Файл: Лекция 1 введение. Теоретические, научные основы безопасности жизнедеятельности. Предмет, цели и задачи дисциплины.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.12.2023
Просмотров: 357
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
и = 0, возникает наибольшая опасность однофазного прикосновения, которое будет аналогично двухфазному прикосновению. Ток, проходящий через тело человека, будет равен
. (1.9)
Во всех рассмотренных выше случаях предполагалось, что сопротивление пола, на котором стоит человек, стремится к нулю. Это свойственно земляным и железобетонным полам.
Величина сопротивления пола для обеспечения условий безопасности прикосновения человека к токоведущим частям имеет важное значение. В большинстве случаев в аварийных ситуациях сопротивление rn пола включено последовательно с сопротивлением тела человека. Согласно (1.6) величина тока будет равна
. (1.10)
Из выражения (1.10) видно, что чем больше сопротивление пола, тем безопаснее обслуживание электроустановок, находящихся в данном помещении. Поэтому, в сооружениях и помещениях, где полы обладают высоким электрическим сопротивлением (например, деревянные, паркетные и асфальтированные полы), несчастные случаи от электрического тока практически не наблюдаются.
Таким образом, состояние и конструкция полов может служить дополнительной, весьма эффективной мерой защиты.
Это необходимо всегда помнить при проектировании помещений для электроустановок. Очень часто даже там, где полы сделаны из изолирующего материала, но за ними нет надлежащего ухода (полы загрязнены кислотами и щелочами, металлической стружкой и т.д.), сопротивление их быстро падает, а опасность обслуживания электроустановок увеличивается. Если при проектировании и строительстве сооружений не удается сделать изолирующие полы, то необходимо пользоваться диэлектрическими коврами.
Определенное значение для ограничения поражающего тока имеет сопротивление рабочей обуви. Обувь с большим количеством металлических гвоздей имеет незначительное сопротивление. Увлажнение обуви или пола резко снижает их электрическое сопротивление, а значит, увеличивается при этом опасность поражения током.
2. Трехфазные электрические сети с изолированной нейтралью
Опасность прикосновения к токоведущей части в трехфазной электрической сети зависит от напряжения сети, величины сопротивления изоляции, емкости фаз относительно земли, режима нейтрали и т.д. Однако независимо от перечисленных факторов наиболее тяжелым случаем является случай одновременного прикосновения к двум различным фазам. В этом случае через тело человека будет протекать ток
(2.1)
где
- линейное напряжение сети, В.
Но данный вид электротравматизма встречается редко и не может служить основанием для оценки опасности в трехфазных сетях. Статистика о несчастных случаях показывает, что основная часть поражений электрическим током происходит от прикосновения к одной фазе. Тяжесть такого поражения зависит от различных факторов, но прежде всего определяется режимом нейтрали электрической сети.
Рассмотрим случай однофазного прикосновения в электрической сети с изолированной нейтралью, обладающей малой емкостью.
Малой емкостью относительно земли обладают электрические сети до 1кВ (кабельные протяженностью не более 100 м и воздушные до 1 км). При анализе опасности прикосновения в таких сетях емкостью относительно земли можно пренебречь.
Случайное прикосновение к одной из фаз создает сложную схему подключения. Человек оказывается подключенным к остальным фазам через сопротивление изоляции фаз относительно земли.
Рассмотрим электрическую схему электрической сети до момента прикосновения (рисунок 2.1,а).
Рисунок 2.1 – Схема и векторная диаграмма напряжений электрической сети с изолированной нейтралью до момента прикосновения (а) и после прикосновения (б)
Если считать, что сопротивления изоляции фаз одинаковы, т.е. r1 = r2 = r3 = rи,, то фазные напряжения будут равны и симметричны: U1 = U2 = U3. При таких условиях сопротивление изоляции фаз можно рассматривать как нагрузку, включенную в звезду, где земля является нулевой точкой. Построим векторную диаграмму напряжений, как для обычной симметричной электрической сети. В данном случае потенциал нейтрали источника (рис.2.1,а) совпадает с потенциалом нулевой точки нагрузки, для которого справедливы следующие выражения:
U1 = I1r1; Uо = 0; U2 = I2 r2; I1 = I2 = I3, U3 = I3r3, (2.2)
где Uо - напряжение нейтрали источника относительно земли, В;
I1, I2, I3 - токи утечки через сопротивления изоляции фаз, А.
После прикосновения человека, например, к первой фазе симметрия сети нарушится, и сопротивление изоляции этой фазы уменьшится и станет равным
. (2.3)
Нулевая точка источника тока сместится в точку 0 и на нейтрали его относительно земли появится потенциал Uо, представленный на рис. 2.1,б вектором 00.
Таким образом, напряжение первой фазы относительно земли понизится до величины U1, а на двух других фазах повысится до значений U2 и U3.
