ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Санкт-Петербургская государственная академия аэрокосмического приборостроения

ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ

Методические указания

к выполнению лабораторной работы

Санкт Петербург

Составители: Н.Ф. Екимова, Т.А. Пожарова, Б.И. Попов, С.С. Симонов,

В.И. Турубаров

Рецензенты: кафедра технологии приборостроения СПГААП;

канд. техн. наук доц. Н.М. Иванов

В лабораторной работе студенты изучают схемы трёхфазных электрических сетей, опасности, возникающие при прикосновении человека к одной из фаз, факторы опасности поражения человека электрическим током, методы исследования сопротивления тела человека, изоляции электрических сетей и проводов, заземляющих и зануляющих устройств.

ã

Санкт-Петербургская государственная академия аэрокосмического приборостроения, 1997

 

Подписано к печати 5.03.97 Формат 60х84 1/16 Бумага тип №3. Печать офсетная

Усл.печ. п.3,02 Уч.-изд.л. 3,25 Тираж 500 экз.

Заказ №76

Редакционно-издательский отдел

Отдел оперативной полиграфии СПбГААП

190000, С.-Петербург, ул. Б. Морская, 67

Цель работы: изучение основных схем трёхфазных электрических сетей переменного тока до 1000 В и опасностей, возникающих при прикосновении человека к одной из фаз, исследование факторов, определяющих опасность поражения человека электрическим током, методов теоретического и экспериментального исследования сопротивления тела человека, изоляции электрических сетей и проводов, ознакомление с защитными функциями заземляющих и зануляющих устройств, обеспечивающих электробезопасность при работе с электроустановками, методами их исследования, нормами, приборами и методикой контроля.

1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Многообразное воздействие электрического тока на организм человека приводит к электротравмам, которые условно подразделяют на электрический удар и местные электротравмы (электрические ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, механические повреждения, электроофтальмия).

Исход поражения человека электрическим током зависит от величины тока, протекающего через тело человека, продолжительности воздействия, частоты тока, пути протекания тока через человека и индивидуальных особенностей организма.

Электрическое сопротивление тела человека и приложенное к нему напряжение (напряжение прикосновения) также влияют на исход поражения, так как они определяют величину тока, проходящего через человека. Напряжение прикосновения – напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек.

Для разработки средств защиты от поражения электрическим током в соответствии с ГОСТ 12.1.038-82 установлены предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов, протекающих через тело человека. Нормы установлены при условии прохождения тока через тело человека по пути рука-рука или рука-ноги. Стандарт предусматривает нормы для электроустановок при нормальном и аварийном режимах работы.

При нормальном режиме работы регламентируются род и частота тока, наибольшие допустимые значения напряжения прикосновения Uпр и тока Iчел, проходящего через человека. При аварийном режиме регламентируются частота и род тока, продолжительность воздействия и предельно допустимые уровни напряжения прикосновения и тока, протекающего через человека.

На промышленных предприятиях обычно применяются трехпроводные сети с изолированной нейтралью напряжением 36, 42, 127, 220, 380, 660 В и четырехпроводные сети с заземленной нейтралью напряжением 220/127, 380/220, 660/360 В. Также применяются сети постоянного тока напряжением 6, 12, 24, 36, 48, 60, 110, 220, 400 В. На летательных аппаратах применяются сети следующих видов:

1) постоянного тока напряжением 27 В – двухпроводные и одно проводные с использованием корпуса летательного аппарата в качестве минусового провода;

2) переменного трёхфазного тока (с изолированной или заземлённой силовой нейтралью) напряжением 36, 208 и 360 В, частотой 400 Гц;

3) переменного однофазного тока напряжением 115 и 208 В, частотой 400 Гц.

