10

Лабораторная работа № 1

«Анализ электробезопасности в трехфазных

трехпроводных сетях»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Выяснить зависимость электробезопасности от режима нейтрали, сопротивления изоляции фаз, защитного заземления, сопротивления пола и обуви.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Определить на лабораторном стенде ток, протекающий через тело человека, в зависимости от сопротивления изоляции проводов сети, сопротивлений пола, обуви при наличии и отсутствии защитного заземления электроустановки и заземления нейтрали.

Для двух режимов работы сети:

а) нормальный режим;

б) аварийный режим.

Отчёт по работе должен содержать результаты измерений, эквивалентные схемы к каждому опыту, краткие выводы.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ (СТЕНДА)

Сопротивление изоляции фаз « А» и «В» постоянно и равно 10кОм (RизА = RизБ). Сопротивление изоляции фазы «С» меняется переключателем В6 (10кОм. 1кОМ, 0,1кОм, 0кОм).

Сопротивление изоляции материалов пола и обуви коммутируются тумблерами 1 – 10.

В схеме применено 3-х фазное пониженное напряжение 19/11В при реальном напряжении сети 380/220В. Поэтому для определения реальных значений напряжений данные, полученные в экспериментах , надо умножить на коэффициент К=20. Значения сопротивлений в схеме даны реальные и пересчёта не требуют.

Uhр =K*Uh

Ihр = Uhр/Rh (Rh - сопротивление тела человека равно 1000Ом).

Тумблер В1 – включение сети;

Тумблер В2 – заземление нейтрали;

Тумблер В3 – заземление корпуса электроустановки;

Тумблер В4 – прикосновение человека к корпусу установки;

Тумблер В5 – замыкание фазы на корпус установки;

Тумблер В6 – изменение ступенями сопротивление изоляции фазы «С».

Для контроля состояния сопротивления изоляции проводов сети по отношению к земле установлены три вольтметра (V1, V2, V3), включенные по схеме «звезда» с заземлённой средней точкой (тумблер В7).

Для измерения поражающего напряжения (Uh), приложенного к телу человека, используется ламповый вольтметр.

Опыт № 1. Непрерывный контроль сопротивления изоляции фаз в сети с изолированной нейтралью.

Условия опыта: тумблеры В1 и В7 включены, вольтметры V1, V2, V3. включены между фазами и землёй. R₁, R₂ , R₃ сопротивления изоляции фаз .Все остальные тумблеры должны быть отключены. Если сопротивление изоляции всех проводов сети одинаковые, то каждый из вольтметров будет показывать фазное напряжение сети. При снижении сопротивления изоляции фазы «С» будет уменьшаться показание вольтметра V3, показания вольтметров V1 и V2 будут увеличиваться. Полученные результаты занести в таблицу №1.

Таблица 1

Сопротивление изоляции проводов			Показания вольтметров (В)
Rиз1 кОм	Rиз2 кОм	Rиз3 кОм	V1A	V2B	V3C
10	10	10
10	10	1
10	10	0,1
10	10	0

.

Опыт №2. Однофазное включение человека в сеть с изолированной нейтралью.

Условия опыта: нейтраль сети изолирована (В2-«Откл.»), В7-«Откл.» R_из1 =R_из2 =10кОм.

Сопротивление изоляции фазы «С» снижается до нуля. Человек касается корпуса установки, находящейся под напряжением. Тумблеры В4 и В5 в положении «Вкл.», корпус электроустановки не заземлён (В3-«Откл.»). Милливольтметр В3-38 подключен к гнезду «Измер» и показывает напряжение прикосновения Uh.

Результаты занести в таблицу 2. Начертить схему включения человека в сеть.

Опыт№3. Определить влияние сопротивления пола и обуви на величину поражающего тока (по выбору не более двух случаев).

Применение для покрытия пола материала с большим удельным сопротивлением, а так же обуви с подошвой из хорошего изолирующего материала может служить одной из радикальных мер повышения электробезопасности (В₄,В₅) включены.

