К лабораторной работе № 1-Д

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 С_А=С_В=С_С=С_Ф. 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: U_a, U_в,  U_c – фазные напряжения источника электроэнергии, Z _ф - комплекс сопротивления изоляции и емкости, R_o–сопротивление заземления нейтрали источника электроэнергии, I_h – cила тока через тело человека, R_h- сопротивление тела человека, R_зам-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, R_зам – зона растекания тока в земле у заземлителя; R_o – заземляющий проводник-нейтраль источника электроэнергии, R_h- тело человека. Значения указанных величин могут быть приняты следующие: R_o ≤ 4 Ома, R_h =1 кОм. Что касается сопротивления R_зам, то оно зависит от свойств пола (грунта) и изоляционных характеристик обуви. Принимают, что для цементного пола R_зам ≈ 30 Ом.

     В общем случае при нормальном режиме работы сети с глухозаземленной нейтралью (четырехпроводная сеть) ток I_h  через тело человека будет 

             I_h = U_ф / (R_h + R_o), А                                                           (1)

где U_ф – 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 R_зам  близко к нулю, то U_пр = R_ф  Если же принять равным нулю сопротивление заземления нейтрали, то U_пр=U_Ф.

  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 I_ф 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