ЕЛЕКТРОБЕЗПЕКА-МЕТОДИЧКА

Нами запропонована методика обчислення значення граничної допустимої енергії для дітей, виходячи зі співвідношення наведених [8] значень енергії відчуття для дітей та для дорослих. Методика передбачає зменшення допустимої енергії граничних больових відчуттів для дітей в К разів стосовно допустимої енергії для дорослих (рис.3), де К – відношення значень енергії відчуття для дітей та для дорослих (К<1).

0.01000

Wh доп, Дж

0.00100

Порогові больові значення (електроди великої площі)

діти віком 4-14 років, Wh доп мін=0,00053 Дж

Wh доп=exp( -6.48851 * ln(Uh) + 23.8615), для Uh<109 B

Wh доп= 2.93785E-006 * Uh + 0.00103107, для Uh>109 B

Межа відчуття (електроди великої площі)

Wh доп= 7.98503E-008 * Uh + 6.13804E-006

дорослі (при Uh>10 B)

Wh доп= 2.86001E-007 * Uh + 6.88833E-006 Uh, B

0.00000

Рис. 3. Значення допустимої для тіла дитини енергії, що відповідають граничним больовим відчуттям під час розряду ємності мережі (за даними дослідів О.Штрауса та швейцарських замірів) в аварійному режимі роботи електроустановки

На рис.4-5 наведені розрахункові залежності усталених значень струму через тіло людини та напруги дотику від значення еквівалентної ємності мережі та опору ізоляції мережі з Uном=220 В. На цих же рисунках визначено допустимі за умови електробезпеки значення Сдоп ємності мережі. Якщо реальне значення ємності мережі С перевищують допустимі Сдоп, умови електробезпеки можуть бути витримані з’єднанням корпусів електроустановок ізольованими провідниками з контуром заземлення, величина опору заземлення Rзаз якого не перевищує значень, визначених на рис.6.

Тобто, рис.4-5 показують залежність усталеного струму через тіло людини і напруги дотику в аварійному режимі роботи електроустановки, за умови відсутності заземлення корпусів, від стану електромережі. Усталений струм через тіло людини – це діюче значення струму в усталеному режимі роботи електроустановки. Чим менший опір ізоляції провідників більше значення ємності мережі, тим більший усталений струм і більша напруга дотику.

12

режим роботи за умови відсутності заземлення корпусів електроустановки)

На рис.6-7 показано значення опору заземлення корпусів електроустановок Rзаз, щоб задовольнити вимоги по значенню усталеного струму (рис.6) та вимоги до імпульсної дії розряду ємності мережі (це та кількість енергії, що виділяється в тілі людини при розряді ємності мережі під час дотику до корпусу) на тіло людини. Умови імпульсної дії розряду ємності мережі для виробничих електроустановок виявились жорсткішими, ніж умови усталеного режиму (рис.7). Для порівняння на рис.7 пунктиром показані вимоги до Rзаз, що взяті з рис.6. Аналізуючи дані рис.6-7, приходимо до висновку, що створення електричних

13

імпедансами тіла, нижчі яких мають 5% популяції людей

3. Практична частина лабораторної роботи.

Лабораторну роботу виконуємо на ЕОМ за допомогою програми RE.

1.Викликаємо потрібну для роботи схему (рис.8).

2.Вводимо задані викладачем параметри мережі, а саме опір провідників, опір ізоляції, ємність мережі, параметри джерела живлення.

3.Задаємо для нелінійної складової опору тіла людини вольт амперну характеристику і вводимо лінійну складову опору тіла людини.

4.Підібрати такі значення опору заземлення, щоб забезпечити допустимі умови по струму через тіло людини і енергії розряду мережі:

-для побутових електроустановок допустимий струм через тіло людини Ih доп=2 мА і допустима енергія Wh доп. мін= 0,00053 Дж;

-для виробничих електроустановок допустимий струм через тіло людини Ih доп=6 мА і допустима енергія Wh доп. мін= 0,00158 Дж.

5.Вивести на екран цифрограми для даного випадку.

6.Для тих же параметрів мережі вивести на екран цифрограми режиму для випадку без опору заземлення (змінити опір заземлення на безмежно великий) .

5.Зміст звіту

1.Схема мережі з гарантованим рівнем електробезпеки.

2.Спрощена схема мережі з гарантованим рівнем електробезпеки, яка наведена на ЕОМ і використовується для зміни значення опору заземлення та її опис.

