Исследование электроопасности сетей трехфазного тока: Методические указания к лабораторной работе N3 по курсу ''Безопасность жизнедеятельности''

Федеральное агентс тво по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ульяновский государственный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРООПАСНОСТИ СЕТЕЙ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА

Ульяновск 2007

Федеральное агентс тво по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ульяновский государственный технический университет

Исследование электроопасности сетей трехфазного тока Методические указания к лабораторной работе № 3 по курсу «Безопасность жизнедеятельности»

Составитель С. Т. Гончар

Ульяновск 2007

1

УДК 621.3(076) ББК 31.234я7 И 89 Рецензент профессор кафедры «Профессиональное обучение и охрана труда» Ульяновского института повышения квалификации и переподготовки работников образования М. М. Масленников Одобрено секцией методических пособий научно-методического совета университета.

Исследование электроопасности сетей трехфазного тока : методиИ 89 ческие указания к лабораторной работе № 3 по курсу «Безопасность жизнедеятельнос ти» / сост. С. Т. Гончар. – 2-е изд. – Ульяновск : УлГТУ, 2007. – 23 с. Приведены расчетные выражения для определения величины электрического тока, протекающего через тело человека, при различных схемах включения человека в электрическую цепь. Применение лабораторной установки позволяет сравнить расчётные значения с измеренными параметрами в электроустановках до 1 кВ. М етодические указания предназначены для студентов энергетического факультета. Работа подготовлена на кафедре «БЖД и промышленная экология».

УДК 621.3(076) ББК 31.234я7

Учебное издание ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРООПАСНОСТИ СЕТЕЙ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА М етодические указания Составитель ГОНЧАР Светлана Тихоновна Подписано в печать 09.07.2007. Формат 60×84/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,40. Тираж 100 экз. Заказ Ульяновский государственный технический университет 432027, г. Ульяновск, ул. Сев. Венец, 32. Типография УлГТУ, 432027, г. Ульяновск, ул. Сев. Венец, 32. © С. Т. Гончар, составлен, 1996 © С. Т. Гончар, составление, 2007 © Оформление. УлГТУ, 2007

2

СОДЕРЖАНИЕ 1. Правила охраны труда при выполнении лабораторной работы ..................

4

2. Цель работы ............................................................................................

4

3. Содержание работы .................................................................................

4

4. Общая часть............................................................................................

5

4.1. Классификация сетей .......................................................................

5

4.2. Схемы включения человека в сеть.....................................................

6

4.3. Определение напряжения прикосновения для наиболее общего вида трехфазных сетей ......................................

7

4.4. Анализ электроопасности трехфазных четырехпроводных сетей с глухозаземленной нейтралью ..........................................................

9

4.5. Анализ электроопасности трехфазных трехпроводных сетей с изолированной нейтралью............................................................... 10 4.6. Результаты анализа электроопасности различных сетей ..................... 13 5. Экспериментальная часть ........................................................................ 14 5.1. Описание лабораторной установки ................................................... 14 5.2. Порядок выполнения работы ............................................................ 16 5.3. Отчет о работе ................................................................................. 22 6. Контрольные вопросы ............................................................................. 22 Библиографический список......................................................................... 23

3

1. ПРАВИЛ А ОХРАНЫ ТРУДА ПРИ ВЫПОЛ НЕНИИ Л АБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ 1.1. Прежде чем начать выполнение работы, каждый студент должен ознакомиться с инструкцией по охране труда, имеющейся в лаборатории. 1.2. Инструктаж по охране труда проводит преподаватель перед началом лабораторных работ, после чего студент расписывается в журнале инструктажа. 1.3. Работа выполняется бригадой, состоящей не менее чем из двух человек. 1.4. Приступать к выполнению лабораторной работы можно после ознакомления с описанием и с разрешения преподавателя. 1.5. Особые указания. 1.5.1. Необходимо помнить, что питание стенда осуществляется от сети трехфазного тока напряжением 380 В, опасным для жизни человека. 1.5.2. Электробезопасность при случайном появлении напряжения на корпусе лабораторного стенда обеспечивается занулением установки. 1.5.3. Подача напряжения осуществляется включением тумблера «Сеть», при этом должны загореться лампочки сигнализации наличия напряжения.

2. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Цель работы – оценка потенциальной опасности поражения электрическим током в трехфазных сетях напряжением до 1 кВ при нормальном и аварийном режимах работы.

3. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 3.1. Изучить по общей части методических указаний или [3, глава 4] условия электробезопасности сетей трехфазного тока в зависимости от режима нейтрали сети, сопротивлений изоляции и емкости фаз относительно земли, а также от сопротивления цепи «провод – человек – земля».

4

3.2.

