35

Министерство образование Республики Беларусь

Учреждение образования

«Минский государственный политехнический колледж»

Электробезопасность

Методические указания для проведения практических работ

для специальностей

2-36 03 31 01 «Монтаж и эксплуатация электрооборудования (производственная деятельность)»

2-37 01 05 «Городской электрический транспорт»

Разработчик В.В. Шатило

Рецензент Е.Ф. Тозик

Указания рассмотрены и рекомендованы для внедрения в учебный процесс на:

-заседании цикловой комиссии электротехнических дисциплин

Протокол №____ от «___»________ 2011 г.

Председатель комиссии ______Т.С. Шмакова

-заседании экспертного методического совета

Протокол № _____ от «___»_______ 2012 г.

2012

Содержание

Наименование практической работы	Количество часов		Номер страницы
	Специальность 2-36 03 31	Специальность 2-37 01 05
1. Оценка опасности поражения электрическим током.	2	2	3
2. Расчёт технических способов обеспечения электробезопасности.	4	4	9
3. Оценка опасности и вредности электромагнитных полей.	2	2	26
Всего	8	8

Практическая работа № 1 Оценка опасности поражения электрическим током

1 Цель работы: произвести оценку опасности поражения человека электрическим током в сетях до 1000 В (по индивидуальному заданию).

2 Оснащение рабочего места: методические указания по выполнению практической работы, карточки с индивидуальным заданием.

3 Порядок выполнения работы:

3.1 Изучить электрические схемы сетей и основные расчётные формулы, используемые для оценки поражения человека электрическим током в сетях до 1000 В.

3.2 Оформить отчет.

3.3 Сделать выводы по работе.

3.4 Выполнить индивидуальное задание.

3.5 Ответить устно на контрольные вопросы.

4 Краткие теоретические сведения

В процессе эксплуатации электроустановок не исключена возможность случайного прикосновения человека к токоведущим частям, находящимся под напряжением. Прикосновение будет наиболее опасным, если человек стоит на земле или проводящем основании (пол, площадка) и обувь его обладает некоторой электропроводимостью.

Прикосновение человека к токоведущим частям может быть однофазным (однополюсным в цепях постоянного тока) или двухфазным (двухполюсным). В обоих случаях образуется электрическая цепь, одним из участков окажется тело человека. Путь тока через человека в первом случае может быть “рука-ноги”. Во втором случае – “рука-рука”. Возможны и другие схемы включения человека в электрическую цепь, например при касании токоведущих частей лицом, шеей, спиной и др. или включение “нога-нона”.

При двухфазном ( двухполюсном ) включении человек оказывается под полным рабочим напряжением электроустановки и ток, проходящий через него, I_чел , А, определяется по формуле

I чел = U л / R чел. (1.1)

где U л – линейное напряжение, В;

R чел. – сопротивление тела человека, Ом.

Рассмотрим особенности различных электрических сетей.

Трёхфазные сети с глухозаземлённой нейтралью источника питания.

Большое распространение на предприятиях электротехнической промышленности получили электроустановки с номинальным напряжением до 1000 В (220, 380 и 660 В), питаемые от понижающих трансформаторов, с глухим заземлением нейтрали по четырёхпроводным трёхфазным сетям.

Рисунок 1.1 - Схема, поясняющая однополюсное прикосновение в сети с глухозаземлённой нейтралью

На рисунке 1.1 изображена упрощённая схема, поясняющая однополюсное (однофазное ) прикосновение человека в четырёхпроводной сети напряжением 220/380 В с глухозаземлённой нейтралью. Как видно их схемы, прикосновение человека, стоящего на земле (или на заземлённой конструкции, полу), обуславливает замкнутую электрическую цепь “обмотка источника питания – провод линии – тело человека – земля – провод рабочего заземления нейтрали трансформатора (генератора)”. При этом на человека будет воздействовать фазное напряжение сети 220 В. При хорошей проводимости пола и обуви практически всё напряжение будет приложено к человеку по пути “рука-ноги”. Если принять (в неблагоприятных условиях) сопротивление тела человека R чел = 1000 Ом, то через него пройдёт ток

I чел = 220/1000 = 0,22 А,

т. е. ток, безусловно смертельно опасный для человека. Если же сопротивления обуви Rоб и пола Rп в сумме окажутся соизмеримыми с сопротивлением тела человека, то ток через человека

Uф

I чел = ———————— (1.2)

Rчел + Rоб + Rп

Будет меньше. Например, при значительном сопротивлении участка цепи “обувь-пол”, порядка 10 000 Ом, ток через человека будет

220

I чел = —————————— = 0,02 А = 20 мА

1000 + 10 000

Т.е. значительно менее опасным. Но всё же такой ток может вызвать боль и судорожное сокращение мышц и в ряде случаев – невозможность освободиться от воздействия электрического тока. Данный пример показывает, что практически однофазное прикосновение человека в сети с глухозаземлённой нейтралью при напряжении 220 В всегда опасно. Оно может быть безопасным для сети 220/380 В, если человек будет стоять на изолирующем основании с большим электрическим сопротивлением (резиновый коврик, пластиковый пол и т. п.).

