Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Практическая работа №4
«Анализ опасности поражения электрическим током в электрических сетях»
Цель работы: проанализировать опасности поражения электрическим током в электрических сетях.
Ход работы:
Непосредственно прикосновение с токоведущими частями установок, находящимися под напряжением, связано с опасностью поражения током. При этом степень опасности и возможность поражения электрическим током зависят от того, каким образом произошло прикосновение человека к проводникам, находящимся под напряжением. Возможны два случая прикосновений:
1) к двум линейным приводам одновременно;
2) к одному линейному проводу.
Двухфазное прикосновение. Прикосновение к двум линейным проводам (двум фазам) одновременно (рис. 1, а) является чрезвычайно опасным, поскольку к телу человека в этом случае прикладывается наибольшее возможное в данной сети напряжение — линейное. Ток, протекающий через тело человека, равен
Случаи двухфазного прикосновения человека происходят очень редко. Достаточно сказать, что из всех случаев электропоражений с тяжелым исходом на долю одновременных прикосновений к двум фазам приходится от 3 до 10%.
Однофазное прикосновение. В 90—97 % случаев, повлекших тяжелые злектропоражения, имело место прикосновение к одной фазе. Однако прикосновение к одной фазе является значительно менее опасным, чем двухфазное прикосновение. Объясняется это тем, что при однофазном прикосновении напряжение, под которым оказывается человек, не превышает фазного, т. е. меньше линейного в раза. Соответственно меньше оказывается и ток, протекающий через тело человека. Кроме того, на величину этого тока влияет также режим нейтрали источника тока, сопротивление пола, на котором стоит человек, сопротивление его обуви и некоторые другие факторы.
Нейтрали генераторов и трансформаторов могут быть выполнены либо глухозаземленными, либо изолированными от земли. Глухозаземленной называется нейтрал генератора или трансформатора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, трансформаторы тока и т. д.} Изолированной называется нейтраль, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление (например, компенсационные катушки, трансформаторы напряжения и т. д.).
На (рис. 1, б и в) показаны схемы электрических сетей с заземленной и изолированной нейтралью.
Однофазное прикосновение в сети с глухозаземленной нейтралью. При таком прикосновении (рис. 1,б) ток, протекающий через тело человека, определяется фазовым напряжением сети
Сопротивлением тела Rч, сопротивлением Rп пола и почвы на участке от ступней ног до заземляющего устройства, сопротивлением обуви Rоб и сопротивлением заземления нейтрали источника тока Rо:
Рассмотрим наиболее неблагоприятный случай. Предположим, что человек, прикоснувшийся к одной фазе, стоит на сыром грунте или на проводящем (металлическом или земляном) полу; его обувь также проводящая— сырая или имеет металлические гвозди. Следовательно, можно принять Rп=0 и Rоб=0
Поскольку сопротивление заземления нейтрали R0 ,как правило, равно 4 Ом, им без ущерба для точности подсчета можно пренебречь. В результате формула примет вид
Iч=?А- такой ток опасен для жизни.
Если человек стоит на изолирующем полу (например, из метлахской плитки) в непроводящей обуви (например в резиновой), то, принимая Rп =120000 Ом и Rоб=100000 Ом, получим:
Iч=?А- такой ток безопасен для человека.
В действительности незагрязненные полы из метлахской плитки и резиновая обувь обладают значительно большим сопротивлением по сравнению с принятыми нами, т. е. ток, протекающий через человека, будет еще меньше.
Однофазное прикосновение в сети с изолированной нейтралью. При однофазном прикосновении человека в сети, имеющей изолированную нейтральную точку (рис. 1, в), ток проходит от места контакта через тело человека, затем через обувь, пол, землю и несовершенную изоляцию проводов к двум другим фазам и далее к источнику электроэнергии. Величина тока, проходящего через тело человека, в этом случае равна
Где Rз- сопротивление изоляции одной фазы сети относительно земли в Ом.
В наиболее неблагоприятном случае, когда человек стоит на проводящем полу и имеет проводящую обувь, т.е. при Rп =0 и Rоб=0, формула значительно упростится:
Iч=?А- этот ток значительно меньше тока, вычисленного нами для случая однофазного прикосновения при аналогичных условиях, но в сети с заземленной нейтралью. Если же принять Rп =120000 Ом и Rоб=100000 Ом то ток будет еще меньше: Iч=?А.
Следовательно, в сети с изолированной нейтралью условия безопасности находятся в прямой зависимости не только от сопротивления пола и обуви, но и от сопротивления изоляции проводов относительно земли: чем лучше изоляция, тем меньше сила тока, протекающего через человека. В сети с заземленной нейтралью положительная роль изоляции проводов практически полностью утрачена.
