4.3. Определяется значение емкости

,

где С_н имеет размерность мкФ; R_h , z_hf и R_вн – кОм; f – кГц.

4.4. На частоте f_в = 90 кГц вычисляется емкост­ное сопротивление Х_нв= 1/(2πf_вC_н), где Х_нв имеет размерность кОм; f – кГц; С_н – мкФ.

Содержание отчёта

1. Эквивалентная схема электрического сопротивления тела чело­века.

2. Таблицы 3 и 4 с экспериментальными и расчетными данными.

3. Графики зависимостей z_h =F₁( f ) и z_h = F₂ ( f ) – для электродов с площадью S₁ и S₂ (оба графика построить в одной системе координат; частоту f откладывать в десятичном логарифмическом масштабе, счи­тая, что lg1 = 0 и приближенно lg2 = 0,3; lg5 = 0,7; lg9 = 1). Если f = 10^Nf_Г, где N – целое число; f_Г Є {1,2,5}, то lgf = N +lg f_Г.

4. График зависимости R_h = F (U_h).

5. Расчёт параметров эквивалентной схемы сопротивления тела че­ловека.

6. Результат выполнения соотношения Х_нв= 1/(2πf_вC_н) << R_вн (по п. 4.4 порядка расчета).

7. Таблица 5 итоговых результатов расчёта (R_h приводится при U_h=1 В).

Таблица 5

Rh, кОм	Rвн, кОм	Rн, кОм	Сн, мкФ	Хнв, кОм	zсг, кОм	zhf, кОм	f, кГц

Контрольные вопросы

1. Действие электрического тока на организм человека, местные электротравмы и электрические удары.

2. Причины смертельного исхода поражения электрическим током.

3. Факторы, влияющие на исход поражения электрическим током.

4. Ответные реакции организма человека на действие электриче­ского тока, пороговые значения токов.

5. Эквивалентная схема электрического сопротивления тела чело­века.

6. Факторы, влияющие на значение сопротивления тела человека.

7. Природа возникновения ёмкостной составляющей сопротивле­ния тела человека.

8. Нормирование значений напряжений прикосновения и токов че­рез тело человека.

Библиографический список

1. Манойлов В. Е. Основы электробезопасности. Л.: Энергоатом­издат, 1991.

2. Долин П. А. Основы техники безопасности в электроустановках. М.: Энергоатомиздат, 1984.

3. Охрана труда в электроустановках /Под ред. Б. А. Князевского. М.: Энергоатомиздат, 1983. С. 81 – 89.

4. Долин П. А. Основы техники безопасности в электроустановках: Учеб. пособие для вузов. М.: Знак, 2003.

5. ГОСТ 12.1.038-82* ССБТ «Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов».

Лабораторная работа № 3 измерение сопротивлений изоляции и заземления

Цель работы: получить представление об электрической изоляции и заземлении; о процессе растекания тока в грунте Земли; о методах измерения сопротивлений изоляции, заземляющих устройств, удельного сопротивления грунта; познакомиться с упрощённым методом расчёта заземляющих устройств.

Теоретическая часть

1. Электрическая изоляция

Применение электрической изоляции в электроустановках необходимо для достижения двух основных целей:

• обеспечение работоспособности электроустановок;

• обеспечение защиты обслуживающего персонала от поражения электрическим током.

Защитные функции электрической изоляции заключаются в отде­лении человека от токопроводящих элементов изолирующим слоем (диэлектриком) с большим электрическим сопротивлением. В случае контакта человека с электрической изоляцией токопроводящих элемен­тов сопротивление тела человека R_h (обычно оно составляет единицы или десятки кОм) и сопротивление изоляции R_из (обычно единицы и даже десятки МОм) оказываются включенными последовательно в цепи тока, протекающего через тело человека, т. е. электрическая изо­ляция позволяет, исключая непосредственный контакт человека с токо­проводящими элементами, существенно уменьшить ток через тело человека.