Все случаи поражения человека током являются результатом замыкания электрической цепи через тело в результате прикосновения человека к точкам цепи, между которыми существует напряжение. Вероятность поражения электрическим током оценивается по величине тока Iчел, или величине напряжения прикосновения Uпр. Напряжение прикосновения зависит от ряда факторов: схемы включения человека в электрическую цепь, напряжения сети, схемы самой цепи и режима ее нейтрали, степени изоляции токоведущих частей от земли, сопротивления тела человека.

Сопротивление тела человека – величина нелинейная, меняется в широких пределах и зависит от следущих факторов: состояния кожи (сухая, влажная, повреждённая и т.п.); плотности контакта; площади контакта; величины тока, проходящего через человека; величины приложенного напряжения; времени воздействия тока на человека. Наибольшим электрическим сопротивлением в теле человека обладает верхний пороговый слой кожи.

Сухая неповреждённая кожа имеет сопротивление 10-100 кОм. При протекании электрического тока в теле человека происходят сложные биофизические процессы. Условно вариант прикосновения человека (рука-рука) к двум одинаковым электродам можно представить в виде электрической схемы замещения, изображённой на рис.1.

Рис. 1 Электрическая схема замещения тела человека

Здесь Z – полное сопротивление тела человека (рука-рука); Zн – полное сопротивление наружного слоя кожи; гн – активное сопротивление наружного слоя кожи;

хс – ёмкостное сопротивление наружного слоя кожи; гв – внутреннее сопротивление рук и корпуса тела.

Обозначив через Zf полное сопротивление тела человека при данной частоте, можно написать

Отсюда
	, кОм	(1)

Полное сопротивление человека зависит от емкостного сопротивления. Емкостное сопротивление определяется частотой:

,

(2)

где хс – ёмкостное сопротивление человека, кОм; ω – круговая частота; f – частота, кГц;

С – емкость наружного слоя кожи, мкФ.

С увеличением частоты величина хс стремится к нулю, шунтируя активное сопротивление гн. Полное сопротивление тела человека на частотах 10-20 кГц можно представить в виде

(3)

С уменьшением частоты f (ниже 100 Гц) ёмкостное сопротивление возрастает. При f→0, хс →∞ и формула (1) примет вид

	.
Отсюда
	, кОм	(4)

Где zо – сопротивление тела человека при f→0

Полное сопротивление тела человека на частотах 0-100 Гц условно можно аппроксимировать линейной зависимостью от частоты. При этом Zо может быть определено методом экстраполяции, для чего в линейном масштабе строится график зависимости полного сопротивления от частоты тока, как показано на рис.2. Значение Zо расположено на оси ординат при пересечении с прямой Z1 – Z4.

 

Рис.2 График экстраполяции

По формуле (3) определяем значение гвн. По формуле (4) определяется гн. Величина полного сопротивления наружного слоя кожи может быть определена из формулы

	, кОм	(5)
Из формулы (5) получим ёмкость С наружного слоя кожи
	, мкФ	(6)

Прикосновение к трёхфазной сети переменного тока

С изолированной нейтралью в нормальном режиме

Эквивалентная схема цепи замыкания тока с учётом равенства сопротивлений изоляции фаз RА=RБ=RС=Rиз представлена на рис.3,б. Напряжение Uпр и ток… Выражения (7) и (8) показывают, что в сетях с изолированной нейтралью… Прикосновение человека к трёхфазной сети переменного тока

С изолированной нейтралью в аварийном режиме

Анализируя эквивалентную схему прикосновения, можно написать , (9)       … Если в этой формуле принять, что Rзам=0 или считать, что Rзам<Rчел (так… т.е. человек окажется под линейным напряжением Uл.

Прикосновение человека к одной из фаз трехфазной сети переменного

Тока с глухозаземленной нейтралью при нормальном режиме работы.