Таким образом, при прочих равных условиях однофазное прикосновение человека в сети с изолированной нейтралью менее опасно, чем, в сети с заземленной нейтралью, и, следовательно, система с изолированной нейтралью при нормальном состоянии изоляции менее опасна для человека, чем система с глухим заземлением нейтрали. Однако в линии такой системы может длительное время существовать незамеченное персоналом замывание одной из фаз на землю. Если в это время человек прикоснется к проводу одной из двух других фаз, то окажется под полным линейным напряжением сети, что равносильно двухфазному прикосновению.
Общие требования об устройстве электросетей. Согласно Правилам устройства электроустановок в четырехпроводных сетях переменного тока и трехпроводных сетях постоянного тока выполняют глухое заземление нейтрали. Сети с изолированной нейтралью применяют при повышенных требованиях безопасности с обязательным устройством контроля изоляции сети и целости пробивных предохранителей силовых трансформаторов, позволяющих персоналу быстро обнаружить замыкание на землю, либо с устройством автоматического отключения участков, получивших замыкание на землю.
Опасность воздействия емкостного тока. В связи с тем, что каждая электрическая установка имеет емкость, необходимо учитывать также ее опасное влияние и возможное поражение током. Выше было сказано, что наименьшую опасность представляет однофазное прикосновение в системе с изолированной нейтралью при наличии качественной изоляции фаз. Однако даже в случае идеальной изоляции поражение током возможно и зависит от величины емкостного тока.
Емкость тока зависит от конструкции сети (воздушная или кабельная), напряжения и сечения проводов. При равных условиях (одинаково высоком напряжении, например, в 10 кВ) емкость жилы подземного кабеля среднего сечения относительно земли значительно больше емкости одной фазы относительно земли воздушной линии (соответственно 0,2 • 106 Ф/км и Ф/км).
Предположим, что изоляция сети находится в таком хорошем состоянии, что токами утечки через изоляцию можно пренебречь, но сеть имеет некоторую емкость по отношению к земле. Для рассматриваемого случая схема прикосновения человека к одной фазе и образования цепи движения токов утечки через емкость показана на рис. 1.г.
Общее выражение для емкостного тока, протекающего через тело человека, будет
Iч=?А
Где- угловая частота переменного тока;- частота тока в Гц;
С- емкость фазы по отношению к земле в Ф.
При значительной емкости сети, которая имеет место в разветвленных и протяженных кабельных сетях, величина тока, протекающего через тело человека, может оказаться опасной для жизни. В таких случаях электрические системы с изолированной нейтралью в отношении безопасности полностью теряют преимущества перед системами с заземленной нейтралью и их следует рассматривать как равноценные. Но для сетей малой и средней протяженности однофазное прикосновение менее опасно для систем с изолированной нейтралью.
Опасность шаговых напряжений. Опасность поражения током может возникнут вблизи места перехода тока в землю с упавшего фазного провода. В зоне растекания тока (рис. 2) человек подвергается воздействию шаговых напряжений, т. е. напряжение обусловленных током замыкания на землю между точками почвы, отстоящими друг от друга в зоне растекания токов на расстоянии шага. Опасность поражения в этом случае увеличивается при сокращении расстояния между человеком и местом замыкания на земли и увеличении ширины шага.
Рис. 2. Шаговое напряжение
Сила тока однофазного замыкания на землю I3 может быть определена по формуле
Величина шагового напряжения Uш по формуле
где RО — сопротивление рабочего заземления нейтрали в Ом; RР— сопротивление растеканию тока в месте замыкания фазного провода на землю в Ом; р—удельное сопротивление грунта в Ом • см; а — длина шага в см; х —расстояние от места замыкания фазного провода до места измерения напряжения в см.
Определим величину шагового напряжения, воздействию которого подвергается стоящий на земле человек, если произошло замыкание на землю в сети напряжением 380/220 В с заземленной нейтралью. Сопротивление рабочего заземления R0 = 4 Ом. Сопротивление растеканию тока в месте замыкания RР = 12 Ом (это соответствует наименьшему значению сопротивления, за исключением случая замыкания на металлическую конструкцию большой протяженности). Человек находится на расстояния х = 4м от точки замыкания. Величина шага а =0,8м. Удельное сопротивление грунта растеканию тока
Первоначально определим силу тока замыкания на землю Iз=?A,a затем величину шагового напряжения Uш=?В.
