Методы / Мельникова1

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ОБНИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (ИАТЭ)

Факультет естественных наук

Ю.М. ГЛУШКОВ, Т.В. МЕЛЬНИКОВА

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

по курсу «Безопасность жизнедеятельности»

Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом университета

Обнинск 2007

Лабораторная работа № 1. Электробезопасность

Цели и задачи работы. При выполнении работы нужно сначала ответить на вопросы, затем решить три несложные задачи (2 часа). Цель этой части работы – вспомнить известные из школьного и вузовского курсов физики основные закономерности цепей трехфазного тока, а также влияния тока на человека. Оставшиеся 2 часа – работа со стендом трехфазного тока. Цель этой части работы – оценка опасности поражения человека электрическим током при разных режимах работы электроустановки трехфазного тока и при разном включении человека в электрическую цепь.

Приборы, материалы. Набор стендов трехфазного тока, питаемых от понижающего трансформатора; комбинированный прибор для измерения силы тока и напряжения.

Практическая часть

Экспериментальное исследование условий поражения человека электрическим током при работе с трехфазной цепью

Цель. Используя стенд трехфазного тока, изучить влияние параметров цепи (фазное и линейное напряжения, режим нейтрали, длина цепи, нормальная или аварийная работа цепи), класса помещения по электробезопасности, использования индивидуальных защитных средств на степень поражения человека, оказавшегося под напряжением. Параметры цепи и прочее можно изменять, используя набор сопротивлений и емкостей.

Обозначения:

f – частота переменного тока;

ω – круговая частота напряжения и тока, ω = 4π f;

Ui – напряжение фазы i (фазное напряжение Ua, Uв, Uс), В;

Uij – линейное напряжение между фазами i и j (линейные

напряжения Uab, Uac, Ubc), В;

Ri – активное сопротивление утечки тока с провода фазы i на землю, Ом;

Сi – емкость провода фазы i относительно земли, Ф; Rh – активное сопротивление тела человека, Ом; Rоб – активное сопротивление обуви,Ом;

3

Rп – активное сопротивление пола растеканию тока, Ом;

Rэ = Rh + Rоб + Rп;

Величины Ri , Сi , Rh на стенде номер … имеют значения

Рис. 1.1. Схема питания стенда трехфазного тока

1. Источник трехфазного тока, питающего стенд

Источник – понижающий трансформатор трехфазного тока. Соединение концов обмоток трансформатора звездой.

Сопротивления по 50 Ом включены в схему для защиты фаз от короткого замыкания.

Задание 1. Измерить фазные Uа, Ub, Uс и линейные Uаb, Uас, Ubс напряжения источника тока.

Схему подключений на стенде см. на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Схема подключений измерительного прибора на стенде при выполнении задания 1

4

2. Трехфазная цепь (звезда) с изолированной нейтралью

Задание 2. Какова зависимость тока Ih , проходящего через человека при его касании руками двух фаз (рис. 1.3), от параметров цепи и величины сопротивления Rh при нормальной работе электроустановки.

н.р.

с

b

а

Ih Rh

Рис. 1.3. Схема двухфазного подключения человека в сеть с изолированной нейтралью; н.р. – нулевой рабочий проводник; Ih = f(Ua,b, Rh)

Измеренное значение Ih= … мА Расчетное значение Ih= … мА

Схему подключений при измерениях см. на рис. 1.4.

с

b

а

А

Rh

Рис. 1.4. Схема подключений на стенде при выполнении задания 2

Сделать выводы

1.Как влияет на тяжесть поражения влажность воздуха, электропроводность полов и обуви, состояние кожи рук, наличие изолирующего коврика?

2.Под какое напряжение (фазное или линейное) попал человек?

Задание 3. Какова зависимость тока Ih, проходящего через человека, стоящего на земле и касающегося рукой одной из фаз, от параметров трехфазной цепи и величины Rэ при нормальной работе электроустановки (рис. 1.5)?

5

Считать активные сопротивления Rа, Rb, Rс изоляции фазных проводов относительно земли одинаковыми и равными R1 или R2, или R3 из набора сопротивлений на стенде.

Считать емкости Са, Сb, Сс фазных проводов относительно земли одинаковыми и равными С1 или С2, или С3 из набора емкостей на стенде, причем, емкость С3 = 0.

н.р

с

b

а

Rh

Rоб+Rп

Рис. 1.5. Схема однофазного включения человека в цепь

В рассматриваемом случае силу тока, проходящего через чело-

Данные измерений и расчета (в предположении Rоб = 0, Rп = 0 и, следовательно, Rэ = Rh Ом) представить в виде табл. 1.1.

Таблица 1.1

Зависимость силы тока Ih от Ri и Сi (измеренные значения – в числителе, рассчитанные – в знаменателе)

6

Сделать выводы

1.Как зависит тяжесть поражения от состояния изоляции проводов, от длины линии, от влажности воздуха, электропроводности пола и обуви, состояния человека, состояния кожи рук, наличия изолирующих коврика и перчаток?

