Государственный комитет Российской Федерации по рыболовству

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Астраханский государственный технический университет»

Образовательная деятельность в сфере высшего и дополнительного

профессионального образования сертифицирована DQS по ISO 9001

Кафедра Связь

Лихачев е.В. Основы электробезопасности в технике связи

Методические указания к лабораторно-практическим занятиям

для студентов, обучающихся по

направлению 210400 “Телекоммуникации”

Астрахань – 2009

УДК 621. 3

ББК З31.29

Л 65

Автор: ст. пр. Лихачев Е.В.

Рецензент: к.т.н., проф. В.Д. Семейкин

Лихачев Е.В. Методические указания к лабораторно-практическим занятиям по дисциплине “Основы электробезопасности в технике связи” для студентов, обучающихся по направлению 210400 “Телекоммуникации” / АГТУ. Астрахань, 2009. – 80с.

В учебном пособии приведены краткая теория, методика выполнения лабораторных работ по основным темам дисциплины «Основы электробезопасности в технике связи»: основы электробезопасности, изоляция электрических сетей и электрооборудования, защитное заземление и зануление, санитарно-гигиенические факторы производственной среды и др.

Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям «Средства связи с подвижными объектами» и «Сети связи и системы коммутации» направления 210400 «Телекоммуникации».

Учебное пособие утверждено на заседании кафедры “Связь”

20 января 2009 г. протокол № 1.

© Астраханский государственный технический университет

СОДЕРЖАНИЕ

Работа №1 5

Вероятностная модель полного сопротивления тела человека 5

Работа №2 14

Определение сечений проводов и кабелей 14

Работа №3 23

Определение сопротивления изоляции электроустановок 23

Работа №4 42

Первая помощь пострадавшим от электрического тока 42

Работа №5 59

Защитное заземление 59

Работа №6 67

Защитное зануление 67

Работа №7 82

Расчет освещения 82

Список используемой литературы 89

Работа №1

<<Вероятностная ><модель ><полного ><сопротивления ><тела ><человека>

Цель работы:

Изучить вероятностную модель полного сопротивления тела человека.

Задание:

1. Ознакомиться с составляющими <электрического ><сопротивления ><тела >человека.

2. Проанализировать влияние рассмотренных составляющих на <медиальное ><значение ><модуля ><полного ><сопротивления ><тела >человека.

3. Провести определение сопротивления своего тела (путь пролегания тока – по заданию преподавателя).

4. Проверьте расчет экспериментальным определением сопротивления указанного участка тела с помощью мультиметра М-830В.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

<Электрическое ><сопротивление ><тела ><человека ><влияет ><на ><эффективность ><действия ><электрозащиты, ><так ><как ><определяет ><значение ><тока, ><протекающего ><через ><него ><и ><обусловливающего ><вероятность ><возникновения ><электропора­><жения. ><Значение ><полного ><сопротивления ><тела ><человека ><><зависит ><от ><ряда ><факторов: ><напряжения ><прикосновения, ><рода, ><ча­><стоты, ><длительности ><протекания ><тока, ><температуры ><окружающей ><среды, ><площади ><соприкосновения ><электродов ><с ><телом, ><состояния ><кожи ><в ><месте ><приложения ><электродов, ><путей ><протекания ><тока. ><Однако ><в ><предлагаемых ><многими ><авторами, ><а ><также ><Международной ><электротехнической ><ко­><миссией ><схемах ><замещения ><полного ><сопротивления ><эти ><факторы ><не ><учиты­><ваются, ><и ><до ><сих ><пор ><обычно ><применяются ><детерминистические ><модели ><этого ><сопротивления.>

