Файл: В. А. Власов Доктор технических наук, профессор тгасу.pdf

116
Эквивалентная схема сопротивления тела человека для рассмотренных условий показана на рис. 34.
Рис. 34. Эквивалентная схема замещения сопротивления тела человека.
На основании этой схемы выражение для определения полного сопротивления тела человека в комплексной форме Z
h
, Ом, имеет вид h
н в
в н
н
2 2
1
Z
Z
R
R
j C
R






(0.7)
В целом, значение полного сопротивления тела человека зависит от ряда факторов: состояния кожи, параметров электрической цепи, места приложения
электродов к телу человека, значений тока, приложенного напряжения, рода и
частоты
тока,
площади
электродов,
длительности
воздействия,
физиологических факторов окружающей среды.
Расчетное электрическое сопротивление тела человека переменному току частотой 50 Гц при анализе опасности поражения человека током принимается равным 1 кОм.
Виды электротравм
Большинство специалистов и исследователей в области электробезопасности указывают на следующие действия, которые производит электрический ток, проходя через организм человека:
термическое действие – проявляется в ожогах отдельных участков тела, нагреве до высоких температур внутренних тканей человека, что вызывает в них серьезные функциональные расстройства;
электролитическое действие – проявляется в разложении органической жидкости, в том числе и крови, что вызывает значительные нарушения их физико-химического состава;
механическое действие – приводит к разрыву тканей и переломам костей;
биологическое действие – проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей в организме, а также в нарушении внутренних биоэлектрических процессов, присущих нормально действующему организму; с биологической точки зрения исход поражения человека электрическим током может быть следствием тех физиологических реакций, которыми ткани отвечают на протекание через них электрического тока.
Средства защиты
Заземление
Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим

117 причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциала, разряд молнии и т. п.). Эквивалентом земли может быть вода реки или моря, каменный уголь в карьерном залегании и т. п. [1], [5]
Назначение защитного заземления – устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.
Защитное заземление следует отличать от других видов заземления, например, рабочего заземления и заземления молниезащиты.
Рабочее заземление – преднамеренное соединение с землей отдельных точек электрической цепи, например нейтральных точек обмоток генераторов, силовых и измерительных трансформаторов, аппаратов, реакторов поперечной компенсации в дальних линиях электропередачи, а также фазы при использовании земли в качестве фазного или обратного провода. Рабочее заземление предназначено для обеспечения надлежащей работы электроустановки в нормальных или аварийных условиях и осуществляется непосредственно (т. е. путем соединения проводником заземляемых частей с заземлителем) или через специальные аппараты — пробивные предохранители, разрядники, резисторы и т.п.
Заземление молниезащиты – преднамеренное соединение с землей молниеприемников и разрядников в целях отвода от них токов молнии в землю.
Принцип действия защитного заземления состоит в снижении до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус и другими причинами. Это достигается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования
(уменьшением сопротивления заземлителя), а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования (подъемом потенциала основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к значению потенциала заземленного оборудования).
Зануление
Зануление – это преднамеренное электрическое соединение открытых проводящих частей электроустановок с глухозаземленной нейтральной точкой генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с заземленной точкой источника в сетях постоянного тока, выполняемое в целях электробезопасности. [1], [5]
Для соединения открытых проводящих частей потребителя электроэнергии с глухозаземленной нейтральной точкой источника используется нулевой защитный проводник.
Нулевым защитным проводником (PE – проводник в системе TN–S)
называется проводник, соединяющий зануляемые части (открытые проводящие части) с глухозаземленной нейтральной точкой источника питания трехфазного тока или с заземленным выводом источника питания однофазного тока, или с заземленной средней точкой источника питания в сетях постоянного тока.

118
Рис. 35. Система заземления TN–S
Нулевой защитный проводник следует отличать от нулевого рабочего и
PEN проводников.
Нулевой рабочий проводник (N – проводник в системе TN–S) – проводник в электроустановках напряжением до 1 кВ, предназначенный для питания электроприемников соединенный с глухозаземленной нейтральной точкой генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с глухозаземленной точкой источника в сетях постоянного тока.
Совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий проводник (PEN – проводник в системе TN–C) – проводник в электроустановках напряжением до 1 кВ, совмещающий функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводника.
Рис. 36. Система заземления TN–C

119
Зануление необходимо для обеспечения защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении за счет снижения напряжения корпуса относительно земли и быстрого отключения электроустановки от сети.
Принцип действия зануления. При замыкании фазного провода на зануленный корпус электропотребителя образуется цепь тока однофазного короткого замыкания
(то есть замыкания между фазным и нулевым защитным проводниками). Ток однофазного короткого замыкания вызывает срабатывание токовой защиты, в результате чего происходит отключение поврежденной электроустановки от питающей сети. Кроме того, до срабатывания максимальной токовой защиты происходит снижение напряжения поврежденного корпуса относительно земли, что связано с защитным действием повторного заземления нулевого защитного проводника и перераспределением напряжений в сети при протекании тока короткого замыкания.

120
М
ЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Меры безопасности
К работе допускаются лица, ознакомленные с его устройством, принципом работы и мерами безопасности при работе с электрооборудованием [4].
Запрещается вставлять вилки шнуров питания, соединяющие проводники и перемычки в гнезда при включенном питании лабораторного стенда.
Перечень оборудования
Конструкция лабораторного стенда обеспечивает возможность сборки электрической цепи требуемой конфигурации, с необходимыми параметрами ее элементов и измерения параметров режима этой цепи.
Таблица 35.
Перечень оборудования, используемого в лабораторной работе
Наименование
Код
Однофазный источник питания
218.1
Модель человека
309.1
Устройство защитного отключения
321.1
Модель питающей электрической сети
387
Модель электроприемника с рабочей изоляцией
388.1
Модель электроприемника с двойной изоляцией
388.2
Блок мультиметров
509.2
Рама настольная одноуровневая с контейнером
708.3
Набор аксессуаров
855
Лабораторный стенд изготовлен и эксплуатируется в соответствии с требованиями нормативной документации [1], [3], [4], [5]. Общий вид лабораторного стенда изображен на рис. 37.