До

начала

лабораторного

занятия

подготовить

предварительный отчет в соответствии с пунктом 5.2, рассчитав и построив графики зависимостей в двух системах координат: •

по таблицам 1, 2, 5, 7, 8 – зависимость величины тока, протекающего через тело человека Ih от сопротивления изоляции R : Ihp = f (R);

•

по таблицам 3, 4, 6, 9, 10 – зависимость величины тока Ih от сопротивления тела человека Rh : Ihp = f (Rh). 3.3. Изучить устройство лабораторной установки. 3.4. Ознакомиться с методикой проведения измерений. 3.5. Исследовать зависимость величины тока, проходящего через

человека, от режима нейтрали сети, сопротивления изоляции и емкости фаз относительно земли, от сопротивления цепи "провод-человек-земля" в нормальном и аварийном режимах работы сети. 3.6. Оформить отчет по работе в соответствии с подразделом 5.3. 4. ОБЩАЯ ЧАСТЬ 4.1. Классификация сетей Электроус тановки

по

условиям

электробезопасности

разделяются,

согласно [1], на электроус тановки напряжением до 1 кВ и электроустановки напряжением выше 1 кВ. В лабораторной работе рассматриваются сети до 1 кВ как наиболее широко распространенные и являющиеся основным источником электротравматизма. В отношении мер электробезопасности при напряжении до 1 кВ электроустановки разделяются на (согласно [1]): •

электроустановки в сетях с глухозаземленной нейтралью;

•

электроустановки в сетях с изолированной нейтралью. Анализ

опасности

электрических

сетей

практически сводится к

определению значения тока, протекающего через тело человека в различных

5

условиях, в которых может оказаться человек при эксплуатации электрических сетей, электроус тановок. Величина тока, протекающего через тело человека, зависит от ряда факторов : схемы включения человека в цепь, напряжения сети, схемы самой сети, режима ее нейтрали, сопротивления изоляции токоведущих час тей от земли, а также от величины сопротивления цепи «провод – человек – земля». Анализ опасности поражения электрическим током в различных сетях проведен П. А. Долиным [3, глава 4]. 4.2. Схемы включения человека в сеть Наиболее характерными являются две схемы включения человека в сеть: между двумя фазами электрической сети и между одной фазой и землей (рис. 1).

Рис. 1. Случаи прикосновения человека к проводам трехфазной электрической цепи: а) двухфазное прикосновение; б), в) однофазное прикосновение. Z А , Z В , Z С – полные сопротивления проводов относительно земли

Двухфазное прикосновение, как правило, более опасно, поскольку ток через тело человека Ih , оказываясь независимым от схемы сети, режима ее нейтрали, имеет наибольшее значение:

Ih = где

U л Uф 3 = , Rh Rh

(1)

U л = U ф 3 – линейное напряжение; Rh – сопротивление тела человека.

6

Случаи двухфазного прикосновения происходят редко (при работе под напряжением в электроустановках до 1 кВ – на щитах, сборках, на воздушных линиях; при применении неисправных индивидуальных защитных средств: диэлектрических перчаток с проколами или разрывами и т. п.). Однофазное прикосновение является, как правило, менее опасным, чем двухфазное, поскольку ток, проходя через человека, ограничивается влиянием многих факторов. Однако однофазное прикосновение возникает во много раз чаще. Подробный анализ случаев однофазного прикосновения выполнен в [3]. 4.3. Определение напряжения прикосновения для наиболее общего вида трехфазных сетей Рассматривается прикосновение человека к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети (рис. 2), у которой нейтраль заземлена через активное сопротивление R 0 , а сопротивления изоляции, как и емкости проводов относительно земли, не равны между собой, т. е.

RA ≠ RB ≠ RC ≠ RN ; CA ≠ CB ≠ CC ≠ CN ≠ 0. При прикосновении человека к одной из фаз, например фазе А (см. рис. 2), напряжение прикосновения определяется выражением:

U&пр = U&А − U&0 , а величина тока, проходящего через тело человека будет равна:

I&h = U&прYh = (U&А − U&0 )Yh ,

где U&А – комплексное напряжение фазы А;

U&0 – комплексное напряжение между нейтралью источника тока и землей; Yh =

1 – полная проводимос ть тела человека. Rh

7

Рис. 2. Прикосновение человека к фазному проводу трехфазной четырехпроводной сети с нейтралью, заземленной через активное и индуктивное сопротивление: а) схема сети; б) эквивалентная схема

Согласно методу узловых потенциалов,

U&0 выражается зависимостью:

U& (Y + Y ) + U&BYB + U&CYC U&0 = A A h , YA + YB + YC + YN + Y0 + Yh где полные проводимости изоляции фазных (А, В, С) и нулевого (N) проводов относительно земли и заземления нейтрали (0) в комплексной форме равны:

YA =

1 1 1 + jωC B ; YC = + jω CC ; + jω C A ; YB = RA RB RC

YN =

1 1 + jω C N ; Y0 = . RN R0

С учетом того, что для симметричной трехфазной системы

U&А = U Ф ; U&B = a 2U Ф ; U&C = aUФ , где а – оператор, учитывающий сдвиг фаз,

8

1 3 a = − + j , уравнение напряжения прикосновения имеет вид: 2 2

YB (1 − a 2 ) + YC (1 − a ) + YN + Y0 & Uпр = Uф . YA + YB + YC + YN + Y0 + Yh

(2)

Величина тока, проходящего через тело человека, будет равна этому выражению, умноженному на Yh :

I&h = U&прYh . 4.4. Анализ электроопасности трехфазных четырехпроводных сетей с глухозаземленной нейтралью Для данной сети Y0 =

1 . R0

С учетом того, что проводимос ти фазных и нулевого проводов относительно земли по сравнению с Y0 имеют малые значения и с некоторым допущением могут быть приравнены к нулю, т. е.

YA = YB = YC = YN ≈ 0, выражение (4.3.1) упрощается и приобретает вид

Uпр = U ф

U R Y0 = ф h Y0 + Yh Rh + R0

,

(3)

а величина тока, протекающего через человека, в нормальном режиме работы сети равна:

Ih =

Uф

.

(4)

и Uпр≈UФ

(5)

Rh + R0

С учетом того, что R0