2.Под какое напряжение попал человек (рис. 1.6)?

Экспериментально убедитесь в том, что при рассматриваемом включении в цепь человек действительно попадает под фазное напряжение, а не под линейное, как может показаться при поверхностном анализе. Изобразите схему подключения вольтметра.

с

b

а

мА

Rh

R1 R1 R1 C1 C1 C1

Рис. 1.6. Пример схемы подключений на стенде при измерениях для случая Ri = R1 и Сi = С1

Задание 4. Аварийный режим электроустановки с изолированной нейтралью. Пробой на землю одной из фаз, например, обрыв и падение на землю одного из фазных проводов (рис. 1.7). Какова зависимость тока Ih , проходящего через стоящего на земле человека и касающегося рукой одного из неповрежденных фазных проводов при коротком замыкании на землю другой фазы, от параметров сети и от Rэ ?

с

b

а

Rземли

Рис. 1.7. Схема однофазного подключения человека в сеть, в случае пробоя на землю одной из фаз

7

Ih = f (U, Rэ, Rземли). Пусть Rземли = 0, Rэ = Rh + Rоб + Rп.

Результаты измерений и расчета

Сделать выводы.

1.Как влияет на тяжесть поражения влажность воздуха, электропроводность полов и обуви, сопротивление земли растеканию тока при пробое фазы на землю, наличие изолирующего коврика и перчаток, состояние человека, состояние кожи рук?

2.Под какое напряжение попал человек?

Схему подключений на стенде при измерениях сделайте сами, но перед измерениями покажите ее преподавателю. Схему подключений изобразите в отчете.

3. Трехфазная цепь (звезда) с заземленной нейтралью

Задание 5. Какова зависимость тока Ih, проходящего через стоящего на земле человека и касающегося рукой одной из фаз, от параметров сети и Rэ (рис. 1.8)?

с

b

а

R0

Рис. 1.8. Схема однофазного подключения человека в сеть с заземленной нейтралью

8

Сделать выводы.

Подключения на стенде при измерениях сделайте сами. В отчете изобразите схему подключений.

Задание 6. Аварийный режим электроустановки с заземленной нейтралью. Пробой на землю одной из фаз, например, обрыв и падение на землю фазного провода.

Какова зависимость тока Ih, проходящего через стоящего на земле человека и касающегося рукой одного из исправных фазных проводов (например, с) при пробое на землю другой фазы (например, а), от параметров сети и Rэ (рис. 1.9)? Анализ ситуации см. на стр. 24.

Схему подключений продумайте сами. Изобразите ее в отчете. Измерьте также напряжение между исправными фазами b и с и сравните результат с расчетом на стр. 23. В отчете изобразите схе-

му и этих подключений.

Пусть Rземли = 0

а

b

с

R0 Rземли

Рис. 1.9. Человек стоит на земле и касается рукой фазного провода с, фазный провод а оборвался и упал на землю, нейтраль заземлена

Результаты измерения силы тока Ih.представить в виде табл. 1.2.

Таблица 1.2

0

R1

R2

R3

Сделать выводы.

9

Вопросы

1.Что такое трехфазная система электрических цепей? Приведите схему четырехпроводной трехфазной цепи (соединение концов обмоток генератора «звездой») с нулевым рабочим проводом и

сзаземленной нейтралью.

2.Что такое фаза, фазное и линейное напряжения?

3.Как связаны между собой линейное и фазное напряжения при соединении концов обмоток генератора (или трансформатора) трехфазного тока «звездой»?

4.Что такое нейтраль генератора трехфазного тока?

5.Через какие элементы линии электропередачи происходит утечка тока на землю? Какова в соответствии с «Правилами устройства электроустановок (ПУЭ)» минимально разрешенная величина сопротивления изоляции проводов линии электропередачи утечке тока на землю? Как изменяется комплексное сопротивление изоляции с увеличением длины линии электропередачи и почему?

6.Какие причины вызывают ускоренное старение изоляции проводов (из полимерных материалов, фарфора и т.п.)?

7.Перечислите основные приемы, используемые для уменьшения опасности поражения человека электрическим током.

8.Из каких конструктивных элементов состоит защитное заземление?

9.Изобразите распределение потенциала на поверхности земли вокруг, например, упавшего провода, или над местом расположения заземлителя, находящихся под напряжением. Что такое шаговое напряжение?

10.Для чего применяется «выравнивание» шагового напряжения, и как это можно осуществить на практике?

11.Что такое групповое (контурное) заземление? Для чего применяется групповое заземление?

12.В трехфазной сети с заземленной нейтралью произошло короткое замыкание вследствие обрыва и падения на землю фазного

провода b. Каков ток замыкания на землю? Каковы напряжения Ua и Uс исправных фаз а и с относительно земли? Как вычислить силу тока через стоящего на земле человека, коснувшегося неповрежденной фазы с? См. также рис. 1.17.

10