Полагая, что R0<Rчел, можно считать, что при прикосновении к одной из фаз напряжение прикосновения близко к фазному напряжению. Кроме того, в… Прикосновение человека к одной из фаз трёхфазной сети переменного тока с глухозазёмленной нейтралью при аварийном режиме работы а)   б) …

Шаговое напряжение и напряжение прикосновения

  а)   б)   Рис.7. Замыкание фазы на землю в сетях с изолированной (а)… Пространство между заземлителем и зоной нулевого потенциала, т.е. область, в… Опасным фактором для человека является также "напряжение прикосновения", которое в данном случае…

Защитное заземление и зануление

Для защиты человека от поражения электрическим током применяют защитное заземление, зануление совместно с защитным отключением, а также надёжную… Защитное заземление – преднамеренное соединение металлических нетоковедущих… Зануление обеспечивает защиту человека за счет отключения аварийной электроустановки от сети при замыкании на корпус и…

Измерение сопротивления заземления

Удельное сопротивление грунта зависит от его вида (песок, глина и т.п.), влажности, температуры и содержания в нём солей. Ориентировочные значения… В процессе эксплуатации в результате коррозии под действием токов замыкания на… Измерение сопротивления заземляющих устройств для цеховых электроустановок следует проводить перед вводом в…

Измерение сопротивления цепи фаза-нуль

Измерение ведётся на отключенном оборудовании, а для создания цепи тока при измерении фазный провод с помощью выключателя ВК2 (рис.15) соединяют с… где U – показания вольтметра, В; I – показания амперметра, А. Быстрое и надёжное отключение повреждённого участка сети достигается при выполнении условия , А …

Измерение удельного сопротивления грунта

При измерении методом пробного электрода в исследуемый грунт забивают контрольный электрод в виде трубы (стержня, уголка) таких же размеров и на… Удельное сопротивление грунта (контрольный электрод – труба, забитая вровень с… где Rx – сопротивление контрольного электрода, Ом; L и d – его длинна и диаметр соответственно, см.

Измерение сопротивления изоляции

Измерение изоляции обычно измеряется на постоянном токе при помощи мегаомметра и является основным показателем состояния изоляции сетей,… Проверку сопротивления изоляции электрооборудования, работающих при… На рис.17 представлен участок трёхфазной сети переменного тока с изолированной Рис.17. Схема…

Требования, предъявляемые к сопротивлению изоляции

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) требуют, чтобы сопротивление изоляции силовой и осветительной сети напряжением до 1000В на участке между… Проверка сопротивления изоляции бортовой сети разделяется на проверку… Согласно ГОСТ 16325-76 сопротивление изоляции электрических цепей электронных цифровых вычислительных машин общего…

Модель электрической схемы замещения тела человека

1. Генератор сигналов типа Г3-33: 1 – плавная установка частоты; 2 – потенциометр установки выходного уровня; 3-… 2. Милливольтметр В3-38:

С изолированной нейтралью

Одной из фаз, в зависимости от положения переключателя П2, меняя значение Rчел, можно исследовать изменение величины тока, протекающего через… Все регулировочные элементы схемы вынесены на горизонтальную панель стенда,… Модель трёхфазной сети переменного тока с

Схема непрерывного контроля сопротивления изоляции.

Исследуемая схема непрерывного контроля сопротивления изоляции придставлена на рис.23.

Рис.23. Схема непрерывного контроля сопротивления изоляции

Схема состоит из вентильных диодов VD, килоомметра магнитоэлектрической системы PR, исполнительного реле K, регулировочных сопротивлений R1 и R2, переключателей П1 и П2. Потенциометр R2 с помощью переключателя П2 подключается к одной из фаз исследуемой сети. По килоомметру потенциометром R2 устанавливается требуемое значение полного сопротивления изоляции, а потенциометром R1 – ток срабатывания реле, фиксируемый загоранием сигнальной лампочки. После настройки схемы переключатель П2 устанавливается в положение «Выкл».

Модель трёхфазной сети переменного тока с изолированной нейтралью

Для исследования сопротивления изоляции

Схема трёхфазной сети переменного тока с изолированной нейтралью показана на вертикальной панели стенда. Сопротивление изоляции отдельных фаз сети относительно земли обозначенысоответственно Rа, Rб, Rc. На горизонтальной панели стенда находятся клеммы А, Б и С, соединённые с соответствующими фазами сети и клемма «Земля».

