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 331.45:621.311(075.8)

ББК 31.29н6я73

А64

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 содержатся теоретические сведения по электробезопасности при эксплуатации электроустановок железнодорожного транспорта, рассмотрены виды трехфазных электрических сетей, приведен порядок исследования условий прикосновения человека к фазному проводу сети напряжением до 1 кВ, находящемуся в нормальном и аварийном состоянии.

Методические указания предназначены для студентов четвертого и пятого курсов очной и заочной форм обучения, могут быть использованы при проведении практических занятий по охране труда со слушателями Института повышения квалификации и переподготовки.

Библиогр.: 6 назв. Табл. 5. Рис. 2.

Рецензенты: доктор техн. наук, профессор В. Д. Авилов;

начальник отдела охраны труда и промышленной безопас-ности Омского отделения Западно-Сибирской железной дороги П. В. Валицкий.

––––––––––––––––––––––––––

© Омский гос. университет

путей сообщения, 2007

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение………………………………………………………………..…..…….	5
Лабораторная работа. Анализ условий электробезопасности
в трехфазных электрических сетях напряжением до 1 кВ……………..…...…	6
1. Теоретическая часть………………………………………………………..…	6
1.1. Нормальный режим работы сети…………………………………...……	8
1.1.1. Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной
нейтралью…………………………………………………………...…………	8
1.1.2. Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью………	10
1.2. Аварийный режим работы сетей………………………………...………	11
1.2.1. Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной
нейтралью……………………………………………………………………..	12
1.2.2. Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью….	12
2. Экспериментально-расчетная часть………………………………….………	13
2.1. Описание лабораторного стенда……………………………...…………	13
2.2. Меры безопасности при работе на стенде………………………………	14
2.3. Порядок выполнения работы………………………………….…………	15
2.3.1. Нормальный режим работы сети………………………………………	15
2.3.2. Аварийный режим работы сети……………………………..…………	20
3. Контрольные вопросы……………………………………………...…………	23
4. Содержание отчета……………………………………………………………	23
Библиографический список…………………………………..…………………	23

3

ВВЕДЕНИЕ

Электробезопасность – система организационных и технических ме-роприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасноговоздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества.

Электробезопасность должна достигаться конструкцией электроустановок, техническими способами и средствами защиты, организационными и техническими мероприятиями при производстве работ на электрооборудовании или при обслуживании потребителей электрической энергии.

Напряжение и ток прикосновения представляют собой основные опасные факторы при эксплуатации электроустановок. Опасное воздействие электри-ческого тока на живые организмы и человека проявляется при попадании живого организма в электрическую цепь. Такая ситуация может возникнуть при случайном прикосновении человека к частям электроустановки, находящимся под напряжением, при повреждении электроустановок и появлении электрического напряжения электроустановки на корпусах электрооборудования или на поверхности земли, на которых при нормальном режиме работы электроустановки напряжения не должно быть.

Исход опасного воздействия электрического тока на человека при его случайном прикосновении к токоведущим частям электрооборудования или к частям, которые при нарушении изоляции оказались под напряжением, может быть различным. В одних случаях прикосновение человека к указанным частям электрооборудования будет сопровождаться прохождением через его тело малого тока без опасных последствий, в других – ток может достигать значений, способных вызвать электрическую травму и даже смертельное поражение че-ловека.

Для обеспечения электробезопасности и защиты от опасного воздействия электрического тока при случайном прикосновении человека к токоведущим частям должны применяться отдельно или в сочетании друг с другом следующие технические способы и средства защиты:

5

– защитное заземление;

– зануление;

– выравнивание потенциалов;

– малое напряжение;

– электрическое разделение сетей;

– защитное отключение;

– изоляция токоведущих частей (электрическая изоляция – рабочая, дополнительная, усиленная, двойная; физическая – оградительные устройства, расположение токоведущих частей на недоступных высоте и расстоянии);

– компенсация токов замыкания на землю;

– предупредительная сигнализация, блокировка, знаки безопасности;

– средства защиты и предохранительные приспособления.