121
Рис. 37. Лабораторный стенд по электробезопасности
Подготовка стенда и проведение измерений
При выполнении работы функциональные модули комплекта собираются в соответствии с прилагаемой в задании схемой. После сборки проводится внешний осмотр стенда и проверка его соответствия принципиальной электрической схеме.
Для измерения трех базовых электрических величин используется мультиметр. До включения мультиметра необходимо выполнить следующие операции:
1.
Установить род тока (постоянный или переманный).
2.
Выбрать диапазон измерения соответствующий ожидаемому результату измерений («700V» для вольтметра, «2A» для амперметра).
3.
Правильно включить в схему мультиметр см. рис. 38–40.
Рис. 38. Подключение мультиметра для измерения напряжения

122
Рис. 39. Подключение мультиметра для измерения сопротивления

123
Рис. 40. Подключение мультиметра для измерения тока
П
ОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1.О
ПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ПРИ ПРЯМОМ И КОСВЕННОМ
ПРИКОСНОВЕНИИ
.
Прямое прикосновение
Для измерения силы тока при прямом прикосновении и прохождении тока от одной руки к другой собирается электрическая схема, изображенная на рис.
41. При правильно собранной электрической цепи амперметр показывает значение силы тока через тело человека, а вольтметр – напяжение прикосновения, в данном случае фазное напряжение в сети.
Рис. 41. Схема для определения силы тока при прямом прикосновении,
путь прохождения тока «рука–рука».
Результаты измерений тока и напряжения при различном сопротивлении обуви и пола заносятся в табл. 36. Вид обуви и тип пола варьируется различными положениями щупа амперметра в блоке 309.1.

124
Таблица 36
Определение силы электрического тока через тело человека
при прямом прикосновении
Путь тока
R
п, кОм
I
ч, мА
U
пр, В
Рука– рука
1 10 100
Рука– ноги
1 10 100
Для измерения силы тока при прямом прикосновении и прохождении тока от руки к ногам собирается электрическая схема, изображенная на рис. 42.
Рис. 42. Схема для определения силы тока при прямом прикосновении,
путь прохождения тока «рука–ноги».
Результаты измерений тока и напряжения при различном сопротивлении обуви и пола заносятся в табл. 42. Вид обуви и тип пола варьируется различными положениями щупа амперметра в блоке 309.1.
Косвенное прикосновение
Для измерения силы тока при косвенном прикосновении собираются электрические схемы, изображенныя на рис. 43, 44. При правильно собранной электрической цепи амперметр показывает значение силы тока через тело человека, а вольтметр – напяжение прикосновения.

125
Рис. 43. Косвенное прикосновение, сопротивление основной изоляции 15 кОм
Рис. 44. Косвенное прикосновение, сопротивление основной изоляции 10 Ом
На схеме рис. 43 сопротивление основной изоляции электроприемника составляет 15 кОм, а на схеме рис. 44 сопротивление основной изоляции снижается до 10 Ом.
Результаты измерений тока и напряжения при различном сопротивлении обуви и пола заносятся в табл. 37. Вид обуви и тип пола варьируется различными положениями щупа амперметра в блоке 309.1.

126
Таблица 37
Определение силы электрического тока через тело человека
при косвенном прикосновении
R
из
R
п, кОм
I
ч, мА
U
пр, В
15 кОм
1 10 100 10 Ом
1 10 100
2.И
ССЛЕДОВАНИЕ ДЕЙСТВИЯ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ОТ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ
ТОКОМ
Защитное зануление
Для исследования действия защитного зануления при косвенном прикосновении собирается электрическая схема, изображенная на рис. 45. В данной схеме сопротивление основной изоляции электроприемника составляет 15 кОм. Для моделирования схемы без зануления необходимо удалить перемычку, соединяющую корпус с нулевым проводником в блоке 388.1.
Рис. 45. Схема для изучения действия защитного зануления
При правильно собранной электрической цепи амперметр показывает значение силы тока через тело человека, а вольтметр – напяжение прикосновения, в данном случае фазное напряжение в сети.
Результаты измерений тока и напряжения при различном сопротивлении обуви и пола заносятся в табл. 38. Вид обуви и тип пола варьируется различными положениями щупа амперметра в блоке 309.1.

127
Таблица 38
Определение силы электрического тока через тело человека при косвенном
прикосновении с занулением и без него
Зануление
R
п, кОм
I
ч, мА
U
пр, В есть
1 10 100 нет
1 10 100
Устройство автоматического отключения питания при сверхтоках
Для исследования устройства автоматического отключения питания при сверхтоках собирается электрическая схема, изображенная на рис. 46.
Рис. 46. Схема для исследования устройства автоматического отключения
питания при сверхтоках
В данной схеме разрушение основной изоляции электроприемника моделируется установкой перемычки в блоке 388.1. Перед включением источника питания перемычку необходимо вытащить из гнезда. При правильно собранной электрической схеме после включения источника питания и установки перемычки, срабатывает автоматическое отключение питания при сверхтоках.
Результаты данного эксперимента должны быть отражены в выводе по лабораторной работе. В общем выводе также следует отразить Ваше мнение о необходимости установки блока 309.1.
Двойная изоляция электроприемника
Для исследования защитного действия двойной изоляции электроприемника собирается электрическая схема, изображенная на рис. 47.