Трёхфазные сети с изолированной от земли нейтралью

Достоинством системы с изолированной от земли нейтралью является то, что при случайном замыкании одной фазы на землю вследствие небольшого тока замыкания защита не срабатывает на отключение (обычно срабатывает на сигнал) и установка может продолжать работать в этом аварийном режиме, чем достигается большая безотказность электроснабжение потребителей.

Замыкание на землю может быть глухим, когда практически сопротивление между фазой и землёй равно нулю, и не полным, когда повреждённая фаза имеет пониженное сопротивление изоляции относительно земли, в частности в момент прикосновения к данной фазе человека (сопротивление около 1000 Ом), через тело которого проходит ток замыкания на землю.

На рис. 1.2 показаны векторные диаграммы линейных и фазных напряжений относительно земли для трёх случаев. Когда изоляция всех фаз относительно земли имеет одинаковое сопротивление (рис. 1.2, а), напряжения фаз относительно земли одинаковы и составляют Uз = Uл / √3. На рис. 1.2, б показано распределение напряжений фаз относительно земли при неполном замыкании фазы а на землю.

Рисунок 1.2. - Векторные диаграммы напряжений фаз относительно земли для сети с изолированной нейтралью источника питания

Из векторной диаграммы видно, что напряжение фазы с повреждённой изоляцией Ua относительно земли уменьшилось, а напряжение относительно земли двух других фаз с исправной изоляцией увеличилось. На рис. 2, в показана векторная диаграмма напряжений для случая глухого замыкания на землю фазы а, их которой видно, что её напряжение относительно земли упало до нуля, в то же время напряжения относительно земли фаз в и с увеличилась до линейного.

На рис. 1.3 показаны упрощённая, эквивалентная и расчётная схемы однофазного включения человека в сеть с изолированной нейтралью для случая, когда изоляция всех трёх фаз исправна, сопротивления изоляции

Ra = Rb = Rc = Rиз и ёмкости С1, С2 и С3 одинаковы. В этом случае значение тока, протекающего через человека в землю, будет

(1.3)

Для сети напряжением до 1000 В при малой её протяжённости ёмкостями фаз относительно земли можно пренебречь. Тогда ток через человека определится по уравнению

Uф

Iчел = —————————, (1.4)

Rчел + Rиз/3

из которого видно, что в таких сетях (220-660 В) решающее значение имеет сопротивление изоляции фаз.

а- поясняющая схема; б – эквивалентная схема замещения; в – определение полного расчётного сопротивления

Рисунок 1.3. - Прикосновение к одному проводу в трёхфазной сети с изолированной нейтралью источника питания с учётом ёмкости и проводимости изоляции относительно земли

В электрической сети напряжением 6–35 кВ, выполненной кабелями или воздушными линиями значительной протяжённости, главным фактором в отношении значения тока замыкания на землю является ёмкостная проводимость, а поскольку активное сопротивление изоляции очень велико (особенно для воздушных линий), то в расчётах тока замыкания на землю сопротивлением изоляции можно пренебречь.

Тогда для случая однофазного прикосновения к такой сети человека получим значение тока

U_ф

I_чел = ——————————, (1.5)

√ R^²_чел + (Х_С/3)^²

где Xc = 1/ωС – ёмкостное сопротивление фазы относительно земли.

Например, если в сети 10 кВ, имеющий кабельные линии общей протяжённостью l_к=5 км, произойдёт однофазное включение человека, имеющего сопротивление R_чел = 1000 Ом, то при ёмкостном сопротивлении фазы относительно земли

1 1

X_c = ——— = —————————————— = 4000 Ом

2π ∫ C 2 ·3,14·50·0,16·5·10 -6

(ёмкость жилы относительно заземлённой оболочки кабеля сечением S=50 мм ² C=0,16 мкФ) ток через человека будет

10 000 / √3 6000

I_чел = ————————— = ——— = 3,5 A.

√ 1000² + (4000 / 3)² 1700

Такой ток безусловно смертелен.

Приведённые примеры показывают, что для сетей с изолированной нейтралью источника питания однофазное включение человека всегда опасно. Для сетей до 1000 В – решающим фактором является значительная активная проводимость изоляции, а для сетей выше 1000 В – ёмкостная проводимость фаз относительно земли. Поэтому сети с изолированными нейтралями в отношении безопасности однофазного прикосновения так же опасны, как и сети с глухозаземлёнными нейтралями.