Федеральное агентство по образованию Российской Федерации Новомосковский институт (филиал) Государственного образовательного учреждения
advertisement
1 Федеральное агентство по образованию Российской Федерации Новомосковский институт (филиал) Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева» БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ Учебно-методическое пособие Новомосковск, 2008 2 Федеральное агентство по образованию Российской Федерации Новомосковский институт (филиал) Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева» БЕЗОПАСНОСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ Учебно-методическое пособие для выполнения лабораторных работ студентами всех специальностей дневного, вечернего и заочного отделений НИ РХТУ им. Д.И.Менделеева Новомосковск, 2008 3 УДК 66.004.2 ББК 35.73 Рецензенты: Профессор, д.т.н. Бабокин Г.И., доцент к.т.н., Маслова Н.В (НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева) Составители: Фандеев Н.П., Быкова А.А., Мишанов А.А., Коледёнкова О.А., Сухачёва Г.Н., Черкасова Л.Н. Безопасность жизнедеятельности. Электробезопасность Учебно-методическое пособие для выполнения лабораторных работ студентами всех специальностей дневного, вечернего и заочного отделений НИ РХТУ им. Д.И.Менделеева / Новомосковский институт (филиал) ГОУ «Российский химикотехнологический университет им. Д.И. Менделеева»; сост.: Н.П. Фандеев, А.А. Быкова, А.А.Мишанов, О.А.Коледёнкова, Г.Н.Сухачёва, Л.Н.Черкасова. Новомосковск, 2008. – 40 с. В пособии приведены методические указания по выполнению студентами лабораторных работ по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»; тема «Электробезопасность». Даны описания используемых установок и порядок работы на них, вопросы к допуску; приведены перечень теоретических вопросов и задачи, используемые при защите лабораторных работ. В методическое пособие также включены теоретические сведения, необходимые как для выполнения лабораторных работ, так и для решения задач по изучаемой теме, что способствует самостоятельному изучению и практическому освоению данной дисциплины. Как теоретический вопросы, так и задачи составлены с учетом требований, предъявляемых к подготовке дипломированных специалистов по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности». Пособие может быть полезным студентам при выполнении раздела БЖД в дипломных проектах (работах) Табл. 3. рис.12. Библиогр.: 10 назв. УДК 66.004.2 Новомосковский институт ГОУ «Российский ББК 35.73 химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», 2008 4 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 1 КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 1.1 Основные термины и определения. 1.2 Человек и электрический ток 1.2.1 Виды воздействия электрического тока на организм человека. 1.2.2 Факторы, влияющие на исход поражения электротоком 1.3 Стекание тока 1.3.1 Классификация электроустановок и помещений по условиям электробезопасности. 1.3.2 Напряжение прикосновения 1.3.3 Напряжение шага 1.4 Опасность поражения электротоком 1.4.1 Характер возможного прикосновения человека к токоведущим частям электроустановки 1.4.2 Основные причины поражения электрическим током 1.5 Технические способы защиты от поражения электротоком. 1.5.1 Перечень и область применения технических способов защиты в электроустановках напряжением до 1000 В 1.5.2 Защитное заземление 1.5.3 Зануление 1.5.3 Защитное отключение 1.5.4 Выравнивание потенциалов 1.5.5. Малое напряжение 1.5.6 Защитная изоляция 2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 2.1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8 «ОПАСНОСТЬ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ» 2.1.1 Применяемые приборы и оборудование 2.1.2Порядок выполнения работы 2.1.3 Содержание отчета 2.1.4 Вопросы для допуска к лабораторной работе №8. 2.1.5 Вопросы для защиты лабораторной работы№ 8. 2.1.6 Задачи для защиты лабораторной работы №8 2.2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9 «КОНТРОЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК» 2.2.1 Применяемые приборы и оборудование 2.2.2 Порядок выполнения работы 2.2.3 Содержание отчета 2.2.4 Вопросы для допуска к лабораторной работе №9. 2.2.5 Вопросы для защиты лабораторной работы №9. 2.2.6 Задачи для защиты лабораторной работы №9 ЛИТЕРАТУРА 5 ВВЕДЕНИЕ Образование в области безопасности жизнедеятельности невозможно без глубоких и всесторонних знаний электробезопасности. Электробезопасность представляет собой систему организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока и электрической дуги. Опасность электрического тока в отличие от прочих опасностей усугубляется тем, что человек не в состоянии без специальных приборов обнаружить напряжение дистанционно, как например, движущиеся части, раскалённые объекты, открытые люки, неограждённые края площадки, находящиеся на высоте и т.