АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ

В ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 кВ

ОМСК 2007

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

–––––––––––––––––

АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ

В ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 кВ

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний к лабораторной работе по курсу

«Безопасность жизнедеятельности»

Омск 2007

УДК

Анализ условий электробезопасности в трехфазных электрических сетях напряжением до 1 кВ: Методические указания к лабораторной работе по курсу «Безопасность жизнедеятельности» / Л.Я. Уфимцева, Б.В. Мусаткина, О.В. Игнатов, А.А. Кообар. Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2007. 25 с.

В методических указаниях приведены теоретические сведения в области электробезопасности, рассмотрены виды трехфазных электрических сетей, приведен порядок исследования условий прикосновения человека к фазному проводу сети напряжением до 1 кВ в нормальном и аварийном состояниях.

Методические указания предназначены для студентов 4-го и 5-го курсов очного и заочного обучения, могут быть использованы при проведении практических занятий по охране труда со слушателями ИПКП.

Библиогр.: 6 назв. Табл. 5. Рис. 1.

Рецензенты: начальник отдела охраны труда и промышленной безопасности Омского отделения Зап.-Сиб. ж.д. П.В. Валицкий;

––––––––––––––––––––––––––

© Омский гос. университет

п утей сообщения, 2007

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение……………………………………………………………………...5

Лабораторная работа «Анализ условий электробезопасности

в трехфазных электрических сетях напряжением до 1 кВ»……………………..7

1. Теоретическая часть………………………………………………………7

1.1. Нормальный режим работы сетей……………………………………..8

1.1.1. Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной

Нейтралью…………………………………………………………………………..8

1.1.2. Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью…….11

1.2. Аварийный режим работы сетей………………………………………12

2. Экспериментально-расчетная часть……………………………………..14

2.1. Описание лабораторного стенда……………………………………….14

2.2. Меры безопасности при работе на стенде…………………………….15

2.3. Порядок выполнения работы…………………………………………..15

2.3.1. Нормальный режим работы сети…………………………………….15

2.3.2. Аварийный режим работы сети……………………………………...21

Контрольные вопросы……………………………………………………….25

Содержание отчета…………………………………………………………..26

Библиографический список…………………………………………………26

3

Лабораторная работа

АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ

В ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 кВ

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.

1. Теоретическая часть

Трехфазные сети напряжением до 1 кВ в зависимости от режима нейтрали источника питания разделяются на сети с глухозаземленной нейтралью и сети с изолированной нейтралью.

Глухозаземленная нейтраль – нейтраль генератора (трансформатора), присоединенная непосредственно к заземляющему устройству.

Изолированная нейтраль – нейтраль генератора (трансформатора), не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление приборов сигнализации, измерения, защиты и т. п.

В случае прикосновения человека к фазному проводу сети или к корпусу оборудования, например, при пробое изоляции, через тело человека на землю проходит ток, который затем через землю, сопротивление изоляции проводников и заземление нейтрали (при его наличии) возвращается к источнику питания (обмоткам трансформатора). Такое прикосновение называется однофазным. Реже на практике реализуется двухфазное включение человека в цепь тока. При двухфазном прикосновении человек попадает под линейное напряжение. Ток, проходящий через тело человека, прикоснувшегося одновременно к двум фазам, равен отношению линейного напряжения, под которым оказалось тело человека, к его электрическому сопротивлению.

Тяжесть поражения зависит от значения тока, пути протекания его через тело человека, длительности воздействия, индивидуальных особенностей человека и некоторых других факторов.

5

Анализ опасности электрических сетей сводится, прежде всего, к определению тока, проходящего через тело человека.

При однофазном прикосновении, если человек обут и стоит на каком-либо основании, сопротивление в цепи тела человека

R_h=R_чл+R_об+R_ос, (1)

где R_чл, R_об и R_ос сопротивления тела человека, обуви и основания соответственно.

Ток, проходящий при этом через тело человека, I_h зависит от сопротивления R_h и параметров электрической сети. Ниже приведены зависимости для вычисления I_h в трехфазных сетях напряжением до 1 кВ с глухозаземленной и изолированной от земли нейтралью при нормальном и аварийном режимах работы сети.

1.1. Нормальный режим работы сети

1.1.1.Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью

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

а б

Схема трехфазной четырехпроводной сети:

а – схема замещения; б – расчетная схема

6

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;

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 = 2 f – 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 положить 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.

7

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.

8

Тогда

(10)

Такая ситуация представляет серьезную опасность для жизни человека.