<Схема ><замещения ><(рисунок ><1.1) ><разработана ><на ><базе ><всестороннего ><анализа ><результатов ><исследований ><многих ><специалистов, ><в ><частности ><В.И.> <Щуцкого, ><Г. ><Бигельмейера, ><3. ><Терссяка, ><Г. ><Фрейбергера, ><А.П. ><Киселева, ><Н.П. ><Коренева, ><A.M. ><Цыбизова, ><В.К. ><Бузовкина, ><П. ><Осипки ><и ><Р. ><Гудсрско><го. ><В ><схеме ><замещения ><выделены ><полные ><сопротивления ><кожи ><Zs ><и ><внут­><реннего ><участка ><тела ><Z><_w>< ><человека.>

<На ><значение ><полного ><сопротивления ><тела ><человека ><в ><основном ><влия­><ет ><сопротивление ><его ><кожи ><Rs, ><состоящей ><из ><разных ><слоев, ><главными ><из ><которых ><являются ><эпидермис ><и ><дерма. ><Удельное ><сопротивление ><рогового ><слоя ><эпидермиса ><(толщиной ><от ><0,03 ><до ><0,06 ><мм) ><составляет ><10><⁴>< ><- ><10><⁶>< ><Ом. ><Эпидермис ><пронизан ><потовыми ><железами, ><характеризующимися ><хорошей ><электропроводностью. ><При ><напряжении ><выше ><напряжения ><прикосновения ><наблюдается ><изменение ><электрического ><сопротивлении ><коли. ><По ><мнению ><многих ><элсктрофизиологов, ><это ><происходит ><из-за ><выделения ><пота ><и ><>увлажнения< ><эпидермиса ><в ><результате ><раздражающего ><воздействия ><>электрического< ><тока ><на ><потовые ><железы.>

Рисунок 1.1 – Схема замещения полного сопротивления тела человека

>

<<Сопротивление ><кожи ><R><_s>< ><представляет ><собой ><нелинейный ><элемент. ><Установлено, ><что ><его ><значение ><параметрически ><зависит ><от ><длительности ><воздействия ><тока ><и ><напряжения. ><Снижение ><значения ><этого ><сопротивления ><происходит ><в ><начальный ><период ><электропоражения ><и ><длится ><не ><более ><0,5 ><с. ><Уровень, ><до ><которого ><снижается ><значение ><R><_s><, ><при ><длительном ><электропо­><ражении, ><зависит ><от ><действующего ><значения ><напряжения ><прикосновения.>

<В ><схему ><замещения ><включены ><две ><составляющие ><сопротивления ><ко­><жи: ><линейная ><R><_c>< ><и ><нелинейная ><R><_n><. ><Значение ><сопротивления ><R><_c><. ><зависит ><от ><температуры ><окружающей ><среды, ><степени ><влажности ><кожи ><и ><эквивалент­><ной ><площади ><прикосновения ><электродов ><к ><телу ><человека, ><которая ><опреде­><ляется ><из ><формулы>

<

(1.1)

>

<где ><S1,S2 ><- ><площади ><прикосновения ><электродов ><к ><телу ><человека.>

<Значение ><сопротивления ><R><_n>< ><зависит ><от ><напряжения ><прикосновения ><[2].>

<Емкость ><кожи ><Cs ><обусловлена ><роговым ><слоем ><эпидермиса ><толщиной ><около ><0,01 ><мм, ><электрическая ><прочность ><которого ><находится ><в ><пределах ><500 ><— ><2000 ><R></мм. ><Значение ><емкости ><Cs ><прямо ><пропорционально ><зависит ><от ><эквивалентной ><площади ><прикосновения ><электродов ><к ><телу ><человека.>

<Схема ><замещения ><полного ><сопротивления ><внутреннего ><участка ><тела ><человека ><Z><_w>< ><состоит ><из ><соответственно ><соединенных ><сопротивлений ><R'><_w><, ><R"><_w><, ><R'"><_w>< ><и ><емкости ><C><_w><, ><включающей ><элементарные ><емкости ><внутренних ><органов, ><вплоть ><до ><клеточного ><уровня. ><Сопротивления ><внутреннего ><участ­><ка ><R'><_w>< >< и R"><_w><, ><зависят ><от ><пути ><протекания ><тока ><через ><тело ><человека.>

