МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
«ИССЛЕДОВАНИЕ ОПАСНОСТИ ПОРАЖЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ В ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ»
1. Цель работы: формирование необходимых знаний о степени опасности поражения человека электрическим током при использовании трехфазных электрических сетей.
2. Задание по лабораторной работе
2.1. Изучить лабораторный стенд.
2.2.Провести анализ опасности поражения человека электрическим током при прикосновении к фазному проводу при нормальном режиме работы электрической сети и при аварийном режиме (замыкание одного из фазных проводов на землю).
2.3. Построить график изменения силы тока, проходящего через цепь тела человека при прикосновении к фазному проводу, в зависимости от активного сопротивления изоляции проводов относительно земли.
2.4. Изложить выводы об уровне опасности поражения током в зависимости от полученных результатов в ходе выполнения лабораторной работы.
3. Теоретический материал
Трехфазные электрические сети (трехфазные с изолированной нейтралью и четырехпроводные с заземленной нейтралью, включающие три фазных провода и PEN- провод, соединяющий нейтральную точку питающего трансформатора с вводным распределительным устройством) широко используются для электроснабжения предприятий. Электробезопасность этих сетей,а также подключенных к ним электроустановок определяется сопротивлением изоляции и значениями электрической емкости (мкФ)сети, которая создает емкостные токи утечки. Электрические сети, оборудование способны накапливать электрические заряды, благодаря тому, что токоведущие части и корпуса оборудования (земля) образуют своего рода конденсатор. Для трехфазных сетей емкости фаз относительно земли принимают одинаковыми, то есть СА=СВ=СС=СФ. Емкости фаз относительно земли снижают уровень электробезопасности, так как она формирует низкоомный (с малым сопротивлением) путь токам утечки.
|
|
Известно, что в местах замыкания сосредотачиваются все емкостные токи. Поэтому сила тока замыкания может достигать 100 А, а возникающие перенапряжения могут в 10 раз превышать фазное напряжение в сети. Создаются условия для возникновения электрической дуги, что ухудшает пожаробезопасность.
Наиболее часто поражение людей электрическим током происходит по схеме однофазного прикосновения, то есть человек касается одной из фаз электроустановки – см. рис. 1.
При этом возможны два вида однофазного прикосновения: 1) касание непосредственно токоведущей части электроустановки; 2) касание металлического корпуса потребителя электроэнергии, в котором произошло замыкание фазы на корпус- рис.1, в-г. На рис.1 введены следующие обозначения: Ua, Uв, Uc – фазные напряжения источника электроэнергии, Z ф - комплекс сопротивления изоляции и емкости, Ro–сопротивление заземления нейтрали источника электроэнергии, Ih – cила тока через тело человека, Rh- сопротивление тела человека, Rзам-cопротивление растеканию электрического тока в земле в месте замыкания.
|
|
Важно отметить, что именно второй вид однофазного прикосновения и включения человека в цепь тока, из-за возможного доступа лиц самых разных профессий к корпусам электрооборудования, делает его наиболее массовым.
При прикосновении человека к сети с глухим заземлением нейтрали (см. рис. 1,б,г) ток поражения идет по контуру: фазный провод, тело человека, зона растекания тока в земле под ногами человека, Rзам – зона растекания тока в земле у заземлителя; Ro – заземляющий проводник-нейтраль источника электроэнергии, Rh- тело человека. Значения указанных величин могут быть приняты следующие: Ro ≤ 4 Ома, Rh =1 кОм. Что касается сопротивления Rзам, то оно зависит от свойств пола (грунта) и изоляционных характеристик обуви. Принимают, что для цементного пола Rзам ≈ 30 Ом.
В общем случае при нормальном режиме работы сети с глухозаземленной нейтралью (четырехпроводная сеть) ток Ih через тело человека будет
Ih = Uф / (Rh + Ro), А (1)
где Uф – фазное напряжение,В.
Напряжение прикосновения U пр будет
= , В (2)
При аварийном режиме этой же четырехпроводной сети, когда одна из фаз замкнута на землю через относительно малое сопротивление R зам получим
, А (3)
= , В (4)
Из формулы (4) следует, что если Rзам близко к нулю, то Uпр = Rф Если же принять равным нулю сопротивление заземления нейтрали, то Uпр=UФ.
При поражении человека электрическим током основным поражающим фактором является сила тока, проходящего через тело человека. Для переменного тока известны следующие значения: 1,6 мА- пороговый ощутимый ток; 3-5 мА – начало болевых ощущений; 15 мА – пороговый неотпускающий ток для 50% лиц, попавших под действие тока; 100 мА и больше – фибрилляционный ток, который может быть причиной фибриляции сердца у 5 % лиц, оказавших под током. Если принять вероятность фибрилляции сердца у 50% лиц, то значение фибрилляционного тока Iф может быть определенно по формуле
= (5)
где m – масса тела человека, кг; а- эмпирический коэффициент, который при продолжительности прохождения тока t =1-3 с равен 18,75, а при t =0.1c этот коэффициент равен 323,4.
Проведенные исследования влияния переменного тока на организм человека позволили получить результаты, приведенные ниже в таблице 1.
Таблица 1
Влияние тока, мА, на организм человека
Вероятность возникновения воздействия,% | 99,9 | 50 | 10 | 5 | 1 | 0,1 | |||
На уровне ощущения | 1,59 | 1,11 | 0,91 | 0,86 | 0,76 | 0,63 | |||
На уровне эффекта неотпускания | 24,6 | 14,9 | 10,9 | 9,8 | 7,7 | 5,3 | |||
На уровне возникновения фибрилляции сердца | 367 | 157 | 111 | 100 | 83 | 67 | |||