п. Опасность обнаруживается слишком поздно – когда человек уже поражён. Анализ смертельных несчастных случаев на производстве показывает, что на долю поражений электрическим током приходится до 40%, а в энергетике – до 60%. Большая часть смертельных электропоражений (до 80%) наблюдается в электроустановках напряжением до 1000В. Защитные меры должны вполне обеспечивать безопасность, но требования к ним должны быть разумными, без «перестраховки». Чтобы определить эти требования, надо ознакомиться с действием электрического тока на организм человека, определить допустимые значения тока, проходящего через тело человека, а также его зависимость от параметров электроустановки (напряжения, частоты и т.п.). В соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.019-79 электробезопасность обеспечивается: конструкцией электроустановок, техническими способами и средствами защиты, организационными и техническими мероприятиями. К техническим способам и средствам обеспечения электробезопасности, применяющихся отдельно или в сочетании, относятся: защитное заземление, зануление, защитное отключение, выравнивание потенциалов, применение малых напряжений, изоляция токоведущих частей, электрическое разделение сетей, оградительные устройства, блокировка, предупредительная сигнализация, знаки безопасности, предупредительные плакаты, электроизоляционные средства. К организационным мероприятиям относятся: инструктажи и обучение безопасным методам труда, проверка знаний правил безопасности и инструкций, допуск к проведению работ, оформленный заполнением соответствующего наряда, контроль работ ответственным лицом. Технические мероприятия предусматривают: отключение установки от источника напряжения, снятие предохранителей и другие меры, обеспечивающие невозможность ошибочной подачи напряжения к месту работы, установку знаков безопасности и ограждение, остающихся под напряжением, токоведущих частей, рабочих мест и др. 6 1 КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ 1.1 Основные термины и определения. Аварийный режим - режим работы сети, когда хотя бы один из фазных проводов замыкается на землю. Выравнивание потенциалов – снижение разности потенциалов (шагового напряжения) на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу или на их поверхности и присоединенных к заземляющему устройству, или путем применения специальных покрытий земли. Заземление — 1)3. защитное — преднамеренное электрическое соединение части ЭУ с заземляющим устройством с целью обеспечения электробезопасности. — 2) 3. рабочее — заземление какой-либо точки токоведущих частей ЭУ, необходимое для обеспечения работы электроустановки. — 3) 3. повторное нулевого защитного проводника — преднамеренное электрическое соединение нулевого защитного проводника с заземлителем, применяемое в электроустановках для обеспечения электробезопасности, часть схемы зануления. Зануление в электроустановках напряжением до 1000 В — преднамеренное соединение частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением, с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока. Защитное отключение в электроустановках напряжением до 1000 В — автоматическое отключение всех фаз (полюсов) участка сети, обеспечивающее безопасное для человека сочетание тока и времени его протекания при замыканиях на корпус или снижении уровня изоляции ниже определенного значения. Изоляция — 1) И. рабочая - электрическая изоляция токоведущих частей электроустановки, обеспечивающая ее нормальную работу и защиту от поражения электрическим током. 2) И. двойная электроприемника — совокупность рабочей и защитной (дополнительной) изоляции, при которой доступные прикосновению части электроприемника не приобретают опасного напряжения при повреждении только рабочей или только защитной (дополнительной) изоляции. – Мероприятия электробезопасности - 1) М. э. организационные — правильная организация и применение безопасных методов работы, обучение и инструктаж персонала, контроль и надзор за выполнением техники безопасности и приемов работы, механизация и автоматизация технологических процессов. - 2) М. э. технические - обеспечение нормальных метеорологических условий в рабочей зоне, нормированной освещенности, применение технических способов и средств защиты, безопасного электрооборудования, ограждений, блокировок, спецобуви и др. 7 Напряжение - 1) Н. малое - номинальное напряжение не более 42 В между фазами и по отношению к земле, применяемое в электроустановках для обеспечения электробезопасности. —2) Н. относительно земли при замыкании на корпус — напряжение между этим корпусом и зоной нулевого потенциала. - 3) Н. прикосновения — напряжение между двумя точками цепи тока замыкания на землю (на корпус) при одновременном прикосновении к ним человека. - 4) Н. шага - напряжение между двумя точками земли, обусловленное растеканием тока замыкания на землю, при одновременном касании их ногами человека. Постоянный контроль сопротивления изоляции — контроль, при котором обеспечивается непрерывное измерение и информация о действительном значении сопротивления изоляции относительно корпуса (земли) в течение всего времени нахождения электроустановки под рабочим напряжением, а также сигнализация о достижении предельно допустимого (критического) значения сопротивления изоляции. Прикосновение — 1) П. двухфазное — одновременное прикосновение к фазам электроустановки, находящейся под напряжением. — 2) П. однофазное — прикосновение к одной фазе электроустановки, находящейся под напряжением. Средства — 