<Аналитическое ><описание ><модели ><полного ><сопротивления ><тела ><чело><века.>< ><Для ><описания ><вероятностной ><модели ><полного ><сопротивления ><ис><пользовано ><логарифмическое ><нормальное ><распределение, ><которое ><достато­><чно ><хорошо ><описывает ><случайные ><значения ><параметров ><схемы ><замещения, ><а ><также ><активное, ><реактивное ><и ><полное ><сопротивления ><чела ><человека. ><><Можно ><достаточно ><точно ><отобразить ><влияние ><указанных ><факторов ><на ><случайное ><значение ><полного ><сопротивления, ><соответственно ><модифицируя ><медиальные ><значения ><параметров ><схемы. ><В ><табл. ><1.1 ><и 1.><2 ><при­><ведены ><обобщенные ><(на ><основе ><результатов ><исследований ><многих ><специа­><листов) ><медиальные ><значения ><параметров ><и ><стандартные ><отклонения ><лога­><рифмическою ><нормального ><распределения ><параметров ><полного ><сопротив­><лении ><соответственно ><кожи ><(мужчины, ><S₀ ><= ><40 ><см><²><, ><Т ><= ><20 ><°С) ><и ><внутренне­><го ><участка ><тела ><в ><предлагаемой ><схеме ><замещения ><(см. ><рис. ><1.1). ><Учтено ><>влияние< ><на ><эти ><медиальные ><значения ><таких ><факторов, ><как ><состояние ><кожи ><(см. ><табл. ><1.1) ><и ><путь ><протекания ><тока ><через ><тело ><человека ><(см. ><табл. 1.><2).>>

<Таблица ><1.1>

<Состояние ><ко­><жи>	<Медиальные ><значения ><пара­><метров>
	<Rcm ><(So), ><кОм>	<гn><(So), ><кОм-В>	<C><sm>< ><(So), ><мкФ>
<Сухая> <Влажная> <Мокрая ><(NaCI)>	<4,70> <2,70> <0,80>	<190> <190> <190>	<0,52> <0,52> <0,52>
<Стандартнее ><отклонения: >< ><σ><ln><R><C>< ><= ><0,45; ><σ><ln><C><S>< ><= ><0,45>

<Влияние ><остальных ><факторов ><на ><медиальные ><значения ><параметров ><разработанной ><схемы ><замещения ><учитывается ><путем ><аппроксимации ><сле­><дующих ><зависимостей ><этих ><параметров:>

<а) >< >< ><от ><площади ><электродов>

, , (1.2)

<<><><где ><R_cm(S) ><и ><C_cm(S) ><- ><медиальные ><значения ><линейной ><составляющей ><сопротивления ><R><_c>< ><и ><емкости ><С, ><кожи; ><S и S₀- ><эквивалентные ><площади ><при­><косновения ><электродов (см. ><><формулу ><(1.1)), ><и ><тела ><человека; ><ба­><зовое ><значение ><S₀><=><40 ><см><²><;>>

<<б)><><><от><температуры><окружающей><среды>

(1.3)

<><где><Rcmm(S)><и><Rcam(S)><–><медиальные><значения><линейной><составляю­><щей><сопротивления><кожи><R><c><><для><мокрого><и><реального><(мокрого,><влажного><или><сухого)><состояния><кожи><при><данной><площади><прикосновения><электро­><дов><и><температуре><окружающей><среды><20><°С;><Т><и><То><—><температура><окру­><жающей><среды><и><базовая><температура><(принята><равной><12><°С);>

<в)><><><от><напряжения><прикосновения>

(1.4)

<><где ><коэффициент ><r_n><(S), ><определяющий ><зависимость ><значения ><нели­><нейной ><составляющей ><сопротивления ><кожи ><R_n ><от ><напряжения ><прикос­><новения ><U, ><вычисляется ><по ><формуле>