Для данного состояния электрической сети можно написать следующие уравнения:
U1 = U1 - Uо. (2.4)
напряжение первой фазы относительно земли (вектор 01);
U2 = U2 - Uо (2.5)
напряжение второй фазы относительно земли (вектор 02 );
U3 = U3 – Uо (2.6)
напряжение третьей фазы относительно земли (вектор 03).
При этом (рис.2.1,б)
U2 = U3, а U 0.
Для узла токов относительно земли на основании первого закона Кирхгофа запишем выражение
I1 + I2 + I3 + Iч = 0. (2.7)
После прикосновения к электрической сети величины токов будут равны
. (2.8)
Тогда выражение (2.7) будет иметь вид
(2.9)
При условии, что r1 = r2 = r3 = rи,, уравнение (2.9) окажется равным
(2.10)
Для симметричной сети
тогда уравнение (2.10) можно записать в виде
(2.11)
Из выражения (2.11) легко находится напряжение на нейтрали источника относительно земли
. (2.12)
В случае прикосновения к первой фазе ток, протекающий через тело человека, определится выражением
(2.13)
При анализе опасности прикосновения нас не интересуют фазовые соотношения напряжений, а в основном интересуют их величины. Тогда величину тока, протекающего через тело человека, можно определить из выражения
(2.14)
На основании выражения (2.14) можно сделать вывод о том, что в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью опасность однофазного прикосновения зависит от величины напряжения сети, сопротивления тела человека и особенно от величины сопротивления изоляции фаз относительно земли. Поддерживая изоляцию на достаточно высоком уровне, можно добиться безопасной эксплуатации электроустановок. Вот почему сети с изолированной нейтралью требуют постоянного контроля состояния изоляции. С этой целью в них устанавливают прибор контроля изоляции (ПКИ).
Таким образом, сопротивление изоляции в сетях с изолированной нейтралью является серьезным фактором безопасности и требует к себе особого внимания.
В практике эксплуатации трехфазных электрических сетей могут встречаться случаи, когда сопротивления изоляции фаз не равны, т.е. r1 r2 r3. При решении уравнения (2.9) после ряда преобразований находим ток, протекающий через тело человека при прикосновении к первой фазе:
(2.15)
При условии r1 = r2 = r3 = rи выражение (2.15) превращается в уже известное выражение (2.14), которое наиболее отчетливо показывает значение сопротивление изоляции для условий безопасности в сетях до 1кВ с изолированной нейтралью и малой емкостью.
В электрических сетях с изолированной нейтралью напряжением выше 1000 В уровень изоляции чрезвычайно высок, т.е. сопротивление изоляции стремится к бесконечности. Емкости фаз относительно земли в таких сетях, как правило, значительны, поэтому ими пренебрегать нельзя.
Если считать, что r1= r2= r3= rИ , а x1= x2= x3= x, то схема включения человека будет аналогична схеме (рисунок 2.1), где произведена замена сопротивлений изоляции rИ емкостными сопротивлениями фаз
относительно земли.
Решая уравнения (2.3), (2.9) и (2.14 ), получим аналогичное выражение
(2.16)
При анализе электротравматизма нас интересует абсолютное значение тока для случая прикосновения человека к любой фазе
(2.17)
Из полученного выражения (2.17) можно сделать вывод: чем больше емкости фаз относительно земли, тем большая опасность прикосновения человека к токоведущей части сети с изолированной нейтралью.
В практике эксплуатации кабельных сетей 6 – 10 кВ систем электроснабжения промышленных предприятий подобная опасность всегда имеет место.
3. Трехфазные электрические сети с глухозаземленной нейтралью
Стремление выровнять напряжения фазовых проводов относительно земли и тем самым снизить опасность прикосновения при однофазных замыканиях на землю послужило основанием заземлять нулевую точку.
В трехфазной сети с заземленной нейтралью при r1 = r2 = r3 фазные напряжения выразятся следующим образом:
U1 = I1 Z1; (3.1)
U2 = I2 Z2;
U3 = I3 Z3
Пусть произошло замыкание первой фазы на землю (рис. 3.1), а человек прикоснулся ко второй фазе. Если принять условие, что сопротивление рабочего заземления rр = 0, то напряжение на нейтрали будет также равно нулю, т.е. Uо = I3rр = 0, что видно из эквивалетной схемы. Тогда напряжение в точке замыкания относительно земли равно
Uзм = U1- Uо = U1,
а напряжение прикосновения
Uч = U2 U0 = U2.
Если сопротивление рабочего заземления rр = 0, то человек прикасаясь к исправной фазе, оказывается под фазным напряжением.
В сетях с изолированной нейтралью при замыкании на землю даже при однофазном прикосновении человек оказывается под линейным напряжением.