1) С. защиты — средства, применение которых предотвращает или уменьшает воздействие на одного или более работающих опасных или вредных производственных факторов. — 2) С. электрозащитные — средства, служащие для защиты людей, работающих в электроустановках, от поражения электрическим током, от воздействия электрической дуги и электромагнитного поля. Ток — 1) Т. замыкания на землю — электрический ток, стекающий в землю через место замыкания. — 2) Т. ощутимый — электрический ток, вызывающий при прохождении через организм ощутимые раздражения. — 3) Т. неотпускающий — электрический ток, вызывающий при прохождении через тело человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник. — 4) Т. фибрилляционный — электрический ток, вызывающий при прохождении через организм фибрилляцию сердца. Фибрилляция сердца — хаотические разновременные сокращения волокон сердечной мышцы (фибрилл), при которых сердце не в состоянии гнать кровь по сосудам. Электрический удар - электрическая травма, вызванная рефлекторным воздействием электрического тока. Электрический шок — своеобразная тяжелая нервно-рефлекторная реакция организма в ответ на раздражение электрическим током, сопровождающаяся глубокими расстройствами кровообращения, дыхания, обмена веществ. Электробезопасность — система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту персонала от опасного и 8 вредного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и электростатических разрядов. Электротравма — травма, вызванная воздействием электрического тока или электрической дуги. Электроустановка — совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, потребления, передачи, распределения электроэнергии и преобразования ее в другой вид энергии. 1.2 Человек и электрический ток 1.2.1 Виды воздействия электрического тока на организм человека Проходя через живые ткани, электрический ток оказывает тепловое, химическое (электролитическое), механическое и биологическое воздействия. Это приводит к различным нарушениям в организме, вызывая как местное поражение тканей и органов, так и общее поражение организма. Тепловое воздействие электрического тока ведет к опасным нагревам тканей и возникновению таких электротравм, как ожоги, электрические знаки, металлизация кожи. Электрический (токовый) ожог возникает при перегреве кожи и внутренних тканей тела человека проходящим по ним током. Термический (дуговой) ожог появляется в результате перегрева кожи и внутренних тканей тела мощным тепловым потоком от электрической дуги, возникшей в результате сварки или неправильных действий персонала при производстве работ. Электрический знак представляет собой специфическое поражение кожи в месте контакта с электродом, вызванное слабым тепловым воздействием электрического тока. Металлизация кожи возникает при проникновении в верхние слои кожи мельчайших частичек металла, расплавившегося под действием электрической дуги. Химическое воздействие электрического тока обусловлено электролизом крови и других содержащихся в организме растворов, изменением их химического состава и, следовательно, нарушением их физиологических функций. Воспаление наружных оболочек глаз (электроофтальмия) также является результатом химических изменений в клетках организма при облучении их мощным потоком ультрафиолетовых лучей электрической дуги. Механическое воздействие тока проявляется в расслоении мышц, разрыве сухожилий, вывихах суставов и других повреждениях тканей организма в результате резких непроизвольных судорожных сокращений мышц, вызванных протеканием тока. Биологическое воздействие тока выражается в раздражении живых тканей организма, рефлекторном возбуждении нервной системы и 9 нарушении внутренних биоэлектрических процессов. В результате могут возникнуть электрический удар и электрический шок. Электрический удар является наиболее характерной электротравмой. В зависимости от исхода условно выделяют пять степеней поражения: I степень — судорожное, едва ощутимое сокращение мышц; II степень — судорожное сокращение мышц, сопровождающееся сильными, с большим трудом переносимыми болями, без потери сознания, возможны механические повреждения (разрывы кожи, мышц, вывихи суставов, переломы костей); III степень— судорожное сокращение мышц с потерей сознания, но с сохранившимися дыханием и работой сердца; IV степень — потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания; V степень — клиническая смерть: у человека отсутствуют признаки жизни (он не дышит, сердце его не работает, болевые раздражения не вызывают у него никаких реакций, зрачки глаз резко расширены и не реагируют на свет). Функции различных органов постепенно угасают. Первыми начинают погибать очень чувствительные к кислородному голоданию клетки коры головного мозга. Длительность клинической смерти определяется временем с момента прекращения сердечной деятельности и дыхания до начала гибели клеток коры головного мозга и составляет 4—8 мин. Однако. если своевременно оказать пострадавшему первую медицинскую помощь (искусственное дыхание и непрямой массаж сердца), можно приостановить развитие смерти и сохранить жизнь. 