(1.5)

<>

<R><_sm><(S,T,U) ><- ><медиальные ><значения ><сопротивления ><кожи ><при ><услови­><ях ><длительного ><электропоражения, ><фиксированных ><площади ><электродов, ><температуре ><окружающей ><среды ><и ><напряжении ><прикосновения; ><r_n(So) ><- ><по­><стоянный ><коэффициент ><(см. ><табл. ><1.1);>

<г)><><><от><длительности><воздействия><тока>

(1.6)

<><где ><k_t=30 ><><><><><><кОм^-1><><><>< ><- ><постоянный ><коэффициент; >< t -><><>< ><длительность ><воз­><действия ><тока, ><с.>

<На ><основе ><медиан ><параметров ><схемы ><замещения ><(см. ><рис. ><1.1) ><доста­><точно ><точно ><вычисляются ><медиальные ><значения ><всех ><составляющих, ><а ><также ><значения ><модуля ><и ><аргумента ><полного ><сопротивления ><благодаря ><ма­><лым ><значениям ><коэффициентов ><изменчивости ><рассматриваемых ><случайных ><величин.>

<Медиальное ><значение ><модуля ><полного ><сопротивления ><тела ><человека ><для ><напряжения ><прикосновения ><при ><частоте ><ниже ><10 ><кГц ><достаточно ><точно ><вычисляется ><по ><упрощенной ><формуле>

(1.7)

<>

<где ><R><_wm>< ><= ><R'><_wm><+R"><_wm>< ><- ><медиальное ><значение ><активной ><составляю­><щей ><полного ><сопротивления ><внутреннего ><участка ><тела ><человека ><при ><часто­><те ><ниже ><10 ><кГц ><(см. ><табл. 1.><2).>

<Таблица ><1.2>>

<Параметры ><логариф­><мического ><нормаль­><ного ><распределения>	<Путь ><протекания ><тока >< ><через >< >< ><тело ><человека>	<Медиальные ><значения ><параметров>
		<R'><wm><, ><кОм>	<R''><wm><,> кOм	<R><wm><, ><кОм>	<R'''><wm><,> к0м	<C><w><, ><нФ>
<Медианы>	<р-р,> <р-н,> <н ><– ><н, ><рр ><- ><н, ><рр ><- ><нн>	<0,40> <0,30> <0,20>	<0,40 ><0,30 ><0,20>	<0,80> <0,60> <0,40>	<0,13> <0,13> <0,13>	<4,30 ><4,30 ><4,30>
<Стандартные ><отклонения>		<0,10>	<0,10>	<0,10>	<0,10>	<0>

<Примечание: ><Буквы ><"р" ><и ><"н" ><обозначают ><соответственно ><рука ><и ><но><га.>

<Стандартные ><отклонения ><логарифмического ><нормального ><распреде­><ления ><числовых ><значений ><составляющих ><и ><полного ><сопротивления ><тела ><че­><ловека ><определяются ><по ><формулам:>

• <для ><активной ><R><_ZS>< ><(S, ><T, ><U, ><ω, ><t) ><и ><реактивной ><X_{Z V}><><><>< ><(S, ><T, ><U, ><ω, >t) <><состав­><ляющих, ><а ><также ><полного ><сопротивления ><кожи ><Z_Z ><(S, ><T, ><U, ><ω, >t)

(1.8)

• <><для ><активной ><R><_W><(ω) ><и ><реактивной ><Х><_W><(ω) ><составляющих ><и ><полного ><со­><противления ><внутреннего ><участка ><тела ><человека ><Z><_W><(ω)>

(1.9)

• <><для><активной><составляющей><полного><сопротивления><тела><R_><Z>< ><(S, ><T, ><U, ><ω, >t)

<>(1.10)

• <для ><реактивной ><составляющей ><полного ><сопротивления ><тела ><X><_Z>< ><(S, ><T, ><U, ><ω, >t)

(1.11)

