Файл: Лабораторная работа № 10 по ОТ 2011.pdf

где Uл – линейное напряжение, В; Rчел – сопротивление тела человека, Ом; Rиз – сопротивление изоляции фаз, Ом.

Условия безопасности в этом случае находятся в прямой зависимости от сопротивления изоляции фаз относительно земли: чем лучше изоляция, тем меньше ток, протекающий через человека.

Рис. 3. Схема однофазного включения в сеть с изолированной нейтралью: а – при хорошей изоляции; б – при аварийном режиме

Однако в аварийном режиме, когда одна из фаз замыкает на землю или корпус оборудования (рис. 3, б) или сопротивление изоляции мало, человек может оказаться под полным линейным напряжением:

где Uл – линейное напряжение, В; Rчел – сопротивление тела человека, Ом; Rоб – сопротивление обуви, Ом; Rп – сопротивление пола, Ом.

При однофазном включении в сеть с заземленной нейтралью (рис. 4) чело-

век попадает под фазное напряжение независимо от величины сопротивления изоляции фаз.

Rз

Рис. 4. Схема однофазного включения в сеть с заземленной нейтралью

Величина тока, проходящего через человека, в этом случае определяется по формуле

6

где Uф – фазное напряжение, В; Rчел – сопротивление тела человека, Ом; Rоб – сопротивление обуви, Ом; Rп – сопротивление пола, Ом; Rз – сопротивление заземления нейтрали, Ом.

Условия электробезопасности зависят и от параметров окружающей среды (влажность, температура, наличие токопроводящей пыли, материал пола и др.).

Тяжесть поражения током зависит от плотности и площади контакта человека с частями, находящимися под напряжением. Наличие заземленных металлических конструкций и полов приводит к тому, что человек практически постоянно связан с одним полюсом (землей) электроустановки. В этом случае любое прикосновение человека к токоведущим частям сразу приводит к двухполюсному включению его в электрическую цепь. Токоведущая пыль и влага создают дополнительные условия для электрического контакта, как с токоведущими частями, так и с землей.

В процессе эксплуатации электроустановок может возникнуть замыкание на корпус установки. Под замыканием на корпус понимают случайное электрическое соединение токоведущей части с металлическими нетоковедущими частями электроустановки. Замыкание на корпус может быть результатом случайного касания токоведущей части корпуса машины, повреждения изоляции, падения провода, находящегося под напряжением, на нетоковедущие металлические части и т. п.

Если корпус электроустановки имеет связь с землей через специальное заземляющее устройство или фундамент, то в этом случае в сети с изолированной нейтралью в точке замыкания на землю протекает ток, обусловленный сопротивлением изоляции других исправных фаз. На земле (полу) возникает поле растекания тока.

На поверхности земли точки с одинаковым потенциалом будут иметь вид концентрических окружностей с центром в месте замыкания на землю. Потенциал точек, находящихся на расстоянии 20 м и более от места замыкания принимается равным нулю. Наибольший потенциал будет в точке замыкания на землю. Характер изменения потенциала в поле растекания тока имеет гиперболическую зависимость (рис. 5).

Напряжение на корпусе оборудования относительно точки с нулевым потенциалом будет равно напряжению на заземлителе:

где Iз – ток замыкания на землю, А; Rз – сопротивление заземляющего устройства, Ом. Человек, находящийся в зоне растекания тока и касающийся при этом корпуса оборудования, оказывается под напряжением прикосновения, величина которого зависит от разности потенциалов точки, на которой стоят ноги человека и точки замыкания на землю. С увеличением расстояния до точки замыкания сети на землю на-

пряжение прикосновения увеличивается.

Находясь в зоне растекания тока замыкания на землю, человек оказывается под напряжением шага. Напряжением шага называется разность потенциалов двух точек в поле растекания тока, находящихся на расстоянии 0,8 м друг от друга (расстояние шага). Величина напряжения шага и напряжения прикосновения зависят от фор-

7

мы потенциальной кривой, расстояния до места замыкания, сопротивления обуви. Наибольшая величина напряжения шага будет вблизи заземлителя, особенно если человек одной ногой стоит над заземлителем (точка с максимальным потенциалом равным Uз), а второй – на расстоянии шага от заземлителя. Напряжение шага будет равно нулю, если обе ноги человека находятся на эквипотенциальной линии (на точках с одинаковым потенциалом). В электрических сетях напряжением до 1000 В на расстоянии более 5 м напряжение шага практически не ощущается.