Условия опыта: нейтраль сети изолирована, корпус оборудования не заземлён, сопротивление изоляции фазы «С» равно нулю.

а) Rоб=0, Rпола - по выбору.

б) Rпола = 0, Rоб – по выбору.

Измеренное напряжение прикосновения «Uh» занести в таблицу №2.

Опыт №4. Защитное действие заземления корпуса электроустановки.

Схему опыта №2 дополнить заземлением корпуса электроустановки, (тумблер В3 включить). Происходит пробой изоляции фазы «А» на корпус электроустановки и одновременно снижается сопротивление изоляции фазы «С» (замыкание на землю).

Данные Uh занести в таблицу №2. Начертить схему включения человека в сеть.

Опыт №5. Анализ опасности поражения током в трёхфазной сети с глухозаземлённой нейтралью.

Условия опыта: а) нейтраль заземлена (тумблер В2 в положении «Вкл»), установка не заземлена (тумблер В3 – отключен).

Сопротивление изоляции фазы «С» меняется от 10кОма до нуля. Сопротивления изоляции пола и обуви равны нулю. Человек касается корпуса электроустановки (тумблеры В5 и В4 включены). Измерить напряжение прикосновения (Uh) и снять показания амперметра.

б) нейтраль заземлена, корпус электроустановки заземлён (В₃) включён. Измерить напряжение прикосновения и снять показания амперметра. Сопротивление изоляции фазы «С» меняется от 10кОм до нуля.

Сравнить результаты опыта 5(а) с результатами опыта 2, а результаты опыта 5(б) с результатом опыта 4.

Результаты занести в таблицу 2. Начертить схему к этому опыту.

Таблица 2

№№ опыта	Сопротивление изоляции, кОм			Показание амперметра, А	Показание В3-38 (В)	Ток Ih, (А)	Пол		Обувь		Показание вольтметров, В
	Rиз А	Rиз B	RизC	I0	Uhр Uр	Ih	Материал	Rпола, кОм	Материал	Rобуви, кОм	V1 Up	V2Uр	V3Uр
2	10	10	10	-			Мокрый асфальт	0	без обуви	0
	10	10	1	-
	10	10	0,1	-
	10	10	0	-
3	10	10	0	-			Мокрый асфальт	0
	10	10	0	-
	10	10	0	-					без обуви	0
	10	10	0	-
4	10	10	10	-			Мокрый асфальт	0	без обуви	0
	10	10	1	-
	10	10	0,1	-
	10	10	0	-
5а	10	10	10				Мокрый асфальт	0	без обуви	0
	10	10	1
	10	10	0,1
	10	10	0
5б	10	10	10				Мокрый асфальт	0	без обуви	0
	10	10	1
	10	10	0,1
	10	10	0

Приложение

Электрический ток является одним из наиболее распространенных факторов, приводящих к тяжелым травмам со смертельным исходом. В то же время большое число легких, не требующих врачебной помощи, травм от действия электрического тока усыпляет бдительность и создает иллюзию его «безопасности».

Электрический ток оказывает на человека термическое, электролитическое и биологическое действия. Термическое действие заключается в нагреве тканей при протекании по ним электрического тока; электролитическое действие – в разложении крови и других жидкостей организма; биологическое – в возбуждении живых тканей организма, сопровождающемся судорогами, спазмом мышц, остановкой дыхания и сердечной деятельности.

В результате воздействия электрического тока могут возникнуть местные электротравмы (ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, механические повреждения, ослепление светом электрической дуги) или произойти электрический удар, который характеризуется общим поражением организма и может сопровождаться судорогами, потерей сознания, остановкой дыхания и (или) сердечной деятельности, клинической смертью.