Исследование проводов

В правой части стенда расположены исследуемые провода марок БПВЛ, БПВЛЭ, БПТ-250, ПР и АПР. На горизонтальной панели стенда расположены клеммы, к которым подключены провода. Измерение изоляции проводов производится мегомметром М1102.

Мегомметр типа М1102

На лицевой панели прибора расположены клеммы 1 для подключения соединительных проводов, измерительный прибор 2, переключатель пределов измерений4.… Мегомметр имеет два диапазона измерения 0-1000 кОм и 0-500МОм. Напряжение на… При подготовке мегомметра к работе необходимо выполнить следующие операции:

Модель зоны растекания тока

Токопроводящая бумага моделирует грунт с постоянным удельным сопротивлением ρ. Модель зоны растекания имеет закон распределения потенциала в… где φх – потенциал в точке измерения; φз – потенциал заземлителя; х… Этот закон растекания отличается от рассмотренного закона растекания тока полусферического заземлителя, однако все…

Модель заземляющего устройства

Модель заземляющего устройства, исследуемого прибором МС-08, также содержит заземлитель, вспомогательный электрод и зонд (см. рис.13). Клеммы для… Модель заземляющего устройства, исследуемого методом «трёх земель», содержит…

Модель цепи фаза-нуль

В цепь «фаза-нуль» включены амперметр, вольтметр и понижающий трансформатор Тр1 с выключателем ВК1. Выключатели П1, П2, ВК1 и ВК2 расположены на…

Модель для исследования удельного сопротивления грунта

Модель участка земли для исследования удельного сопротивления грунта методом четырёх электродов имитирует участок земли с контрольными электродоми А. В, С, Д, к которым подключается измеритель заземления МС-08 (см. рис.16). На горизонтальной панели расположены клеммы А, В, С, Д, соединённые с соответствующими электродами, и переключатель ПК для имитации изменения расстояния между электродами.

Инструкция по работе с прибором МС-08

3. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ При проведении электрических испытаний на лабораторном стенде следует… Стенды лабораторной установки потребляют электрическую энергию, поэтому есть опасность поражения электрическим током,…

Определение параметров электрического сопротивления

Тела человека

Проверьте подключение приборов и положение ручек на генераторе и вольтметре и при необходимости установите: - ручку 1 плавной установки частоты генератора на 20 Гц; - переключатель 3 установки частоты в положение х1;

Переменного тока с изолированной нейтралью

Исследуемая схема показана в секции 2 стенда на вертикальной панели, а органы управления выведены на горизонтальную панель (см. рис. 21). Необходимо исследовать изменение тока через человека при прикосновении к одной из фаз в зависимости от величины сопротивления тела человека и сопротивления изоляции фаз.

Исследование влияние сопротивления тела человека на

Величину тока при прикосновении его к одной из фаз

Таблица 4 Наименование фазы Результаты измерений Rиз.фазы = ... , МОм   Rчел, кОм   … Установите заданное значение изоляции фаз. Переключателем П1 включите схему…

Исследование влияния сопротивления изоляции фаз на величину

Тока при прикосновении человека к одной из фаз

По данным табл.4 и 5 постройте графики и . Сделайте выводы по экспериментальным данным и графикам о степени опасности поражения человека… Таблица 5 Наименование фазы Результаты измерений Rиз.фазы =… Исследование опасностей прикосновения человека к трёхфазной сети

В аварийном режиме

Исследуемая схема показана в секции 3 стенда на вертикальной панели, а органы управления и миллиамперметр расположены на горизонтальной панели (см. рис. 22).

