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»

Основы электробезопасности в технике связи

Методические указания к лабораторным занятиям

для студентов, обучающихся по

направлению 210400 “Телекоммуникации”

Астрахань – 2010

УДК 621. 3

ББК З31.29

Л 65

Автор: к.т.н., доцент Стрижаков В.П.

Рецензент: к.т.н., доцент Е.А. Барабанова

Стрижаков В.П. Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине “Основы электробезопасности в технике связи” для студентов, обучающихся по направлению 210400 “Телекоммуникации” / АГТУ. Астрахань, 2009. – 80 с.

Методические указания предназначены для выполнения лабораторных работ по основным разделам дисциплины «Основы электробезопасности в технике связи»: основы электробезопасности, изоляция электрических сетей и электрооборудования, защитное заземление и зануление, санитарно-гигиенические факторы производственной среды и др.

Методические указания утверждены на заседании кафедры “Связь”

29.12.2010 г. протокол №14

© Астраханский государственный технический университет

СОДЕРЖАНИЕ

Работа №1 4

Вероятностная модель полного сопротивления тела человека 4

Работа №2 13

Определение сечений проводов и кабелей 13

Работа №3 22

Определение сопротивления изоляции электроустановок 22

Работа №4 41

Первая помощь пострадавшим от электрического тока 41

Работа №5 58

Защитное заземление 58

Работа №6 66

Защитное зануление 66

Работа №7 81

Расчет освещения 81

Список используемой литературы 88

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 электропора­жения. Значение полного сопротивления тела человеказависит от ряда факторов: напряжения прикосновения, рода, ча­стоты, длительности протекания тока, температуры окружающей среды, площади соприкосновения электродов с телом, состояния кожи в месте приложения электродов, путей протекания тока. Однако в предлагаемыхмногими авторами, а также Международной электротехнической ко­миссией схемах замещения полного сопротивления эти факторы не учиты­ваются, 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. Гудсрского. В схеме замещения выделены полные сопротивления кожиZsи внут­реннего участка тела Z_w человека.

На значение полного сопротивления тела человека в основном влия­ет сопротивление его кожи Rs, состоящей из разных слоев, главными из которых являются эпидермис и дерма. Удельное сопротивление роговогослоя эпидермиса (толщиной от 0,03 до 0,06 мм) составляет 10⁴ - 10⁶ Ом. Эпидермис пронизан потовыми железами, характеризующимися хорошей электропроводностью. При напряжении выше напряжения прикосновения наблюдается изменение электрического сопротивлении коли. По мнениюмногих 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 сопротивленияпроисходит в начальный период электропоражения и длится не более 0,5 с. Уровень, до которого снижается значение R_s, при длительном электропо­ражении, зависит от действующего значения напряжения прикосновения.

В схему замещения включены две составляющие сопротивления ко­жи: линейная R_c и нелинейная R_n. Значение сопротивления R_c. зависит от температуры окружающей среды, степени влажности кожи и эквивалент­ной площади прикосновения электродов к телу человека, которая опреде­ляется 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_wсостоит из соответственно соединенных сопротивленийR'_w,R"_w, R'"_w и емкости C_w, включающей элементарные емкости внутренних органов, вплоть до клеточного уровня. Сопротивления внутреннего участ­ка R'_w и R"_w, зависят от пути протекания тока через тело человека.

Аналитическое описание модели полного сопротивления тела человека. Для описания вероятностной модели полного сопротивления использовано логарифмическое нормальное распределение, которое достато­чно 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 при­ведены обобщенные (на основе результатов исследований многих специа­листов) медиальные значения параметров и стандартные отклонения лога­рифмическою нормального распределения параметров полного сопротив­лении соответственно кожи (мужчины, S₀ = 40 см², Т = 20 °С) и внутренне­го участка тела в предлагаемой схеме замещения (см. рис. 1.1). Учтено влияниена 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 ко­жи	Медиальные значения пара­метров
	Rcm (So), кОм	гn(So), кОм-В	Csm (So), мкФ
Сухая Влажная Мокрая (NaCI)	4,70 2,70 0,80	190 190 190	0,52 0,52 0,52
Стандартнее отклонения: σlnRC = 0,45; σlnCS = 0,45

Влияние остальных факторов на медиальные значения параметров разработанной схемы замещения учитывается путем аппроксимации сле­дующих зависимостей этих параметров:

а) от площади электродов

, , (1.2)

где R_cm(S) и C_cm(S) - медиальные значения линейной составляющей сопротивленияR_cи емкости С, кожи;S и S₀- эквивалентные площади при­косновения электродов (см. формулу (1.1)), и тела человека; ба­зовое значение S₀=40 см²;

б) от температуры окружающей среды

(1.3)

где Rcmm(S) и Rcam(S) – медиальные значения линейной составляю­щей сопротивления кожи Rc для мокрого и реального (мокрого, влажного или сухого) состояния кожи при данной площади прикосновения электро­дов и температуре окружающей среды 20 °С; Т и То — температура окру­жающей среды и базовая температура (принята равной 12 °С);

в) от напряжения прикосновения

(1.4)

где коэффициент r_n(S), определяющий зависимость значения нели­нейной составляющей сопротивления кожи R_n от напряжения прикос­новенияU, вычисляется по формуле

(1.5)

R_sm(S,T,U) - медиальные значения сопротивления кожи при услови­ях длительного электропоражения, фиксированных площади электродов,температуре окружающей среды и напряжении прикосновения; r_n(So) - по­стоянный коэффициент (см. табл. 1.1);

г) от длительности воздействия тока

(1.6)

где k_t=30 кОм^-1- постоянный коэффициент;t- длительность воз­действия тока, с.

На основе медиан параметров схемы замещения (см. рис. 1.1) доста­точно точно вычисляются медиальные значения всех составляющих, а также значения модуля и аргумента полного сопротивления благодаря ма­лым 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 составляю­щей полного сопротивления внутреннего участка тела человека при часто­те ниже 10 кГц (см. табл. 1.2).

Таблица 1.2

Параметры логариф­мического нормаль­ного распределения	Путь протекания тока через тело человека	Медиальные значения параметров
		R'wm, кОм	R''wm, кOм	Rwm, кОм	R'''wm, к0м	Cw, 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 нога.

Стандартные отклонения логарифмического нормального распреде­ления числовых значений составляющих и полного сопротивления тела че­ловека определяются по формулам:

• для активной R_ZS (S, T, U, ω, t) и реактивной X_{Z V} (S, T, U, ω, t) состав­ляющих, а также полного сопротивления кожиZ_Z(S, T, U, ω, t)

(1.8)

• для активной R_W(ω) и реактивной Х_W(ω) составляющих и полного со­противления 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 приблизи­тельного описания рассматриваемых случайных величин логарифмическим нормальным или нормальным распределением.

Сравнение рассмотренных численных характеристик вероятностной моде­ли полного сопротивления тела человека с результатами, полученными многими исследователями, подтверждает корректность предложенной схемы замещения и разработанной модели. На рисунке 1.2 показаны ре­зультаты аналитического моделирования (сплошные линии) и экспериментальных исследований Г. Бигсльмейера (точки), касающиеся квантилейполного сопротивления тела человека.

Рисунок 1.2 - Зависимости квантилей полного сопротивления тела челове­ка Z от напряжения прикосновения U при различных уровнях доверитель­ной вероятности (р - р или р - н, 50/60 Гц, сухая кожа, S₁ = S₂ = 80 см³)

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?