В данных методических указаниях представлена лабораторная работа, в которой проводится сравнительный анализ опасности поражения человека напряжением прикосновения при различных режимах и параметрах электри-ческой сети.

Лабораторная работа

АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ

В ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 кВ

Ц е л ь р а бо т ы: исследовать опасность прикосновения человека к фазному проводу электрической сети напряжением до 1 кВ в ее нормальном и аварийном состоянии в зависимости от режима нейтрали источника питания сети, активного сопротивления изоляции и емкости проводов относительно земли, а также сопротивления 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 с изолированной.

6

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 человека называется однофазным. Реже на практике возможно двухфазное включение человека в цепь тока. При двухфазном прикосновении человек попадает под линейное напряжение. В этом случае 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, от длительности воздействия, индивидуальных особенностей человека и других факторов.

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

При однофазном прикосновении, если человек обут и стоит на каком-либо основании, сопротивление тела человека, рассчитывается по формуле:

R_h = R_чл + R_об + R_ос, (1)

где R_чл, R_об и R_ос – сопротивление тела человека, обуви и основания.

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

7

1.1. Нормальный режим работы сети

1.1.1. Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью

Схема замещения и расчетная схема исследуемой трехфазной сети приведены на рис. 1.

а б

Рис. 1. Схемы трехфазной четырехпроводной сети:

а – замещения; б – расчетная

Активное сопротивление изоляции и емкость относительно земли, распределенные по длине каждого из фазных проводников А, В, С и PEN*, 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 из-за ее незначительности.

Для удобства вывода расчетных зависимостей используются значения проводимостей:

Y_A = 1/R_AE + jC_AE; Y_В = 1/R_ВE + jC_ВE; Y_С = 1/R_СE + jC_СE;

Y_N = 1/R_PEN + jC_PEN; Y₀ = 1/R₀; Y_h = 1/R_h = (R_чл+R_об+R_ос)^-1, (2)

где = 2f – угловая частота переменного тока;

R₀ – сопротивление заземления нейтрали;

j = .

_________________________

* PEN – проводник, который совмещает в себе функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводника в электроустановках напряжением до 1 кВ.

8

Схема замещения позволяет рассмотреть сеть с глухозаземленной нейт-ралью, если считать Y₀ = 1/R₀, или трехпроводную сеть с изолированной нейтралью, если принять Y_N = Y₀ = 0.

Принимая фазные напряжения источника симметричными, получим:

U_A = U_ф;

U_В = а²U_ф;

U_С = аU_ф, (3)

гдеU_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)

В четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью сопротивление R₀ 8 Ом, т. е. много меньше сопротивления изоляции проводников А, В, С и PEN относительно земли, т. е.

(5)

Пренебрегая в выражении (4) величинами, незначительными по сравнению с Y₀, получим формулу:

(6)

или с учетом соотношений (2) –

(7)

Так как R₀ << R_h , то

(8)

9

или, учитывая соотношение (1),

I_h U_ф / (R_чл + R_об + R_ос). (9)

Следовательно, в сети с глухозаземленной нейтралью в случае прикосновения человека к фазе ток I_h не зависит от сопротивления изоляции и емкости проводников А, В, С и PEN относительно земли. При этом решающее значение имеют сопротивление обуви R_об и основания R_oc, на котором стоит человек. Применение электрозащитных средств (диэлектрических галош, изолирующих подставок, диэлектрических ковриков) и наличие диэлектрического пола в помещении позволяют обеспечить требуемый уровень электробезопасности.

При неблагоприятных условиях (например, при сырой обуви и токопроводящем поле) можно принять R_об = R_oc = 0, тогда ток, проходящий через тело человека,

(10)

представляет серьезную опасность для жизни человека.