лабораторная работа / Поражение Эл

Цель работы: исследовать влияние режима нейтрали, параметров сетей (сопротивления изоляции и емкости проводов относительно земли), режима работы сети (нормальный и аварийный) на исход поражения током при прикосновении к какой-либо фазе.

Основные понятия

Все случаи поражения человека током являются результатом замыкания электрической цепи через тело человека, т. е. результатом прикосновения человека не менее чем к двум точкам цепи, имеющим разные потенциалы. Опасность такого прикосновения оценивается величиной тока I_h, проходящего через тело человека, и напряжением прикосновения U_h и зависит от ряда факторов:

а) схемы включения человека в цепь (однофазное или двухфазное включение);

б) сопротивления тела человека;

в) напряжения сети;

г) схемы самой сети (двухфазная, трехфазная 3-х или 4-х-проводная)0;

д) режима ее нейтрали (изолированная или заземленная нейтраль);

е) степени изоляции токоведущих частей относительно земли;

ж) величины емкости токоведущих частей относительно земли.

Таким образом, указанная опасность не является однозначной: в одних случаях включение человека в цепь будет сопровождаться прохождением через него малых токов и окажется без последствий, в других – токи могут достигать больших значений, способных вызвать смертельное поражение человека. Зависимость опасности поражения током от указанных факторов необходимо знать при оценке той или иной сети по условиям техники безопасности, при выборе и расчете соответствующих мер защиты и, в частности заземления, зануления, защитного отключения, а также устройств контроля изоляции и пр.

Схемы включения человека в цепь могут быть различными. Однако наиболее характерными являются две схемы включения: между двумя фазами и между одной фазой и землей (рис.1). Разумеется, во втором случае предполагается наличие электрической связи между сетью и землей.

Применительно к наиболее распространенным трехфазным сетям первую схему принято называть двухфазным включением, а вторую – однофазным.

Двухфазное включение, как правило, более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение – линейное, а ток через человека, оказываясь независимым от схемы сети, режима нейтрали и других факторов, имеет наибольшее значение:

, (1)

где - линейное напряжение, т. е. напряжение между фазными проводами сети, В; U_ф – фазное напряжение, т. е. напряжение между началом и концом одной обмотки питающего сеть трансформатора (генератора) или между фазным и нулевым проводами сети, В; R_h – сопротивление тела человека, в электрических расчетах по безопасности обычно принимают R_h=1000 Ом.

Случаи двухфазного включения происходят очень редко и не могут служить основанием для оценки сетей по условиям безопасности. Они бывают обычно в установках до 1000 В в результате работы под напряжением, применения неисправных защитных средств, а также эксплуатации оборудования с неогражденными голыми токоведущими частями (открытые рубильники, незащищенные зажимы сварочных трансформаторов и т. п.).

Однофазное включение является, как правило, менее опасным, чем двухфазное, поскольку ток через человека ограничивается влиянием многих факторов. Однако однофазное включение возникает значительно чаще и является основной схемой, вызывающей поражение людей током в сетях любого напряжения. Поэтому ниже анализируются лишь случаи однофазного включения. При этом рассматриваются обе разрешенные к применению сети трехфазного тока напряжением до 1000 В: четырехпроводная с глухозаземленной нейтралью и трехпроводная с изолированной нейтралью /1/.

В трехфазной сети с изолированной нейтралью (рис.2) силу тока I_h, проходящего через тело человека, при прикосновении к одной из фаз сети в период ее нормальной работы определяют следующим выражением в действительной форме:

(2)

где С – емкость провода относительно земли, Ф;

ω – угловая частота, с^-1.

В приведенной выше формуле для простоты принято, что сопротивления фазных проводов R_A=R_B=R_C=R и их емкости С_А=С_В=С_С=С.

При равенстве сопротивлений и отсутствии емкостей, т. е. при R_A=R_B=R_C=R; С_А=С_В=С_С=0, что может иметь место в коротких воздушных сетях, будем иметь:

(3)

При равенстве емкостей и больших активных сопротивлениях по сравнению с емкостными, т. е. при С_А=С_В=С_С=С; R_A=R_B=R_C=∞, что может быть в кабельных сетях, будем иметь:

(4)

где - емкостное сопротивление, Ом.

Во всех случаях напряжение прикосновения определяется выражением: U_h=I_hR_h (5)

Выражения (2) – (4) показывают, что в сетях с изолированной нейтралью опасность для человека, прикоснувшегося к одной из фаз в период нормальной работы сети, зависит от сопротивления проводов относительно земли: с увеличением сопротивления опасность уменьшается. Вместе с тем этот случай, как правило, менее опасен, чем прикосновение в сети с заземленной нейтралью.

При аварийном режиме (рис.3), когда имеет место замыкание фазы (например, фазы А) на землю через малое активное сопротивление r_зм, получим:

(6)

Напряжение прикосновения будет:

(7)

Если принять, что r_зм=0 или, по крайней мере, считать, что r_зм<<R_h (так бывает в действительных условиях), то согласно уравнению (7) , т. е. человек окажется под линейным напряжением.