В трехфазных сетях с заземленной нейтралью замыкание на землю приводит к однофазному короткому замыканию и быстрому срабатыванию защиты
. (1.9)Во всех рассмотренных выше случаях предполагалось, что сопротивление пола, на котором стоит человек, стремится к нулю. Это свойственно земляным и железобетонным полам.
Величина сопротивления пола для обеспечения условий безопасности прикосновения человека к токоведущим частям имеет важное значение. В большинстве случаев в аварийных ситуациях сопротивление rn пола включено последовательно с сопротивлением тела человека. Согласно (1.6) величина тока будет равна
. (1.10)Из выражения (1.10) видно, что чем больше сопротивление пола, тем безопаснее обслуживание электроустановок, находящихся в данном помещении. Поэтому, в сооружениях и помещениях, где полы обладают высоким электрическим сопротивлением (например, деревянные, паркетные и асфальтированные полы), несчастные случаи от электрического тока практически не наблюдаются.
Таким образом, состояние и конструкция полов может служить дополнительной, весьма эффективной мерой защиты.
Это необходимо всегда помнить при проектировании помещений для электроустановок. Очень часто даже там, где полы сделаны из изолирующего материала, но за ними нет надлежащего ухода (полы загрязнены кислотами и щелочами, металлической стружкой и т.д.), сопротивление их быстро падает, а опасность обслуживания электроустановок увеличивается. Если при проектировании и строительстве сооружений не удается сделать изолирующие полы, то необходимо пользоваться диэлектрическими коврами.
Определенное значение для ограничения поражающего тока имеет сопротивление рабочей обуви. Обувь с большим количеством металлических гвоздей имеет незначительное сопротивление. Увлажнение обуви или пола резко снижает их электрическое сопротивление, а значит, увеличивается при этом опасность поражения током.
2. Трехфазные электрические сети с изолированной нейтралью
Опасность прикосновения к токоведущей части в трехфазной электрической сети зависит от напряжения сети, величины сопротивления изоляции, емкости фаз относительно земли, режима нейтрали и т.д. Однако независимо от перечисленных факторов наиболее тяжелым случаем является случай одновременного прикосновения к двум различным фазам. В этом случае через тело человека будет протекать ток
(2.1)где
- линейное напряжение сети, В.Но данный вид электротравматизма встречается редко и не может служить основанием для оценки опасности в трехфазных сетях. Статистика о несчастных случаях показывает, что основная часть поражений электрическим током происходит от прикосновения к одной фазе. Тяжесть такого поражения зависит от различных факторов, но прежде всего определяется режимом нейтрали электрической сети.
Рассмотрим случай однофазного прикосновения в электрической сети с изолированной нейтралью, обладающей малой емкостью.
Малой емкостью относительно земли обладают электрические сети до 1кВ (кабельные протяженностью не более 100 м и воздушные до 1 км). При анализе опасности прикосновения в таких сетях емкостью относительно земли можно пренебречь.
Случайное прикосновение к одной из фаз создает сложную схему подключения. Человек оказывается подключенным к остальным фазам через сопротивление изоляции фаз относительно земли.
Рассмотрим электрическую схему электрической сети до момента прикосновения (рисунок 2.1,а).
Рисунок 2.1 – Схема и векторная диаграмма напряжений электрической сети с изолированной нейтралью до момента прикосновения (а) и после прикосновения (б)
Если считать, что сопротивления изоляции фаз одинаковы, т.е. r1 = r2 = r3 = rи,, то фазные напряжения будут равны и симметричны: U1 = U2 = U3. При таких условиях сопротивление изоляции фаз можно рассматривать как нагрузку, включенную в звезду, где земля является нулевой точкой. Построим векторную диаграмму напряжений, как для обычной симметричной электрической сети. В данном случае потенциал нейтрали источника (рис.2.1,а) совпадает с потенциалом нулевой точки нагрузки, для которого справедливы следующие выражения:
U1 = I1r1; Uо = 0; U2 = I2 r2; I1 = I2 = I3, U3 = I3r3, (2.2)
где Uо - напряжение нейтрали источника относительно земли, В;
I1, I2, I3 - токи утечки через сопротивления изоляции фаз, А.
После прикосновения человека, например, к первой фазе симметрия сети нарушится, и сопротивление изоляции этой фазы уменьшится и станет равным
. (2.3)Нулевая точка источника тока сместится в точку 0 и на нейтрали его относительно земли появится потенциал Uо, представленный на рис. 2.1,б вектором 00.
Таким образом, напряжение первой фазы относительно земли понизится до величины U1, а на двух других фазах повысится до значений U2 и U3.