Наиболее опасен переменный ток в диапазоне частот от 20 до 100 Гц. Человек начинает ощущать протекание тока частотой 50 Гц, если его действующее значение составляет от 0,6 до 1,5 мА, начинаются судорожные сокращения рук, от 20 до 50 мА – затруднение дыхания, при 50 мА может начаться фибрилляция сердца. Для постоянного тока ощущение его протекания возникает при 3…7,5 мА.

Вероятность поражения человека электрическим током зависит от климатических условий в помещении (температуры, влажности), а также наличия токопроводящей пыли, металлических конструкций, соединенных с землей, токопроводящего пола и т.д.

В соответствии с "Правилами устройства электроустановок" (ПУЭ) все помещения делятся:

а) с повышенной опасностью, в которых имеет место одно из следующих условий:

• сырость (относительная влажность длительно превышает 75%) или токопроводящая пыль;

• токопроводящие полы (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т.д.);

• высокая температура (длительно превышает 35°С)

• возможность одновременного прикосновенного прикосновения к металлоконструкциям зданий, имеющим соединение с землёй, с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования, с другой.

б) особо опасные:

• особая сырость (относительная влажность воздуха близка к 100%), потолок, стены, пол, и предметы в помещении покрыты влагой;

• химически активная среда (в которой постоянно или длительное время содержатся пары или отложения разрушающе действующие на изоляцию проводов);

• одновременно два и более условий повышенной опасности.

в) без повышенной опасности:

. помещения, в которых отсутствуют признаки повышенной и особой опасности.

2. Опасность прикосновения к токоведущим частям в трёхпроводных сетях

1. Однофазное прикосновение к проводу сети с изолированной нейтралью при исправной изоляции (рис.1):

Рисунок 1 - Однофазное включение человека в электрическую сеть.

Ток, проходящий через человека I_h, возвращается к источнику тока через изоляцию проводов сети, которая в исправном состоянии обладает большим сопротивлением изоляции R_из. До 1000В R_из равна 0,5 МОм и больше. Ток, протекающий через тело человека, определяется выражением:

(1)

где R_h - сопротивление тела человека, при расчетах берется 1000 Ом;

R_из - сопротивление изоляции фаз относительно земли;

U _ф - фазное напряжение

С учетом сопротивление обуви R_об и пола R _п, включенных последовательно сопротивлению тела человека R_h , ток, проходящий через человека, будет равен:

(2)

2. Однофазное прикосновение к проводу сети с заземленной нейтралью (рис.2):

Рисунок 2 - Однофазное прикосновение к сети с заземленной нейтралью

Величина тока через человека определяется только сопротивлением тела человека, величины сопротивлений изоляции проводов не влияют на ток, проходящий через тело человека.

, (3)

где R₀ - сопротивление заземления нейтрали. При Uл= 380 В R₀ не превышает 4 0м, то им при расчетах можно пренебречь. В этом случае сопротивление пола и обуви играют большую роль в безопасности человека, т.к. включены в цепь с человеком последовательно.

(4)

При R_п= 0 и R_об = 0

220

I _h = = 0,22 А = 220 мА > 100 мА >> 10 мА ,

1000

это очень опасно!

3. Двухфазное прикосновение к сети.

Двухфазное прикосновение (рис. 3) более опасно, поскольку к телу человека прикладывается наибольшее для данной сети напряжение – линейное U_л и поэтому через человека пройдет большой ток.

U_л= U_ф (5)

I_h= (6)

Рисунок 3 - Двухфазное прикосновение

Ecли U_ф= 220 В, то U_л = 380 В

1,73 220 380

I _h = = = 0,38 А = 380 мА

1000 1000

Этот ток для человека является смертельно опасным. При двухфазном прикосновении ток, проходящий через человека, практически не зависит от режима нейтрали сети, следовательно, двухфазное прикосновение является одинаково опасным как в сети с изолированной, так и с заземленной нейтралью.

Так же очевидно, что при двухфазном прикосновении опасность прикосновения не уменьшается и в том случае, если человек будет надежно изолированным от земли, т.е. если он будет иметь на ногах диэлектрические галоши или боты.