МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

БАЛАКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИКИ, ТЕХНОЛОГИИ И УПРАВЛЕНИЯ

факультет: ИС

кафедра: УИТ

дисциплина: безопасность жизнедеятельности

Лабораторная работа №5

Исследование опасности

Поражения электрическим током

В трехфазных сетях переменного

Тока напряжением 380 в

Вариант №3

Выполнил:

студент 4-го курса

гр. УИТ-43

Москвин А..Н.

принял:

Русин С.А.

г. Балаково 2007 г.

Цель работы: ознакомиться с применяемыми в промышленности трехфазными схемами питания потребителей; исследовать электробезопасность сетей трехфазного тока напряжением до 1000 В; выявить влияние основных характеристик сети (режима нейтрали, сопротивления изоляции и емкости фаз относительно земли) на исход поражения человека электрическим током при случайном касании его к какой либо фазе и оценить экспериментально и теоретически степень опасности поражения.

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, напряжения прикосновенияU_hи зависит от ряда факторов:

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

б) сопротивления тела человека R_h;

в) напряжения питающей сети U_филиU_л;

г) схемы самой сети (однофазная, трехфазная);

д) режима нейтрали в трехфазных сетях (изолированная или заземленная);

е) степени изоляции токоведущих частей относительно земли;

ж) величины емкости токоведущих частей относительно земли.

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

а) б)

Рис. 1. Случаи включения человека в цепь тока:

а – двухфазное включение; б – однофазное включение.

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 фазными и нулевыми проводами сети, В;

R_h– сопротивление тела человека, в электрических расчетах по безопасности обычно принимаютR_h= 1000 Ом.

Однофазное включениеявляется, 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 1000В: четырехпроводная с заземленной (глухозаземленной) нейтралью и трехпроводная с изолированной нейтралью.

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.

Рис. 2. Прикосновение человека к проводу в трехфазной

трехпроводной сети с изолированной нейтралью при нормальном режиме

В приведенной выше формуле для простоты принято, что сопротивление фазных проводов R_A=R_B=R_C=Rи их емкостиC_A=C_B=C_C=C.

При равенстве сопротивлений и отсутствии емкостей, т.е. при R_A=R_B=R_C=RиC_A=C_B=C_C=C, 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 C_A=C_B=C_C=CиR_A=R_B=R_C=R, что может быть в кабельных сетях, будем иметь:

(4)

где – емкостное сопротивление, Ом.

Во всех случаях напряжение прикосновения определяется выражением:

(5)

Выражения (2)–(4) показывают, что в сетях с изолированной нормалью 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, силу тока через тело человека определяют:

(6)

Рис. 3. Прикосновение человека к проводу в трехфазной

трехпроводной сети с изолированной нейтралью при аварийном режиме

Напряжение прикосновения будет:

(7)

Если принять, что r_зм = 0 или, по крайней мере, принять, чтоr_зм<<R_h(так обычно бывает в действительных условиях ), то согласно уравнению (7); т.е. при указанных условиях 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 во много раз опаснее прикосновения к той же фазе сети при нормальном режиме работы (ср. уравнения (3) и (6), имея в виду, что R> 3·r_зм).

Вместе с тем этот случай, как правило, также является более опасным, чем прикосновение к исправной фазе трехфазной 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 к одной из фаз (например к фазе С) определяется выражением:

(8)

где R₀– сопротивление заземления нейтрали, Ом.

Рис. 4. Прикосновение человека к проводу в трехфазной

четырехпроводной сети с заземленной нейтралью при нормальном режиме

Напряжение прикосновения в этом случае :

(9)

Согласно требованиям ПУЭ R₀не должны превышать 10 Ом; сопротивление же тела человека не опускается ниже нескольких сотен Ом. Следовательно, без большой ошибки в уравнениях (8) и (9) можно пренебречь значениемR₀и считать, что при прикосновении к одной из фаз трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью человек оказывается практически под фазным напряжениемU_ф, а ток, проходящий через него, равен частному от деленияU_фнаR_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), замкнута на землю через относительно малое активное сопротивление r_зм, сила тока, проходящая через тело человекаI_h, определится из выражения:

(10)

Напряжение прикосновения будет в этом случае:

(11)

Если сопротивление замыкания провода на землю считать равным нулю, то уравнение (11) примет вид:

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

Если принять равным нулю сопротивление заземления нейтрали R₀, тоU_h= U_ф, т.е. напряжение, под которым окажется человек, будет равно фазному напряжению.

Рис. 5. Прикосновение человека к проводу в трехфазной четырех-проводной сети с заземленной нейтралью при аварийном режиме

Однако в практических условиях сопротивления r_змиR_звсегда 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..