1.2.2 Факторы, влияющие на исход поражения электротоком Значение тока, проходящего через тело человека, является основным фактором, определяющим степень опасного и вредного биологического воздействия на человека. Вместе с тем, исход поражения зависит от рода тока, его частоты и пути прохождения через тело человека, продолжительности воздействия, условий внешней среды и индивидуальных особенностей пострадавшего. Переменный ток, частотой 50 Гц, проходящий через тело человека по пути рука — рука или рука — нога, при следующих значениях оказывает определенное воздействие на организм человека: —1—2 мА — начало ощущения, слабый зуд, пощипывание кожи под электродами; —5—10 мА — боль в мышцах кисти рук и предплечья, судорожные их сокращения, руки с трудом, но можно оторвать от электродов; —10—20 мА — едва переносимые боли во всей руке, руки невозможно оторвать от электродов; —25—50 мА — очень сильная боль в руках и груди, дыхание крайне затруднено, при длительном воздействии возможны паралич дыхания и потеря сознания; 10 —50—80 мА — паралич дыхания, нарушение работы сердца, при длительном воздействии возможны фибрилляция сердца, прекращение кровоснабжения мозга, клиническая смерть; —100 мА и более — при воздействии более 3 с. вызывает фибрилляцию сердца, паралич дыхания, клиническую смерть; Пороговый ощутимый ток не может вызвать поражение человека. Значение порогового ощутимого тока у разных людей различно и при частоте 50 Гц характеризуется нормальным законом распределения (рис. 1, а) с математическим ожиданием 1,1 мА и среднеквадратичным отклонением 0,154 мА. Пороговый неотпускающий ток не приводит к немедленному поражению человека, но вызывает непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник. При частоте 50 Гц пороговый неотпускающий ток также характеризуется нормальным законом распределения (рис. 1, б) с математическим ожиданием 14,9 мА и среднеквадратичным отклонением 3,19 мА. Пороговый фибрилляционный ток (рис. 1, в) опасен для жизни человека. Вероятность возникновения фибрилляции определяется не только значением, родом и частотой тока, но и длительностью его протекания. Это объясняется неодинаковой чувствительностью сердца к электрическому току в различных фазах кардиоцикла (рис.2). Длительность фазы Т кардиоцикла, в которой сердце наиболее чувствительно к воздействию электрического тока, не превышает 0,2 с. Таким образом, чем меньше длительность действия тока на человека, тем меньше вероятность его совпадения с фазой Т. Электрическое сопротивление тела человека Z h зависит от активного сопротивления Rк кожи, емкости Ск наружных слоев кожи и внутреннего сопротивления Rh тела человека. Полное сопротивление тела человека зависит от частоты тока, приложенного напряжения, длительности протекания тока, пути тока через тело человека, пола, возраста и других факторов. Рис.1. Зависимость вероятности ( Р) появления характерных реакций человека: ощущения (а), неотпускания (б) и фибрилляции (в) от значения и длительности протекания электрического тока через тело человека (Ih) 11 Рис.2. Электрокардиограмма здорового человека (а) и плотность распределения вероятности возникновения фибрилляции сердца (Рф) в зависимости от времени протекания тока в пределах кардиоцикла (б); Р, Q, R,S, T — зубцы на кардиограмме В расчетах по электробезопасности сопротивление тела человека принимают равным 1000 Ом при напряжении прикосновения выше 42 В. Путь тока через тело человека имеет существенное влияние на исход поражения. Опасность поражения велика, если на пути тока оказываются жизненно важные органы — сердце, легкие, головной мозг (голова — рука, голова — ноги, рука — ноги, рука — рука). Менее опасным является путь нога — нога, возникающий при воздействии на человека напряжения шага. 1.3 Стекание тока 1.3.1 Классификация электроустановок и помещений по условиям электробезопасности. Электроустановки по условиям электробезопасности подразделяют на электроустановки напряжением до 1000 В и электроустановки напряжением выше 1000 В (по действующему значению напряжения). Электроустановки напряжением до 1000 В могут быть с глухозаземленной или с изолированной нейтралью, стационарными и передвижными. Стационарные электроустановки могут быть открытыми (находящимися на открытой площадке, под навесом, за сетчатыми заграждениями) и закрытыми (находящимися в закрытом помещении). Помещения электроустановок в зависимости от степени опасности поражения персонала электрическим током имеют следующие виды: —помещения с повышенной опасностью. Для них характерно наличие одного из следующих условий, создающих повышенную опасность: сырость или токопроводящая пыль; токопроводящие полы (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т.п.); высокая температура; возможность одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т.