Исследование сети с изолированной нейтралью,

Работающей в аварийном режиме

Таблица 6 Режим работы схемы Результаты измерений для фазы ... Rзам = ... , Ом Аварийный Rчел, кОм … Исследование сети с глухозаземлённой нейтралью,

Работающей в нормальном режиме

Переключателем П1 включите схему. По заданию преподавателя установите требуемое значение сопротивления зануления Rо, а переключателем П2 – фазу, к… Таблица 7 Режим работы схемы Результаты измерений для фазы… Исследование сети с глухозаземлённой нейтралью,

Работающей в аварийном режиме

Установите заданные значения Rо, Rзам и фазу. Переключателем П1 включите схему. Включите выключатели В1 и В2. Меняя значения Rчел, снимите показания… По данным табл.6 и 7 постройте следущие графики: 1) для трёхфазной сети с изолированной нейтралью, работающей в аварийном режиме;

Исследование устройства непрерывного контроля

Сопротивления изоляции

Переключатели П1 и П2 установите в положение "Выкл". Потенциометры R1 и R2 установите в крайнее левое положение. С помощью мегомметра… Таблица 8 Наименование фазы Результаты измерения и расчётов … Исследование изоляции трёхфазной сети переменного тока

Исследование изоляции проводов

Таблица 10 Марка провода Результаты измерения Rизм, Мом Rдоп, МОм БПВЛ     … С помощью мегомметра измерьте сопротивление изоляции проводов БПВЛ, БПВЛЭ,…

Исследование распределения потенциала в зоне

Растекания тока одиночного заземлителя

Исследование зависимости шагового напряжения от расстояния

До одиночного заземлителя

Собрать схему, изображённую на рис.27.б. Включить источник питания. Оба щупа вольтметра закрепить в специальной колодке (Расстояние между щупами моделирует ширину шага "а"). На колодке нанесена черта между центрами щупов. Определение расстояния х между колодкой и центром модели производится от этой черты. Перемещая колодку с шагом 0,5 см, измеритьразность потенциалов Uш(х). Записать х и Uш(х) в протокол. Построить график Uш(х).

Исследование зависимости напряжения прикосновения

От расстояния до заземлителя

Исследование напряжения прикосновения к корпусу электроаппарата

Собрать схему, изображённую на рис.28.б. Включить источник питания. Последовательно присоединяя щупы вольтметра к корпусу каждого электроаппарата и токопроводящей бумаге возле метки, обозначающей положение человека относительно соответствующего электроаппарата, измерить напряжение прикосновения Uпр и координату х положения человека относительно одиночного заземлителя. Результаты измерений занести в протокол лабораторной работы. Построить график Uпр(х).

Исследование эффекта выравнивания потенциала в системе

Группового заземлителя из двух электродов

Исследование эффекта выравнивания потенциалов в системе группового

Собрать схему, изображённую на рис.29.в. Проверить значение Uо после включения источника питания; зафиксировать истинное значение Uои, причём Uои…

Исследование заземляющего устройства методом

Амперметра-вольтметра

Измерение заземляющего устройства прибором МС-08

Подключить прибор МС-08 к измерительной схеме согласно рис.13. Перед измерением произвести компенсацию сопротивления зонда согласно инструкции по работе с прибором МС-08. Произвести не менее трёх замеров и найти среднее значение сопротивление Rх. Сравнить полученное значение Rх с допустимым значением Rзу. Результаты замеров занести в протокол лабораторной работы.

Измерение сопротивления заземляющего устройства методом

Измерительную схему (рис.14) последовательно подключить к заземлителям Rx и Ry, Rx и Rz, Ry и Rz, и занести показания вольтметра и амперметра в… Измерение сопротивления цепи "фаза-нуль" Установить переключатели П1, П2 и ВК1 в положение "Выкл", а переключатель ВК2 в поожение "Вкл",…

Измерение удельного сопротивления грунта методом

Подключив прибор МС-08 к клеммам А, Б, С и Д, расположенным на горизонтальной панели стенда, в соответствии с рис.16. Установить переключатель ПК…

Измерение удельного сопротивления грунта методом

Пробного электрода

5. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЁТА Отчёт должен содержать: - первичный протокол измерений;