Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Омский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Безопасности жизнедеятельности и охраны труда»

Анализ условий безопасности в трехфазных электрических цепях напряжением до 1 кВ

Отчет по лабораторной работе № 4

по дисциплине «Охрана труда»

Студенты группы 25 Д

______________С. А. Матлахов

______________П. Л. Сошкин

______________П. А. Штаров

______________

Руководитель

преподаватель кафедры БЖиОТ

______________Д. А. Тайкешев

______________

Омск 2009

Цель работы: исследовать опасность прикосновения человека к фазному проводу электрической сети напряжением до 1 кВ в ее нормальном и аварийном состояниях в зависимости от режима нейтрали источника питания сети, активного сопротивления изоляции и емкости проводов относительно земли, а также сопротивления в цепи тела человека.

Теоретические сведения

1. Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью

Рассмотрим вначале схему замещения и расчетную схему исследуемой трехфазной сети (рис. 1).

а б

Рисунок 1 – Схема трехфазной четырехпроводной сети:

а – схема замещения; б – расчетная схема

Распределенные по длине каждого из фазных проводников А, В, С и PEN-проводника активное сопротивление изоляции и емкость относительно земли условно принимаем сосредоточенными элементами R_AE, R_ВЕ, R_CE, R_PEN и С_AE, С_ВЕ, С_CE, С_PEN. Индуктивной составляющей сопротивления изоляции обычно пренебрегают по причине ее незначительности.

Здесь для удобства вывода расчетных зависимостей используются значения проводимостей:

Y_A=1/R_AE+j C_AE; Y_В=1/R_ВE+j C_ВE; Y_С=1/R_СE+j C_СE; (1)

Y_N=1/R_PEN+j C_PEN; Y₀=1/R₀; Y_h=1/R_h=(R_чл+R_об+R_ос)^-1 (2)

где ω = 2πf – угловая частота переменного тока; R₀ – сопротивление заземления нейтрали; j = .

Такая схема замещения позволяет рассмотреть сеть с глухозаземленной нейтралью, если принять Y₀=1/R₀, или трехпроводную сеть с изолированной нейтралью, если принять Y_N = Y₀ = 0.

Принимая фазные напряжения источника симметричными, получим:

U_A=U_ф; U_В=а²U_ф; U_С=аU_ф, (3)

где U_ф – амплитуда фазных напряжений; а=–0,5+j – фазный оператор, позволяющий учесть сдвиг по фазе на 120° фазных напряжений, причем = 1.

Применяя законы Кирхгофа (к схеме на рис. 1, б), получим общее выражение для расчета тока, протекающего через тело человека, стоящего на земле и прикасающегося к фазе А трехфазной сети:

I_h=U_фY_h (4)

PEN-проводник совмещает в себе функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводника в электроустановках напряжением до 1 кВ.

В четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью сопротивление R₀ 8 Ом, т. е. много меньше сопротивлений изоляции проводников А, В, С, PEN относительно земли или иначе

(5)

Пренебрегая в выражении (4) малыми по сравнению с Y₀ величинами, получим

(6)

или с учетом соотношений (2)

(7)

Так как R₀<<R_h , то

(8)

или, учитывая соотношение (1),

R_чл+R_об+R_ос). (9)

Следовательно, в сети с глухозаземленной нейтралью в случае прикосновения человека к фазе I_h не зависит от сопротивления изоляции и емкости проводников А, В, С и PEN относительно земли. При этом решающее значение имеют сопротивление обуви и основания, на котором стоит человек. Применение электрозащитных средств: диэлектрических галош, изолирующих подставок, диэлектрических ковров, а также наличие диэлектрического пола в помещении позволяет обеспечить требуемый уровень безопасности.

При неблагоприятных обстоятельствах (например, при сырой обуви и токопроводящих полах) можно принять R_об= R_oc= 0.

Тогда

(10)

Такая ситуация представляет серьезную опасность для жизни человека.

2. Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью

В таких сетях Y_N = Y₀= 0. Кроме того, при нормальном режиме работы сети обычно R_AE = R_BE = R_CE = R_E, С_AE = С_BE = С_CE = С_E и следовательно, Y_A = Y_B= Y_c = Y. С учетом этого из выражения (4) следует:

(11)

Переходя от проводимостей к сопротивлениям и учитывая, что комплексное сопротивление проводника относительно земли Z = 1/Y=(1/R_E +j C_E)^-1, получаем

(12)

а амплитуда тока

(13)

Рассмотрим два частных случая:

а) При C_E 0, что имеет место в коротких воздушных сетях, из формулы (12) находим

(14)

или с учетом выражения (1)

(15)

Следовательно, ток, проходящий через человека, зависит от фазного напряжения, сопротивления изоляции проводников относительно земли и сопротивления в цепи тела человека. В условиях сырости можно принять R_об = R_ос= 0, и тогда решающее значение приобретает сопротивление изоляции. Если оно удовлетво­ряет требованиям Правил устройства электроустановок, т. е. R_E 500 кОм, то I_h не может достичь опасных значений.

б) При (это допустимо принять для кабельных сетей) из выражения (13), разделив числитель и знаменатель дроби под корнем на , получим

(16)

На практике емкости фаз сравнительно невелики, поэтому второй член выражения под корнем не может быть много больше единицы. Отсюда следует, что с увеличением емкости фаз относительно земли ток I_h растет и может достичь опасных значений.