3.Результати розрахунку на ЕОМ, цифрограми режиму і пояснення до них.

4.Висновки по результатах роботи.

14

Рис. 7. Опір заземлення Rзаз за умови імпульсної дії розряду ємності мережі на людей з імпедансами тіла, нижчі яких мають 5% популяції людей

Рис.8. Спрощена схема мережі з гарантованим рівнем електробезпеки

1 - опір провідників;

2 - опір ізоляції;

3 - ємність мережі;

4 - нелінійна складова опору тіла людини;

5 - лінійна складова опору тіла людини ;

6 - опір заземлення;

7 - джерело живлення; К- ключ, який імітує дотик людини до мережі.

Контрольні запитання

1.В чому відмінність між трифазною чотирипровідною і шестипровідною схемами.

2.Наведіть переваги і недоліки трифазної чотирипровідної схеми.

3.Наведіть переваги і недоліки трифазної шестипровідної схеми.

4.Що таке межа відчуття і порогові больові значення.

5.Від чого залежить струм через тіло людини і напруга дотику.

6.Які заходи необхідно ввести для зменшення струму через тіло людини і напруги дотику.

15

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3

ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ МЕРЕЖІ З ГАРАНТОВАНИМ РІВНЕМ ЕЛЕКТРОБЕЗПЕКИ ЗА УМОВИ БЕЗПЕЧНОГО ДОТИКУ ЛЮДИНИ В НОРМАЛЬНОМУ ЕКСПЛУАТАЦІЙНОМУ РЕЖИМІ

Мета роботи: навчитись розраховувати параметри мережі, які забезпечували б гарантований рівень безпеки за умови безпечного дотику людини до струмопровідних частин у нормальному режимі установки.

1. Зміст роботи.

1.1.Вивчити дану інструкцію.

1.2.Ознайомитись із схемою мережі з гарантованим рівнем електробезпекою з компенсувальними реакторами (рис. 4).

1.3.З використанням ЕОМ, для заданих параметрів мережі, підібрати значення індуктивності реактора для побутових і виробничих мереж з забезпеченням допустимих умов по струму через тіло людини і енергії розряду мережі.

1.4.Оцінити струм через тіло людини і енергію розряду мережі без компенсувального реактора.

1.5.Навести цифрограми режиму компенсованої мережі і некомпенсованої мережі.

1.6.Проаналізувати ефективність використання компенсувальних реакторів і зробити висновки по результатах роботи.

2.Загальні відомості.

Велектроустановках побутового призначення недостатнє дотримання вимог електробезпеки [1] лише в аварійному режимі. З врахуванням особливостей контингенту, який має доступ до електроприладів, необхідне розроблення додаткових засобів підвищення електробезпеки у випадку дотику до струмопровідних частин за нормального режиму роботи установки. В [2,3] нами запропонована схема та обґрунтоване значення її параметрів, за яких гарантована безпека людини в аварійному режимі електроустановок. Розрахунки проводилися за умовами дії імпульсного розряду ємності мережі на людину. Прийняті вольтамперні характеристики людини (шлях струму “ рука-рука”, велика площа дотику до циліндричних електродів) відповідають імпедансам, нижчі яких мають 5% популяції людей. Додатково перевірялася умова, щоб усталений струм через тіло людини не перевищував допустимих значень (для виробничих мереж – 6 мА, для побутових – 2 мА).

Для аварійного режиму були вибрані вольтамперні характеристики тіла, що

відповідають великій площі дотику (F≈75-76 см2) (людина дотикається долонею до корпусу, який в результаті пошкодження ізоляції опинився під напругою). Для нормального режиму мережі неможливо уявити ймовірний варіант дотику з поверхнею більшою, ніж 5 см2. Менша розрахункова поверхня дотику вимагає використання з дослідної бази О.Штрауса [4] даних, отриманих для електродів типу “ торець”. На рис.1 представлена в координатах Whдоп=f(Uh) залежність від напруги допустимої для тіла людини енергії, що відповідає граничним больовим відчуттям під час розряду конденсатора. Як допустиме для побутової мережі з Uном=220 В прийняте значення Whдоп=0,0203 Дж для дорослих та Whдоп=0,0009 Дж для дітей (за наявності

на ємності мережі амплітудного значення напруги 1,05 × 220 × 2 В макс).