В действительных условиях r_зм>0, поэтому напряжение, под которым оказывается человек, прикоснувшийся в период аварийного режима к исправной фазе трехфазной сети с изолированной нейтралью, значительно больше фазного и несколько меньше линейного напряжения сети.

Таким образом, этот случай прикосновения к той же фазе сети при нормальном режиме работы (ср. уравнения (3) и (6), имея в виду, что ).

Вместе с тем этот случай является также, как правило, более опасным, чем прикосновение к исправной работе сети с заземленной нейтралью.

В трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью проводимость изоляции и емкостная проводимость проводов относительно земли весьма малы по сравнению с проводимостью заземления нейтрали, поэтому их с некоторыми допущениями можно приравнять к нулю.

При нормальном режиме работы сети (рис.4) сила тока I_h, проходящего через тело человека, при прикосновении одной из фаз (например, фазе С) определится выражением:

(8)

где R_з – сопротивление заземления нейтрали, Ом.

Напряжение прикосновения в этом случае:

(9)

Согласно требованиям ПУЭ R_з не должно превышать 10 Ом; сопротивление же тела человека не опускается ниже нескольких сотен Ом. Следовательно, без большой ошибки в уравнениях (8) и (9) можно пренебречь значением R_з и считать, что при прикосновении одной из фаз трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью человек оказывается практически под фазным напряжением U_ф, а ток, проходящий через него, равен частному от деления U_ф на R_h.

Из уравнения (8) вытекает еще один вывод: ток, проходящий через человека, прикоснувшегося к фазе трехфазной сети с заземленной нейтралью в период нормальной ее работы, практически не изменяется с изменением сопротивления изоляции и емкости проводов относительно земли, если сохраняется условие, что полные проводимости проводов относительно земли весьма малы по сравнению с проводимостью заземления нейтрали.

При аварийном режиме, когда одна из фаз сети, например фаза А (рис.5)0, замкнута на землю через относительно малое активное сопротивление r_зм, сила тока, проходящая через тело человека I_h, определится из выражения:

(10)

Напряжение прикосновения будет в этом случае:

(11)

Если сопротивление замыкания провода на землю считать равным нулю, то уравнение примет вод:

Следовательно, в данном случае человек окажется под воздействием линейного напряжения сети.

Если принять равным нулю сопротивление заземления нейтрали R_з, то U_h=U_ф, т. е. напряжение, под которым окажется человек, будет равно фазному напряжению.

Однако в практических условиях сопротивления r_зм и R_з всегда больше нуля, поэтому напряжение, под которым оказывается человек, прикоснувшийся в период аварийного режима к исправному фазному проводу трехфазной сети с заземленной нейтралью, всегда меньше линейного, но больше фазного, т .е. . Следует отметить, что этот вывод вытекает также из уравнения (11). Так, при небольших значениях r_зм и R_з по сравнению с R_h первым слагаемым в знаменателе можно пренебречь. Тогда дробь при любых соотношениях r_зм и R_зм будет всегда больше единицы, но меньше . Таким образом, прикосновение человека к исправной фазе сети с заземленной нейтралью в период аварийного режима более опасно, чем при нормальном режиме.

По условиям безопасности выбор одной из двух схем производится с учетом выводов, полученных при рассмотрении этих сетей: при нормальном режиме работы более безопасной является сеть с изолированной нейтралью, а в аварийный период – сеть с заземленной нейтралью.

Таблица 1

Величина тока I_h и напряжение прикосновения U_h при прикосновении к проводу в трехфазной трехпроводной сети

Измеряемые параметры	Сопротивление изоляции фаз, кОм
	RA=15	RB=15	RC=15
	номер экспериментов
	среднее значение	среднее значение	среднее значение
Ih, А Uh, В	Нормальный режим работы 45mA 26mA 45mA 52 25 50
Ih, А Uh, В	Аварийный режим работы 150mA 150mA 1mA 190 190 10

R_h=1000 Ом

С_Л=С_А=С_В=С_С=0.3 мкФ

r_зм=1.5 Ом

R₀=3.5 Ом

Таблица 2

Величина тока I_h и напряжение прикосновения U_h при прикосновении к проводу в трехфазной четырехпроводной сети

Измеряемые параметры	Сопротивление изоляции фаз, кОм
	RA=15	RB=15	RC=15
	номер экспериментов
	среднее значение	среднее значение	среднее значение
Ih, А Uh, В	Нормальный режим работы 120mA 105mA 120mA 120 105 125
Ih, А Uh, В	Аварийный режим работы 108mA 150mA 99mA 120 160 95

Министеоство высшего и среднего специального образования

БИТТиУ

СГТУ

Лабораторная работа №2

по дисциплине БЖД

«Исследование опасности поражения электрическим током в трехфазных сетях переменного тока напряжением 380 В»

Выполнили: ст.гр.УИТ-43 Зимарева М

Колесников И

Степанов В.

Проверил: Русин С.А.

г.Балаково

2005г.