Таким образом, электрическая изоляция - важнейшее сред­­ство обеспечения электробезопасности. Наиболее важной харак­теристикой изоляции является величина её электрического сопротивле­ния.

Действие переменных токов меньших 0,5 мА (пороговое значение ощутимого тока), практически не ощущается ор­ганизмом человека. Согласно ГОСТ 12.1.038-82* переменный ток частотой 50 Гц, протекающий через тело человека при нормальном (не­аварийном) режиме работы электроустановки и времени воздействия не более 10 мин в сутки, не должен превышать 0,3 мА.

В электроустановках используется несколько видов изоляции. Рабочая изоляция обеспечивает нормальное функционирование электроустановки. Она выбирается исходя из технических тре­бований, поэтому надежность защиты человека не всегда оказывается приемлемой. Дополнительная (защитная) изоляция – независимая изоляция, являющаяся дополнением к рабочей изоляции и предназначенная для защиты человека от поражения электрическим током при повреждении рабочей изоляции. Двойная изоляция – это совокупность рабочей и дополнительной изоляции, при которой доступные прикосновению части электроуста­новки не приобретают опасного напряжения при повреждении только рабочей или только защитной (дополнительной) изоляции. Усиленная изоляция – это улучшенная с учетом требований элек­тро­без­опас­ности рабочая изоляция, обеспечивающая такую же степень защиты от поражения электрическим током, как и двойная. Она может быть однослойной или иметь несколько слоев, конструк­тивно выполненных так, что каждую из составляющих изоляции от­дельно испытать нельзя. Двойную или усиленную изоляцию обязательно должны иметь устройства бытового и аналогич­ного общего применения.

В электроустановках с двойной изоляцией должна быть полно­стью исключена возможность прикосновения человека к неизо­ли­ро­ванным металлическим частям устройства, которые могут ока­заться под напряжением при повреждении рабочей изоляции. Электро­установки с двойной или усиленной изоляцией не следует заземлять или занулять, поэтому они не имеют соответствующих присоедини­тельных элементов.

В качестве дополнительной изоляции наиболее широко исполь­зуют пластмассовые корпуса, ручки, втулки и т. п. Однако устройство с двойной изоляцией может иметь корпус или другие части, доступные прикосновению и выполненные из металлов. В этом случае их отде­ляют от всех металлических конструктивных элементов электроаппа­рата, которые могут оказаться под напряжением (шасси, оси регулято­ров, статоры электродвигателей и т.п.), изолирующими слоями.

Электрическая изоляция должна выдерживать предельно возможные в условиях эксплуатации электрические, механические и тепловые нагрузки, соответствовать требованиям электробезопасности.

Для обеспечения надежности изоляции при выборе ее материала и параметров следует учитывать ряд факторов и требований. К ним относятся вид, назначение, особенности электроустановки и ее элементов, напряжения и токи, возможные электрические перегрузки, механические, термические и химические воздействия, параметры среды, требования пожарной безопасности, малой токсичности и др.

Со временем из-за старения и негативно действующих эксплуатационных факторов (резкие перепады температуры, чрезмерная увлажненность или сухость воздуха, загрязнения среды, механические и электрические перегрузки и т.п.) параметры изоляции, влияющие на опасность поражения током, могут ухудшиться. Поэтому систематически следует проводить профилактические осмотры состояния изоляции, устранять выявленные дефекты и осуществлять контроль изоляции - измерять ее активное сопротивление.

Различают непрерывный и периодический контроль изоляции.

Непрерывный контроль постоянно осуществляется в действующей электроустановке, находящейся под напряжением, автоматическими устройствами. Устройства непрерывного контроля позволяют осуществлять постоянное наблюдение за состоянием электрической изоляции. Они могут автоматически сигнализировать о случаях возникновения каких-либо дефектов изоляции, что позволяет принять меры для быстрого поиска, устранения повреждения и исключить длительное существование опасной ситуации. Непрерывный контроль изоляции используется в сетях с изолированной нейтралью, в которых электрическая изоляция (как средство защиты от поражения током) играет исключительно важную роль.

