Министерство образования и науки

Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Северо-Кавказский государственный

технический университет»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ

на виртуальных стендах LabVIEW

по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»

для студентов специальностей

140200 – «Электроэнергетика»

140205 – «Электроэнергетические системы и сети»,

140211 – «Электроснабжение»

Ставрополь

2011

Н астоящие методические указания составлены в соответствии с ГОС ВПО, рабочим учебным планом и программой дисциплины «Безопасность жизнедеятельности» для студентов специальностей 140200 «Электроэнергетика», 140205 «Электроэнергетические системы и сети» и 140211 «Электроснабжение».

Указания включают теоретические и практические сведения по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности», необходимые при выполнении лабораторных занятий, методику и порядок их выполнения.

Составители: Бестаев М.Г., Калашников В.Н., Маслов В.В., Мустафаев Х. М., Перепелкин И.Н.

Рецензент: Морозова Т. Ф.

Содержание

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 ИССЛЕДОВАНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПЕТЛИ ФАЗА-НУЛЬ НА БАЗЕ LABVIEW (2 ЧАСА) 4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ И ОДИНОЧНЫХ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ НА БАЗЕ LABVIEW (2 ЧАСА) 17

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3 АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ СЕТЕЙ ТИПА IT И TN-C НА БАЗЕ LABVIEW (2 ЧАСА) 33

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА НА БАЗЕ LABVIEW (2 ЧАСА) 53

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 67

Лабораторная работа 1 исследование сопротивления петли фаза-нуль на базе labview (2 часа) Цель и содержание работы

Исследование опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим металлическим нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением относительно земли вследствие замыкания на корпус.

Теоретическое обоснование

Поражения электрическим током, вызванные прикосновением к конструкциям или корпусам, оказавшимся под напряжением вследствие повреждения изоляции, предотвращаются путем защитного заземления. Назначение защитного заземления заключается в создании между металлическими конструкциями, или корпусом защитного устройства и землей, электрического соединения с достаточно малым сопротивлением. В цеховых сетях промышленных предприятий напряжением 380/220 В с заземленной нейтралью трансформатора цеховой подстанции применяется схема заземления, при которой заземляющие проводники соединены с заземленной нейтралью (зануление).

Возникает вопрос, возможно ли обеспечить условия безопасности в сети с заземленной нейтралью при выполнении простого заземления электроприемников, а не зануление их. Пусть в схеме на рисунке 1.1 нулевого защитного проводника нет, и его роль выполняет земля. Нейтраль заземлена через R₀, а электроприемник АД имеет отдельное защитное заземление с сопротивлением R₃.

Рисунок 1.1 – Петля фаза-нуль

При замыкании фазы на корпус этого электроприемника ток замыкания, будучи ограничен сопротивлениями заземлений электроприемника и нейтрали, может оказаться недостаточным для отключения автоматического выключателя. Если же отключения не последует, то действующее в цепях замыкания фазное напряжение 220 В распределится между сопротивлениями R₃ и R₀ прямо пропорционально их величине. Так как фактически невозможно разделять сеть заземления электроприемников, расположенных вблизи трансформатора, от заземляющего устройства нейтрали, то это напряжение возникает одновременно на всех заземленных корпусах электрооборудования. Осуществление заземления с малым сопротивлением практически невозможно. Остается один способ: соединить корпус электроприемника с заземленной нейтралью трансформатора, т.е. зануление.

Занулением называется преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Зануление применяется в четырехпроводных сетях напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью. Зануление превращает замыкание на корпус в однофазное короткое замыкание, в результате чего срабатывает токовая защита, и поврежденный участок цепи отключается. Кроме того, зануление снижает потенциалы корпусов, появляющиеся в момент замыкания на землю. Зануление создает при всяком замыкании на зануленные части замкнутую металлическую цепь короткого замыкания, не зависящую от R₀ и R₃, ток в которой определяется как

, (1.1)

где U_Ф – фазное напряжение, Z_ФН – полное сопротивление цепи замыкания (петля фаза-нуль).

Напряжение корпуса относительно земли

, (1.2)

где R_П – сопротивление повторного заземления нулевого провода.

Осуществление зануления играет решающую роль в четком срабатывании защитной аппаратуры.

Электробезопасность – система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества. Опасность электрического тока в отличие от прочих опасностей усугубляется тем, что человек не в состоянии без специальных приборов обнаружить напряжение дистанционно, как раскаленные объекты, открытые люки. Опасность обнаруживается слишком поздно, когда человек уже поражен. Проходя через живые ткани, электрический ток оказывает термическое, электролитическое и биологическое воздействия. Это приводит к различным нарушениям в организме.

Виды поражения электрическим током

Следует выделить два вида поражений электрическим током: электрический удар и местные электрические травмы, которые резко отличаются друг от друга. Местными электрическими травмами являются поражения тканей и органов электрическим током. Это такие как ожоги, электрические знаки, электрометаллизации кожи, механические повреждения и электроофтальмия.