п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования — с другой; —помещения особо опасные. Это помещения с повышенной 12 сыростью, с химически активной или органической средой, с наличием одновременно двух и более факторов повышенной опасности; —помещения без повышенной опасности. В них отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность. Территорию передвижных и открытых стационарных электроустановок в отношении опасности поражения персонала электрическим током приравнивают к особо опасным помещениям. По характеру окружающей среды помещения классифицируют следующим образом: —нормальные — сухие помещения без признаков, свойственных помещениям жарким, пыльным и с химически активной средой; —сухие — помещения с относительной влажностью воздуха не более 60%; —влажные — помещения, в которых пары или конденсирующая влага выделяются лишь кратковременно, в небольших количествах, а относительная влажность воздуха более 60%, но не превышает 75%; —сырые — помещения с относительной влажностью воздуха, длительно превышающей 75%; —особо сырые — помещения, имеющие относительную влажность воздуха, близкую к 100% (потолок, стены, пол и предметы, находящиеся в помещении, покрыты влагой) ; —жаркие — помещения с температурой воздуха, постоянно или периодически (более 1сут.) превышающей +35°С; —пыльные — помещения с токопроводящей или нетокопроводящей технологической пылью, выделяемой в процессе производства; —с химически активной или органической средой — помещения, в которых постоянно или в течение длительного времени содержатся агрессивные пары, газы, жидкости, образуются отложения или плесень, разрушающие изоляцию и токоведущие части электрооборудования. 1.3.2 Напряжение прикосновения Значение напряжения прикосновения зависит от параметров цепи замыкания на землю, вида потенциальной кривой заземлителя, расстояния между человеком, стоящим на земле и касающимся заземленного электрооборудования с поврежденной изоляцией, и заземлителем, а также от электрического сопротивления основания, на котором стоит человек. При пробое изоляции на заземленный корпус одной электроустановки напряжение относительно земли на ее корпусе и на корпусах всех электроустановок, заземленных на один и тот же заземлитель, равно напряжению на заземлителе. Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе будет наибольшим и равным напряжению U3 на заземлителе в случае, если человек находится в зоне нулевого потенциала и касается корпуса заземленного электрооборудования (положение А на рис.3, а). Наименьшее значение напряжение прикосновения (Uпр = 0) приобретает, когда человек стоит на заземлителе или его проекции на поверхность земли и касается корпуса заземленного электрооборудования (положение Б на рис.3, а). Если человек стоит в другом месте в пределах зоны растекания тока и касается корпуса электрооборудования (положение В на 13 рис. 3, а), то напряжение прикосновения изменяется от наибольшего до наименьшего, т.е. от U3 до 0 в зависимости от расстояния до заземлителя. Напряжение прикосновения при групповом заземлителе определяют те же факторы, что и для одиночного заземлителя, оно имеет наибольшее значение в том случае, если человек стоит на середине отрезка между соседними, наиболее удаленными один от другого электродами и касается заземленного корпуса любой электроустановки (положение А на рис. 3, б); наименьшее значение (U пр = 0) приобретает в том случае, если человек стоит на электроде заземлителя или площади его проекции на поверхность земли и касается заземленного корпуса любой электроустановки (положение Б на рис. 3, б). Если человек стоит в другом месте в пределах площади заземлителя (положение В на рис. 3, б) и касается заземленного корпуса электрооборудования, напряжение U пр изменяется от наибольшего до наименьшего в зависимости от расстояния до заземлителей. Рис. 3 Напряжение прикосновения, определяемое на потенциальной кривой: а — при одиночном заземлителе; 6 — при групповом заземлителе; 1 — заземленные электроустановки; 2 — заземляющие проводники; 3 — заземлители; 4 — потенциальная кривая группового заземлителя Расчет напряжения прикосновения при одиночном и групповом заземлителях выполняют по формуле: 14 U ïð U ç 1 2 где U3 — напряжение на заземляющем устройстве или заземлителе,В; α1 — коэффициент напряжения прикосновения (коэффициент прикосновения); α2 — коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий падение напряжения на сопротивлении основания, на котором стоит человек. Коэффициент прикосновения 1 (1 îñí ) / ç где φосн — потенциал основания в том месте, где стоит человек, φз - потенциал заземлителя . Коэффициент напряжения прикосновения 2 Rh /( Rh Rîñí ) , где Rh — сопротивление тела человека, Ом; Rосн — сопротивление растеканию тока основания, на котором стоит человек, Ом. В практике устройства защитных заземлений расчет обычно ведут на наибольшие значения напряжения прикосновения. Когда человек без электрозащитных средств стоит непосредственно на земле, то 2 max Rh / Rh 1,5 , где Rh — сопротивление тела человека. Ом; р — удельное электрическое сопротивление земли, Ом/м. 1.3.3 Напряжение шага Значение напряжения шага зависит от напряжения на заземлителе, вида потенциальной кривой, удаления от заземлителя и ширины шага человека (принимается 0,8 м). Напряжение шага при одиночном заземлителе наибольшее, если человек стоит одной ногой на заземлителе или его проекции на поверхность земли, а другой — на расстоянии шага от него (положение А, рис. 4а), которое определяется по выражению: Uш= φ1 - φ2 где: φ1, φ2 – потенциалы на поверхности земли одной и второй ноги, В. Потенциал φ1(2) определяется по зависимости: 1( 2) 2(1) I ê . ç. 2 x I ê . ç. 2 ( x 0.8) где: x - расстояние от места замыкания проводника до ноги человека, находящегося в зоне растекания тока. 15 Плотность тока на поверхности грунта (δ, А/м2) в точке, находящейся на расстоянии Х от места замыкания, определяется по выражению: I ê . ç. 2 x2 Значение этого напряжения снижается до нуля за пределами зоны растекания, т.