• <для ><><полного ><сопротивления ><тела Z><><_Z>< ><(S, ><T, ><U, ><ω, >t)

(1.12)

<><Разработаны ><методы ><вычисления ><параметров ><логарифмического ><нормального ><распределения, ><которые ><основаны ><на ><возможности ><приблизи­><тельного ><описания ><рассматриваемых ><случайных ><величин ><логарифмическим ><нормальным ><или ><нормальным ><распределением.>

<Сравнение ><рассмотренных ><численных ><характеристик ><вероятностной ><моде­><ли ><полного ><сопротивления ><тела ><человека ><с ><результатами, ><полученными ><многими ><исследователями, ><подтверждает ><корректность ><предложенной ><схемы ><замещения ><и ><разработанной ><модели. ><На ><рисунке ><1.2 ><показаны ><ре­><зультаты ><аналитического ><моделирования ><(сплошные ><линии) ><и ><эксперимен><тальных ><исследований ><Г. ><Бигсльмейера ><(точки), ><касающиеся ><квантилей><><полного ><сопротивления ><тела ><человека.>

<<Рисунок ><1.2 - ><Зависимости ><квантилей ><полного ><сопротивления ><тела ><челове­><ка ><Z ><от ><напряжения ><прикосновения ><U ><при ><различных ><уровнях ><доверитель­><ной ><вероятности ><(р - р ><или р - ><н, ><50/60 ><Гц, ><сухая ><кожа, ><S₁ ><= ><S₂ ><= ><80 ><см><³><)>>

Описание используемого оборудования – Мультиметр М830В

Этот инструмент - один из серии карманных 3,5 -разрядных цифровых мультиметров для измерения постоянного, переменного напряжения, постоянного тока, сопротивлений, проверки диодов и транзисторов. Мультиметр снабжен защитой от перегрузки на всех пределах измерений и индикацией разряда батареи. Это идеальный инструмент для использования в лабораториях, цехах, для хобби и для работы дома.

Передняя панель (см. рис. 1.3):

• Переключатель функций и диапазонов. Этот переключатель используется как для выбора функций и желаемого предела измерений так и для выключения прибора. Для продления срока службы батареи переключатель должен быть в положении “OFF” когда прибор не используется.

• Дисплей. 3,5-разрядный 7-сегментный ЖКИ высотой 0.5 дюйма.

• Разъем “COMMON” (общий). Разъем для черного (отрицательного) провода-щупа.

• Разъем “V,,mA”. Разъем для красного (положительного) провода-щупа для измерения всех напряжений, сопротивлений и токов (кроме 10 А).

• Разъем “10А”. Разъем для красного (положительного) провода-щупа для измерения токов в диапазоне до 10А.

<Рисунок ><1.3- >Мультиметр М830В

Перед использованием инструмента проверьте провода, щупы и пробник на разрыв и нарушение изоляции.

Порядок действий при измерении сопротивлений:

1. Красный щуп на вход “V,,mA”, а черный на вход “COM”.

2. Переключатель пределов установить на требуемый предел измерения .

3. Если измеряемое сопротивление находится в схеме, то перед измерениями выключите питание схемы и разрядите все конденсаторы.

4. Считайте показания на дисплее.

Порядок выполнения работы

1. Изучите теоретическую часть, прилагаемую к данной лабораторной работе.

2. Сделайте расчет сопротивления своего тела (путь пролегания тока и площадь контактируемого с электродом участка тела – по заданию преподавателя).

3. Проверьте расчет экспериментальным определением сопротивления указанного участка тела с помощью мультиметра М-830В.

4. Сравните полученные результаты и сделайте соответствующие выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. От чего зависит электрическое сопротивление тела человека ?

2. Почему сопротивление кожи представляет собой нелинейный элемент?

3. Зависит ли сопротивление мокрой кожи от температуры окружающей среды?

4. Какова зависимость квантилей полного сопротивления тела челове­ка от напряжения прикосновения?