Параметры тока, проходящего через человека при воздействии шагового напряжения, зависят, кроме того, от сопротивлений опорной поверхности ног и обуви. Защитное действие оказывает обувь, обладающая хорошими изоляционными свойствами, например, резиновая.
|
Вариант |
Uл ,В |
Rч ,Ом |
Rо, Ом |
R изоляции, кОм |
С, Ф |
f, Гц |
Rp, Ом |
ρ, Ом•см |
x , м |
а, м |
|
1 |
380 |
1000 |
4 |
500 |
0.1 •106 |
50 |
22 |
1• 104 |
1 |
0,8 |
|
2 |
220 |
1000 |
4 |
500 |
0.1 •106 |
50 |
22 |
2 •104 |
1 |
0,8 |
|
3 |
127 |
1000 |
4 |
500 |
0,1 •106 |
50 |
22 |
3 •104 |
1 |
0,8 |
|
4 |
380 |
1000 |
4 |
500 |
0,2 •106 |
50 |
20 |
1 •104 |
2 |
0,8 |
|
5 |
220 |
1000 |
4 |
500 |
0,2 •106 |
50 |
20 |
2 •104 |
2 |
0,8 |
|
6 |
127 |
1000 |
4 |
500 |
0,2 •106 |
50 |
20 |
3 •104 |
2 |
0,8 |
|
7 |
380 |
1000 |
4 |
500 |
0,3 •106 |
50 |
18 |
1 •104 |
3 |
0,8 |
|
5 |
220 |
1000 |
4 |
500 |
0,3 •106 |
50 |
18 |
2 •104 |
3 |
0,8 |
|
9 |
127 |
1000 |
4 |
500 |
0,3 •106 |
50 |
18 |
3•104 |
3 |
0,8 |
|
10 |
380 |
1000 |
4 |
500 |
0,4 •106 |
50 |
16 |
1•104 |
4 |
0,8 |
|
11 |
220 |
1000 |
4 |
500 |
0,4 •106 |
50 |
16 |
2•104 |
4 |
0,8 |
|
12 |
127 |
1000 |
4 |
500 |
0,4 •106 |
50 |
16 |
3•104 |
4 |
0,8 |
|
13 |
380 |
1000 |
4 |
500 |
0,5 •106 |
50 |
14 |
1 •104 |
5 |
0,8 |
|
14 |
220 |
1000 |
4 |
500 |
0,5 •106 |
50 |
14 |
2•104 |
5 |
0,8 |
|
15 |
127 |
1000 |
4 |
500 |
0,5 •106 |
50 |
14 |
3•104 |
5 |
0,8 |
|
16 |
380 |
1000 |
4 |
500 |
0,6 •106 |
50 |
12 |
1•104 |
6 |
0,8 |
|
17 |
220 |
1000 |
4 |
500 |
0,6 •106 |
50 |
12 |
2•104 |
6 |
0,8 |
|
18 |
127 |
1000 |
4 |
500 |
0,6 •106 |
50 |
12 |
3•104 |
6 |
0,8 |
|
19 |
380 |
1000 |
4 |
500 |
0,7 •106 |
50 |
10 |
1•104 |
7 |
0,8 |
|
20 |
220 |
1000 |
4 |
500 |
0,7 •106 |
50 |
10 |
2•104 |
7 |
0,8 |
|
21 |
127 |
1000 |
4 |
500 |
0,7 •106 |
50 |
10 |
3•104 |
7 |
0,8 |
|
22 |
380 |
1000 |
4 |
500 |
0,8 •106 |
50 |
8 |
1•104 |
8 |
0,8 |
|
23 |
220 |
1000 |
4 |
500 |
0,8•106 |
50 |
8 |
2•104 |
8 |
0,8 |
|
24 |
127 |
1000 |
4 |
500 |
0,8•106 |
50 |
8 |
3•104 |
8 |
0,8 |
|
25 |
380 |
1000 |
4 |
500 |
0,9•106 |
50 |
6 |
1•104 |
9 |
0,8 |
|
26 |
220 |
1000 |
4 |
500 |
0,9•106 |
50 |
6 |
2•104 |
9 |
0,8 |
|
27 |
127 |
1000 |
4 |
500 |
0,9•106 |
50 |
6 |
3•104 |
9 |
0,8 |
|
28 |
380 |
1000 |
4 |
500 |
1•106 |
50 |
4 |
1•104 |
10 |
0,8 |
|
29 |
220 |
1000 |
4 |
500 |
1•106 |
50 |
4 |
2•104 |
10 |
0,8 |
|
30 |
127 |
1000 |
4 |
500 |
1•106 |
50 |
4 |
3•104 |
10 |
0,8 |
Рис. 1. схема пути электрического тока:
А)при двухфазном прикосновении в системе с заземленной нейтралью;
Б)при однофазном прикосновении в системе с заземленной нейтралью;
В) при однофазном прикосновении в системе с изолированной нейтралью
Г) при однофазном прикосновении в системе при наличии емкости