е. на расстоянии более 20 м от заземлителя, а также в случае, если ноги человека находятся на точках земли равного потенциала (на точках эквипотенциальных линий в зоне растекания). На расстоянии менее 20 м от заземлителя (положение В, рис. 4, а) напряжение шага имеет промежуточное значение между наибольшим и наименьшим. Рис. 4. Напряжение шага, определяемое на потенциальной кривой: а — при одиночном заземлителе; б — при групповом заземлителе; 7 — заземляющий проводник; 2 — заземлители; 3 - потенциальная кривая группового заземлителя Напряжение шага при групповом заземлителе наибольшее в том же случае, что и для одиночного заземлителя (положение А, рис. 4, б); оно уменьшается до нуля, если человек стоит в местах равного потенциала (положение Б. рис. 4, б) . В других местах в пределах площади заземлителя данное напряжение принимает промежуточное значение между наибольшим и наименьшим его значениями (положение В и Г, рис. 4, б). 16 1.4 Опасность поражения электротоком 1.4.1 Характер возможного прикосновения человека к токоведущим частям электроустановки Если человек касается одновременно двух точек, между которыми существует электрическое напряжение, и при этом образуется замкнутая цепь, через тело человека проходит ток. Значение этого тока зависит от схемы прикосновения, т.е от того, каких частей электроустановки касается человек, а также от параметров электрической сети. Прикосновение человека к находящимся под напряжением токоведущим частям электроустановки может быть двух видов: когда человек касается одновременно двух проводов и когда он касается лишь одного провода. Во втором случае предполагается наличие электрической связи между сетью и землёй (несовершенство изоляции проводов относительно земли, замыкание провода на землю в результате какой-либо неисправности и др.) Применительно к сетям переменного тока первую схему обычно называют двухфазным прикосновением, а вторую однофазным. При двухфазном прикосновении (прикосновение человека к токоведущим частям электроустановки, эквивалентное электрической нагрузке, рис. 5) напряжение прикосновения равно напряжению источника питания электроэнергией Uh. = U , а ток, проходящий через тело человека, не зависит от числа фаз сети, режима нейтрали и определяется отношением напряжения U между токоведущими частями электроустановки к сопротивлению тела человека, т.е. Ih. = U/Rh. В этом случае длительность протекания тока через тело человека ничем не ограничена. Двухфазные прикосновения в сетях напряжением выше 42 В очень опасны, но, как показывает статистика электротравматизма, происходят редко. Рис. 5 Прикосновение человека к двум фазам трёхпроводной сети с изолированной нейтралью. При однофазном прикосновении ток, проходящий через тело человека, зависит от напряжения электроустановки, сопротивления тела человека, сопротивления обуви, сопротивления пола и других факторов. 17 Прикосновение человека к металлическим нетоковедущим частям электроустановки может быть опасно в аварийном режиме при повреждении изоляции и замыкании токоведущих частей на корпус. Прикосновение человека к двум точкам земли, находящимся под разными потенциалами, возможно в аварийном режиме при повреждении изоляции и замыкании токоведущих частей на землю. Ток (Ih ), протекающий через тело человека, определяется отношением Ih. = Uш/Rh , А где: Uш - напряжение шага, В Rh - сопротивление тела человека, Ом. В электроустановках напряжением до 1000 В значение тока Ih невелико. Однофазное прикосновение происходит во много раз чаще, чем двухфазное. Рассмотрим некоторые случаи однофазного прикосновения. Сеть с глухозаземлённой нейтралью представлена на рис. 6. Рис.6 Прикосновение человека к одной фазе трёхфазной сети с глухозаземлённой нейтралью. Ток, проходящий через тело человека, определяется по выражению: Ih Uô Rh Rîá Rï R0 где Uф- фазовое напряжение сети, В ; Rh- сопротивление тела человека, Ом; Rоб- сопротивление обуви, Ом; Rп - сопротивление пола, Ом, ; R0 – сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом. В наиболее неблагоприятном случае (токопроводящая обувь, сырая земля и человек стоит на сырой земле или на токопроводящем полу), ток определяется: Ih Uô Rh 18 Сеть с изолированной нейтралью (рис. 7). Рис. 7 Прикосновение человека к одной фазе трёхфазной сети с изолированной нейтралью. Ток, проходящий через человека, определяется по формуле: Uô h Rh Rîá Rï Rèç / 3 I где: Rиз - сопротивление изоляции одной фазы сети относительно земли, Ом. В исправном состоянии Rиз>>Rh. Таким образом, при прочих равных условиях, прикосновение человека к одной фазе сети с изолированной нейтралью менее опасно, чем в сети с глухозаземлённой нейтралью. Это справедливо лишь для нормальных (безаварийных) режимов работы сети. В случае же аварии, когда одна из фаз замкнута на землю, сеть с изолированной нейтралью может оказаться