Электрический ожог возможен при прохождении через тело человека значительных токов (более 1А). В тканях, через которые проходит ток, как и в любом сопротивлении, выделяется некоторое количество теплоты, пропорциональное приложенному напряжению и току. Этой теплоты, при больших токах, достаточно для нагрева поражаемых тканей до температуры 60-70 градусов, при которой свертывается белок и возникает ожог. Такие ожоги проникают глубоко в ткани тела и поэтому очень болезненны, и требуют длительного лечения, а иногда приводят к частичной, или полной инвалидности. В электроустановках напряжением 35 кВ и выше ожоги могут возникать и без непосредственного контакта с токоведущими частями, а лишь при случайном приближении на опасное расстояние. Когда это расстояние меньше или равно разрядному, возникает сначала искровой разряд, который переходит в электрическую дугу. Температура дуги достигает 4000 градусов, кроме того, ткани тела человека нагреваются проходящим через него током. Это приводит к ожогу. Под действием тока происходит резкое сокращение мышц, которое приводит к разрыву дуги. Поскольку ток проходил через тело человека кратковременно, нарушений дыхания и кровообращения может не наступить, однако полученные ожоги весьма серьезны, а иногда и смертельны.

Электрические знаки возникают при хорошем контакте с токоведущими частями. Они представляют собой припухлость с затвердевшей кожей серого цвета. Последствия электрического знака могут быть серьезными.

Защитные меры в электроустановках

Если номинальное напряжение электроустановки не превышает длительно допустимого напряжения прикосновения, то контакт человека с токоведущими частями разных фаз будет безопасен. Безопасным напряжением является 6–10 В, т.к. ток через человека не превысит 1–1,5 А. В производственных переносных электроприемниках применяются напряжения 12, 36 и 42 В. Применение малых напряжений – эффективная защитная мера, но ее широкому распространению мешает трудность осуществления протяженной сети малого напряжения. К защитным мерам в электроустановках относятся также электрическое разделение сетей, контроль и профилактика повреждений изоляции и защита от случайных прикосновений, защита от опасности при переходе напряжения с высшей стороны на низкую, защитное заземление, защитное зануление, защитное отключение.

Защитное заземление

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. В электрических аппаратах металлические нетоковедущие части могут оказаться под напряжением при замыкании их токоведущих частей на корпус. Если корпус не заземлен, то прикосновение к нему также опасно, как и прикосновение к фазе. Если же корпус заземлен, он окажется под напряжением равным

. (1.3)

Человек, касающийся этого корпуса, попадает под напряжение прикосновения

, (1.4)

где α₁ – коэффициент напряжения прикосновения, α₂ – коэффициент, учитывающий падение напряжения в дополнительных сопротивлениях цепи человека:

, (1.5)

где R_ch – полное сопротивление цепи человека, R_н – сопротивление опорной поверхности ног растеканию тока или сопротивление пола, R_об – сопротивление обуви, R_h – сопротивление человека.

Ток через человека при прикосновении к заземленным нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением, определяется из выражения:

, (1.6)

или

(1.7)

Из этого выражения видно, что чем меньше R₃ и α₁, тем меньше ток через человека, стоящего на земле и касающегося корпуса оборудования, находящегося под напряжением. Таким образом, безопасность обеспечивается путем заземления корпуса заземлителем, имеющим малое сопротивление заземления R₃ и малый коэффициент напряжения прикосновения α₁.

Защитное зануление

Занулением называется преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Нулевым защитным проводником называется проводник, соединяющий зануляемые части с глухо заземленной нейтральной точкой обмотки источника тока или ее эквивалентом. При замыкании на зануленный корпус, ток короткого замыкания определяется по формуле:

. (1.8)

Сопротивление петли фаза-нуль равна:

. (1.9)

Из этого следует, что ток короткого замыкания равен:

. (1.10)

Сопротивление петли фаза-нуль

Полное сопротивление петли фаза-нуль состоит из активных и реактивных сопротивлений:

1. Питающего трансформатора и других последовательно включенных в цепь аппаратов;

2. Фазного провода сети;

3. Нулевого провода;

4. Сопротивлений в месте замыкания, в контактах аппаратов и других частей сети.

Полное сопротивление фазного и нулевого проводов сети зависит от:

а) схемы соединений обмоток трансформатора Y/Y или Y/Y₀;

б) конструктивного выполнения сети в целом;

в) от взаимного расположения фазного и нулевого проводов;

г) от наличия в цепи иных токопроводящих частей, соединенных с системой зануления и снижающих ее сопротивление.

Расчет тока однофазного замыкания в петле фаза-нуль производят по формуле:

, (1.11)

где , где U_ф – фазное напряжение сети; Z_1Т, Z_2Т, Z_0Т – полные сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательности обмотки трансформатора; Z_П – полное сопротивление части петли фаза-нуль без учета сопротивления трансформатора; Z_Ф – полное сопротивление одной фазы линии. В развернутом виде это уравнение имеет вид:

, (1.12)

где R_Т – активное сопротивление прямой (обратной) последовательности трансформатора; R_0Т – активное сопротивление нулевой последовательности трансформатора; X_Т – реактивное сопротивление прямой (обратной) последовательности трансформатора; X_0Т – реактивное сопротивление нулевой последовательности трансформатора.

По этой формуле, вычисляя сопротивление петли фаза-нуль, не трудно найти ток однофазного замыкания на корпус в сетях с заземленной нейтралью, питающихся от трансформаторов со схемой соединения Y/Y или Y/Y₀.