Для данного состояния электрической сети можно написать следующие уравнения:
U1 = U1 - Uо. (2.4)
напряжение первой фазы относительно земли (вектор 01);
U2 = U2 - Uо (2.5)
напряжение второй фазы относительно земли (вектор 02 );
U3 = U3 – Uо (2.6)
напряжение третьей фазы относительно земли (вектор 03).
При этом (рис.2.1,б)
U2 = U3, а U 0.
Для узла токов относительно земли на основании первого закона Кирхгофа запишем выражение
I1 + I2 + I3 + Iч = 0. (2.7)
После прикосновения к электрической сети величины токов будут равны
. (2.8)Тогда выражение (2.7) будет иметь вид
(2.9)При условии, что r1 = r2 = r3 = rи,, уравнение (2.9) окажется равным
(2.10) Для симметричной сети
тогда уравнение (2.10) можно записать в виде (2.11)Из выражения (2.11) легко находится напряжение на нейтрали источника относительно земли
. (2.12)
В случае прикосновения к первой фазе ток, протекающий через тело человека, определится выражением
(2.13) При анализе опасности прикосновения нас не интересуют фазовые соотношения напряжений, а в основном интересуют их величины. Тогда величину тока, протекающего через тело человека, можно определить из выражения
(2.14)На основании выражения (2.14) можно сделать вывод о том, что в трехфазных электрических сетях с изолированной нейтралью опасность однофазного прикосновения зависит от величины напряжения сети, сопротивления тела человека и особенно от величины сопротивления изоляции фаз относительно земли. Поддерживая изоляцию на достаточно высоком уровне, можно добиться безопасной эксплуатации электроустановок. Вот почему сети с изолированной нейтралью требуют постоянного контроля состояния изоляции. С этой целью в них устанавливают прибор контроля изоляции (ПКИ).
Таким образом, сопротивление изоляции в сетях с изолированной нейтралью является серьезным фактором безопасности и требует к себе особого внимания.
В практике эксплуатации трехфазных электрических сетей могут встречаться случаи, когда сопротивления изоляции фаз не равны, т.е. r1 r2 r3. При решении уравнения (2.9) после ряда преобразований находим ток, протекающий через тело человека при прикосновении к первой фазе:
(2.15)При условии r1 = r2 = r3 = rи выражение (2.15) превращается в уже известное выражение (2.14), которое наиболее отчетливо показывает значение сопротивление изоляции для условий безопасности в сетях до 1кВ с изолированной нейтралью и малой емкостью.
В электрических сетях с изолированной нейтралью напряжением выше 1000 В уровень изоляции чрезвычайно высок, т.е. сопротивление изоляции стремится к бесконечности. Емкости фаз относительно земли в таких сетях, как правило, значительны, поэтому ими пренебрегать нельзя.
Если считать, что r1= r2= r3= rИ , а x1= x2= x3= x, то схема включения человека будет аналогична схеме (рисунок 2.1), где произведена замена сопротивлений изоляции rИ емкостными сопротивлениями фаз
относительно земли.Решая уравнения (2.3), (2.9) и (2.14 ), получим аналогичное выражение
(2.16)При анализе электротравматизма нас интересует абсолютное значение тока для случая прикосновения человека к любой фазе
(2.17)Из полученного выражения (2.17) можно сделать вывод: чем больше емкости фаз относительно земли, тем большая опасность прикосновения человека к токоведущей части сети с изолированной нейтралью.
В практике эксплуатации кабельных сетей 6 – 10 кВ систем электроснабжения промышленных предприятий подобная опасность всегда имеет место.
3. Трехфазные электрические сети с глухозаземленной нейтралью
Стремление выровнять напряжения фазовых проводов относительно земли и тем самым снизить опасность прикосновения при однофазных замыканиях на землю послужило основанием заземлять нулевую точку.
В трехфазной сети с заземленной нейтралью при r1 = r2 = r3 фазные напряжения выразятся следующим образом:
U1 = I1 Z1; (3.1)
U2 = I2 Z2;
U3 = I3 Z3
Пусть произошло замыкание первой фазы на землю (рис. 3.1), а человек прикоснулся ко второй фазе. Если принять условие, что сопротивление рабочего заземления rр = 0, то напряжение на нейтрали будет также равно нулю, т.е. Uо = I3rр = 0, что видно из эквивалетной схемы. Тогда напряжение в точке замыкания относительно земли равно
Uзм = U1- Uо = U1,
а напряжение прикосновения
Uч = U2 U0 = U2.
Если сопротивление рабочего заземления rр = 0, то человек прикасаясь к исправной фазе, оказывается под фазным напряжением.
В сетях с изолированной нейтралью при замыкании на землю даже при однофазном прикосновении человек оказывается под линейным напряжением.
В трехфазных сетях с заземленной нейтралью замыкание на землю приводит к однофазному короткому замыканию и быстрому срабатыванию защиты