А

Uш = А – Б

Рис. 5. Характер изменения потенциала в поле растекания тока:

А – потенциал в точке А; Б – потенциал в точке Б; Uш – шаговое напряжение

Для предотвращения поражений человека электрическим током при прикосновении к нетоковедущим частям, оказавшимся в результате аварии под напряжением, применяют различные меры защиты: защитное заземление, зануление, защитное отключение и выравнивание потенциалов и др.

В сетях с напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью применяется защитное заземление (рис. 6). Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение металлических токопроводящих нетоковедущих частей оборудования (корпусов) с землей через естественные или искусственные заземлители.

Рис. 6. Схема защитного заземления оборудования

Ток замыкания на землю в таких сетях на превышает 10 А.

8

В соответствии с ПУЭ сопротивление заземления не должно превышать 4 Ом. Напряжение, под которое может попасть человек в результате замыкания на корпус, определяется по формуле

где Iз – ток замыкания на землю, А; Rз – сопротивление заземляющего устройства, Ом. В сетях с заземленной нейтралью (рис. 7) заземление как средство защиты не

применяется.

Рис. 7. Схема заземления оборудования в сети

сглухозаземленной нейтралью

Вэтих сетях напряжение замкнувшей фазы распределяется между сопротивлениями заземления нейтрали и заземления оборудования. Отсюда напряжение на заземленном оборудовании относительно земли зависит только от соотношения этих сопротивлений:

где Rз – сопротивление заземления оборудования, Ом; Rо – сопротивление заземления нейтрали, Ом.

Если Rз = Rо, то U = 0,5 Uф, В.

Следовательно, защитное заземление оборудования в сети с заземленной нейтралью безопасность не обеспечивает.

Для защиты от поражения электрическим током в сетях с заземленной нейтралью применяется зануление (рис. 8).

Занулением называется преднамеренное соединение металлических частей, корпусов оборудования, аппаратов, приборов, нормально не находящихся под напряжением, с нулевым проводом.

Основная задача зануления состоит в том, чтобы превратить замыкание фазы на корпус в однофазное короткое замыкание и вызвать тем самым отключение поврежденного оборудования от сети. В течение всего времени, пока не сгорел предохранитель или не сработал автомат защиты, замыкание на один зануленный корпус вызывает на всем зануленном оборудовании напряжение (относительно земли), опасное для человека, которое определяется по формуле

9

Рис. 8. Схема зануления оборудования

Безопасность может быть достигнута лишь при весьма кратковременном действии тока, т.е. при быстром срабатывании защиты.

Допустимые значения тока, протекающего через тело человека, и напряжения, приложенного к телу человека, в зависимости от времени действия даны в табл. 2.

Таблица 2 Зависимость допустимых значений напряжения электрического тока,

приложенного к телу человека, от времени его воздействия

2.Экспериментальная часть

2.1.Характеристика лабораторного стенда ОТ 10

Исследования степени опасности поражения человека электрическим током проводятся на лабораторном стенде ОТ 10, принципиальная схема которого приведена на рис. 9.

Стенд позволяет моделировать две исследуемые трехфазные сети: трехпроводную с изолированной нейтралью и четырехпроводную с заземленной нейтралью. При этом существующие в реальных сетях распределенные сопротивления изоляции и емкости проводов по отношению к земле заменены в схеме стенда сосредоточенными сопротивлениями (RА, RВ, RС, RN ) и емкостями (СА, СВ, СС, СN). Сопротивления и емкости проводов можно изменять с помощью регулируемых резисторов и конденсаторов, что дает возможность имитировать на стенде каждую из исследуемых сетей с нужными параметрами.

10