более опасной, так как в этом случае напряжение неповреждённой фазы относительно земли может возрасти с фазного до линейного, в тоже время как в сети с глухозаземлённой нейтралью повышение напряжения может быть незначительным. Выбор схемы сети и, следовательно, режима нейтрали источника тока определяется технологическими требованиями и условиями безопасности. Правилами устройства электроустановок предусмотрено применение при напряжении до 1000 В лишь двух схем трёхфазных сетей: трёхпроводной с изолированной нейтралью и четырёхпроводной с заземлённой нейтралью. По технологическим требованиям предпочтение отдаётся четырёхпроводной сети, поскольку в ней возможно использование двух рабочих напряжений – линейного и фазного. По условиям безопасности в период нормального режима работы сети более безопасна, как правило, сеть с изолированной нейтралью, а в аварийный период – сеть с заземлённой нейтралью. 19 1.4.2 Основные причины поражения электрическим током Причинами поражения человека электрическим током могут быть: 1. Случайное прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением в результате ошибочных действий при проведении работ или неисправности защитных средств, которыми пострадавший касался токоведущих частей. 2. Появление напряжения на металлических конструкциях электрооборудования в результате повреждения изоляции токоведущих частей, замыкания фазы сети на землю, падения провода (находящегося под напряжением) на конструктивные части электрооборудования и др. 3. Появления напряжения на отключенных токоведущих частях в результате ошибочного включения отключенной установки, замыкания между отключенными и находящимися под напряжением токоведущими частями, разряда молнии в электроустановку и др. 4. Возникновение напряжения шага на участке земли, где находится человек, в результате: замыкания фазы на землю, выноса потенциала протяженным токопроводящим предметом (трубопроводом, железнодорожными рельсами) и др. 1.5 Технические способы защиты от поражения электротоком Перечень технических способов защиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции в электроустановках до 1000 В, применяемых отдельно или в их сочетании: защитное заземление, зануление, защитное отключение, электрическое разделение сетей, применение малого напряжения, изоляция токоведущих частей, выравнивание потенциалов. Области применения технических способов защиты определены ПУЭ. Технические способы указаны в нормативно-технической документации на электроустановку. 1.5.1 Защитное заземление Назначение защитного заземления — устранение опасности поражения электрическим током в случае прикосновения человека к корпусу электроустановки или другим конструктивным частям, оказавшимся под напряжением. Принцип действия защитного заземления состоит в снижении до безопасного уровня напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус. Это достигается уменьшением потенциала заземленного оборудования за счет снижения сопротивления заземлителя, а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования за счет подъема потенциала основания до уровня, равного или близкого к уровню потенциала заземленного оборудования. 20 Если корпус электрооборудования не заземлён и он оказался в контакте с фазой (рис. 8а), то прикосновение к такому корпусу равносильно прикосновению в фазе (рис. 8б ). В этом случае ток, проходящий через человека (при малом сопротивлении обуви, пола и изоляции проводов относительно земли) может достигать опасных значений. а б Рис. 8. Прикосновение человека к корпусу не заземлённой электроустановки при замыкании фазы на корпус. Если же корпус заземлён (рис. 9), то ток, проходящий через тело человека при Rоб= Rпол=0 будет значительно меньше и может быть определен из уравнения: Uô Ih Rh Rèç Rh Rç * 3 Rç где: Rз - сопротивление заземления, Ом. В соответствии с ПУЭ оно не должно превышать 4 Ом. Рис. 9. Прикосновение человека к корпусу заземленной электроустановки. Область применения защитного заземления: в электроустановках напряжением до 1000 В сетей переменного тока с изолированной нейтралью или изолированным выводом источника однофазного тока, а также в электроустановках напряжением до 1000 В сетей постоянного тока с изолированной средней точкой. Заземлению или занулению подлежат электроустановки в зависимости от их номинального напряжения и размещения. Не требуется выполнять защитное заземление или зануление электроустановок переменного тока напряжением до 42 В и постоянного тока напряжением до 110 В. 21 В качестве заземляющих проводников допускается использовать различные металлические конструкции: фермы, шахты лифтов, подъёмников, стальные трубы электропроводок, открыто проложенные стационарные трубопроводы различного назначения (кроме трубопроводов горючих и взрывоопасных газов, водопровода, канализации и центрального отопления). Применение неизолированных алюминиевых проводников для прокладки в земле в качестве заземляющих или нулевых защитных проводников не допускается. Запрещается использовать металлические оболочки трубчатых проводов, несущие тросы при тросовой электропроводке, металлические оболочки изоляционных трубок, а также броню и свинцовые оболочки проводов и кабелей в качестве заземляющих или нулевых защитных проводников. Для обеспечения надежного контакта соединения заземляющих и нулевых защитных проводников применяют сварку, а присоединение их к частям оборудования, подлежащим заземлению или занулению, выполняют сваркой или болтовым соединением с обеспечением доступа для осмотра. 