2

16

Менше, ніж в аварійному режимі роботи електроустановки розрахункове значення поверхні дотику (F=5 см2) обумовлює зниження значення струму Ih через тіло людини (при тих же параметрах мережі, що і для аварійного режиму), або збільшення допустимої еквівалентної

ємності Сдоп (рис.2).

Залежність напруг дотику Uh від ємності мережі для прийнятої вольтамперної характеристики тіла наведені на рис.3. З рис.3 бачимо, що допустимі напруги дотику, в порівнянні з визначеними в аварійному режимі роботи, збільшились, та складають для побутової та виробничої мереж відповідно 28 та 49 В, що відповідає допустимим значенням усталеного струму 2 та 6 мА. В усіх випадках, за винятком побутової мережі, вимоги за умовами усталеного режиму (рис.2) виявляються більш жорсткими, ніж за умовами імпульсного розряду еквівалентної ємності.

Uh, B

17

Рис.5. Цифрограми режиму некомпенсованої мережі Сдоп=1,34 мкФ, що відповідає вимогам до

виробничої мережі

0,4

Рис.6. Цифрограми режиму компенсованої мережі Сдоп=1,34 мкФ, що відповідає вимогам до виробничої мережі.

При значенні ємності мережі більшій, ніж допустимі значення за рис.2, самостійне відпускання від струмопровідної частини не гарантовано. Тому в мережах, ємність яких перевищує допустиму, необхідно встановлювати пристрої захисного вимкнення. Напруги, що діють на людину при струмах рис.2, представлені на рис.3. За умови дії імпульсного розряду ємності комунально-побутової мережі на дитину рекомендується встановлення пристроїв захисного вимкнення при ємностях, більших Сдоп=0,022 мкФ.

Враховуючи, що промисловість випускає захисні пристрої з мінімальним струмом спрацювання 5 мА, на рис.5,6 наведено цифрограми режиму некомпенсованої та компенсованої мережі з Сдоп, що відповідає вимогам для виробничої мережі. Як видно з рис.5,6 струми Ih в початковий момент часу досягають значень 40 мА, що цілком достатньо для спрацювання відомих пристроїв захисного вимкнення. Крім того на рис.5,6 наведені значення енергії, що виділяється в тілі людини завдяки перезаряду ємностей мережі.

Порівняння цих значень з допустимими Whдоп (рис.1) показує, що умови дії на людину в усталеному нормальному режимі є визначальними.

19

Таким чином, запропоновані схемно-технічні вирішення зі створення мережі з гарантованим рівнем електробезпеки у визначальній мірі зменшують можливі дії електрики на організм людини в порівнянні з допустимими [1].

3. Практична частина лабораторної роботи.

Лабораторну роботу виконуємо на ЕОМ за допомогою розробленої програми RE.

1.Викликаємо потрібну для роботи схему.

2.Вводимо задані викладачем параметри мережі, а саме опір провідників, опір ізоляції, ємність мережі, параметри джерела живлення.

3.Задаємо для нелінійної складової опору тіла людини вольтамперну характеристику і вводимо лінійну складову опору тіла людини.

4.Підібрати параметри компенсувального реактора: індуктивність Lp і активний опір Rp, де Rp≈20×Xp, тобто даний опір враховує втрати неробочого ходу. При цьому, необхідно забезпечити допустимі умови по струму через тіло людини і енергії розряду мережі:

-для побутових електроустановок допустимий струм через тіло людини Ih доп=2 мА і допустима енергія Wh доп.= 0,0009 Дж;

-для виробничих електроустановок допустимий струм через тіло людини Ih доп=6 мА і допустима енергія Wh доп= 0,0203 Дж.

5.Вивести на екран цифрограми режиму для випадку некомпенсованої мережі і компенсованої.

Рис.8. Спрощена схема мережі з гарантованим рівнем електробезпеки з компенсувальними реакторами.

1 - опір провідників; 2 - опір ізоляції; 3 - ємність мережі; 4 - активний опір реактора; 5 - індуктивність реактора; 6 - нелінійна складова опору тіла людини; 7 - лінійна складова опору тіла людини ; 8 - джерело живлення; К- ключ, який імітує дотик людини до мережі.

4.Зміст звіту

1.Схема мережі з гарантованим рівнем електробезпеки.

2.Спрощена схема мережі з гарантованим рівнем електробезпеки, яка наведена на ЕОМ і використовується для встановлення компенсувального реактора та її опис.

3.Результати розрахунку на ЕОМ, цифрограми режиму і пояснення до них.

4.Висновки по результатах роботи.

20