Периодический контроль изоляции – это измерение ее активного сопротивления в установленные Правилами сроки, а также после проведения планово-предупредительных работ, ремонта, монтажа. В помещениях без повышенной опасности (в них отсутствуют химически активная среда и признаки повышенной опасности: относительная влажность воздуха более 75 %, токопроводящие пыль или пол, температура воздуха более 35 ⁰С; возможность одновременного прикосновения к металлическим корпусам электрооборудования и металлическим элементам зданий, имеющих соединение с землей) периодичность измерения –1 раза в 3 года. В помещениях с повышенной опасностью, где действует лишь один из признаков повышенной опасности и отсутствуют химически активная среда и особая сырость (относительная влажность близка к 100 %), измерения должны проводиться 1 раз в год. В особо опасных помещениях (в них действует не менее двух признаков повы­шенной опасности или же химически активная среда, или осо­бая сырость) изоляцию контролируют 2 раза в год. Изоляцию переносного электроинструмента проверяют перед выдачей на руки для пользования, после ремонта и периодически - 1 раз в месяц.

Все измерения, связанные с периодическим контролем изоляции, должны осуществляться при обесточенном участке электрической сети и отключенных электроустановках. К токоведущим элементам, изоляция между которыми контролируется, в процессе измерения прикладывается измерительное напряжение, повышенное относительно напряжения электрической сети, что обеспечивается специальными измерительными приборами – мегаомметрами.

Мегаомметр предназначен для измерения сопротивлений и испы­тания на электрическую прочность (т. е. на отсутствие электрического про­боя) изоляции элек­трооборудования, не находящегося под напряже­нием. В процессе контроля в мегаомметре формируется измерительное напряжение постоянного тока, прикладываемое к объекту испытания. Величина этого напряжения регламентирована Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) [3] и может быть рав­ной от 100 до 2500 В.

В мегаомметрах М4100, М1101 для получения измерительного напряжения используется встроенный электромеханический генератор, приводимый в действие путём вращения от руки. Скорость вращения указывается в паспорте (обычно 1-2 об/с). В приборе Ф4101 для формирования измерительного напряжения используется электронный преобразователь низковольтного напряжения элемен­тов питания в высоковольтное со значениями о 100 до 1000 В.

В процессе измерения не следует прикасаться к соединительным проводам, клеммам и элементам испытуемой цепи для исключения протекания тока через тело работающего с прибором.

При контроле сетевых электропроводок измеряют сопротивления изоляции на отдельных, предварительно обесточенных и отсоеди­нен­ных от остальной части сети участках. Под участком электрической сети в данном случае понимают её часть, расположенную между двумя смежными аппаратами защиты (плавкими предохранителями, автоматическими выключателями) или за последним из них и нагрузкой.

Перед измерениями ограничивающие участок автоматы защиты отключают, плавкие вставки предохранителей удаляют, принимают меры для разряда емкостей с целью снятия возможных остаточных зарядов. Участок сети оказывается обесточенным. В силовых цепях отключают все электроприемники (приборы, оборудование), в осветительных цепях вывинчивают (вынимают) лампы, а штепсельные розетки, выключатели и групповые щитки оставляют присоединенными.

После этого на исследуемом участке сети мегаомметром изме­ряют сопротивления изоляции между каждым проводом и землей (заземленным корпусом), а также между двумя любыми проводами.

Согласно ПУЭ контролируемое сопротивление изоляции на каждом участке сети с напряжением до 1 кВ должно быть не менее 500 кОм.

После окончания контроля участки сети подключают друг к другу, включают потребители и их сопротивления изоляции оказываются соединенными парал­лельно. Разветвленная сеть имеет большое число участков, поэтому результирующее сопротивление изоляции сети в целом может составлять, например, десятки кОм.

В электроинструментах сопротивление рабочей изоляции должно быть не менее 2 МОм, а усиленной или двойной - 7 МОм.

Выводы о соответствии сопротивлений изоляции требованиям ПУЭ де­лают на основе сравнения измеренных значений сопротивлений с нормативными.