается воздействиям, приводящим её к старению. Главное из них – нагревание её рабочими и пусковыми токами, токами короткого замыкания или от посторонних источников. Нужен периодический контроль её состояние. Сопротивление изоляции не должно быть менее 0.5 мОм.
  8. Ограждение токоведущих частей чаще всего предусматривается конструкцией электрооборудования. Корпуса, кожухи, щитки препятствуют случайным прикосновениям к ним. Голые провода, шины, открытые приборы и аппараты помещают в шкафы, ящики или закрывают сплошным или сетчатым ограждением (высотой 1.7 – 2 м).
  9. Блокировка не позволяет открыть ограждения, когда электроустановка под напряжением и автоматически снимает напряжение при раскрытии ограждения.
  10. Сигнализация световая и звуковая применяется в электроустановках в сочетании с другими мерами защиты от поражения электрическим током.
  11. Средства защиты при обслуживании электроустановок. К ним относятся: изолирующие штанги, измерительные и электроизмерительные клещи, указатели напряжения, диэлектрические перчатки и инструменты с изолирующими ручками, а так же диэлектрические колпаки, галоши, коврики, изолирующие подставки, переносные заземления, оградительные устройства, плакаты и знаки безопасности. Кроме перечисленных электрозащитных средств при необходимости применяются индивидуальные средства защиты (очки, каски, противогаз, рукавицы, предохранительные монтёрские пояса, страховочные канаты).

Рис. 1 Эквивалентная схема трёхфазной электросети с изолированной нейтралью.

    Примечание. Рисунки 1, 2, 3, 4, 5 и 6 выдаются преподавателем на отдельных листах или файлом.

         Рис. 2. Схема защитного заземления электроустановки.

         Рис. 3. Схема зануления электроустановок.

         Рис. 4. Схема защитного отключения электроустановок.

Таблица № 2. Действие переменного (50hz) электрического тока На человека
№ п/п  Пороговые значения  Величина МА  Биологическое действие 
1  2  3  4 
1.  Пороговый ощутимый ток  0.6 – 1.5  Слабый зуд, пощипывание кожи 
2.  Пороговый отпускающий ток  7 - 8  Сильная боль, лёгкие судороги, можно освободиться самостоятельно 
3.  Пороговый неотпускающий ток  9  Сильные судороги мышц и руки, кисть самостоятельно не разжимается 
4.  Пороговый фибрилляционный ток  25 - 50  Судороги мышц грудной клетки и сердца, потеря сознания, через 3 – 5 мин. – клиническая смерть 
5.  Пороговый смер-тельный ток (рука - рука, рука – ноги)  100  Смерть через 1 – 2 сек.