1.5.2 Зануление Назначение зануления — устранение опасности поражения электрическим током при прикосновении к корпусу электроустановки или другим металлическим нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением, при замыкании фазы на корпус. Принцип действия зануления заключается в превращении замыкания фазного проводника на корпус электроустановки в однофазное короткое замыкание (КЗ) для того, чтобы вызвать большой ток, способный обеспечить быстрое срабатывание защиты поврежденной электроустановки и тем самым отключить ее от питающей сети. В аварийный период, т. е. с момента возникновения замыкания на корпус и до автоматического отключения поврежденной электроустановки от сети, заземление электроустановок через нулевой защитный проводник снижает напряжение между корпусом и землей. Рис. 10. Принципиальная схема зануления 1 - корпус потребителя электроэнергии; 2- аппараты защиты потребителя от тока короткого замыкания (плавкие предохранители, автоматы и т.п.) φ – фазный провод; О – нулевой защитный провод; Rо сопротивление заземлённой нейтрали источника тока; Rп – сопротивление повторного заземления нулевого защитного провода; Iк – ток однофазного короткого замыкания. 22 Схема зануления (рис. 10) предусматривает глухое заземление нейтрали, нулевой защитный проводник и повторное заземление нулевого защитного проводника. Заземление нейтрали источника тока имеет целью снижение напряжения зануленных корпусов электроустановок и нулевого защитного проводника относительно земли до безопасного значения при замыкании фазного проводника на землю) . Нулевой защитный проводник в схеме зануления предназначен для обеспечения необходимого для отключения электроустановки значения тока однофазного короткого замыкания Iк.з на корпус путем создания для этого тока цепи с малым сопротивлением. Величина тока короткого замыкания определяется по следующей зависимости: I ê.ç Uô rô rí где: rф – сопротивление фазного провода, Ом; rн – cопротивление нулевого провода, Ом. Напряжение на корпусе будет определяться: Uк=Iк.з.• rн Повторное заземление нулевого защитного проводника имеет целью снижение напряжения зануленных корпусов электроустановок относительно земли в период замыкания фазы на корпус как при исправной схеме зануления, так и в случае обрыва нулевого защитного проводника. Область применения зануления — трехфазные четырехпроводные сети напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью или глухозаземленным выводом источника однофазного тока. Одновременное зануление и заземление одного и того же корпуса, а точнее заземление зануленного корпуса, не только не опасно а напротив, улучшает условия безопасности, так как создает дополнительное заземление нулевого защитного провода. Зануление, как и заземление, не защищает человека от поражения электрическим током при прямом прикосновении к токоведущим частям. Поэтому возникает необходимость применения (в помещениях особо опасных в отношении поражения электрическим током), помимо зануления, и других защитных мер, в частности, защитного отключения и выравнивания потенциалов. 1.5.3 Защитное отключение Это быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения человека током. 23 При применении этого вида защиты безопасность обеспечивается быстродействующим (0,1—0,2 с) отключением аварийного участка или всей сети при однофазном замыкании на землю или на элементы электрооборудования, нормально изолированные от земли, а также при прикосновении человека к частям, находящимся под напряжением. Защитное отключение может служить дополнением к системам заземления и зануления, а также в качестве единственной основной меры защиты. Функции защитного отключения могут выполнять также устройства контроля изоляции, если они обеспечивают отключение как при снижении сопротивления изоляции, так и при касании человека частей, находящихся под напряжением. Защитное отключение — весьма перспективная мера за на предприятиях химической промышленности, особенно в помещениях, особо опасных в отношении поражения электрическим током, а также во взрывоопасных зонах. 1.5.4 Выравнивание потенциалов Это метод снижения напряжения прикосновения и шага между точками электрической цепи, к которым человек может одновременно прикоснуться или на которых он может одновременно стоять. Для выравнивания потенциалов в землю укладывают стальные полосы в виде сетки по всей площади, занятой оборудованием. В производственном помещении корпуса электрооборудования и производственного оборудования в той или иной степени связаны между собой. При замыкании на корпус в каком-либо из электроприемников все металлические части приобретают близкое по величине напряжение относительно земли. В результате напряжение между корпусом электроприемника и полом существенно уменьшается, происходит выравнивание потенциалов по всей площади помещения. При выравнивании потенциалов, человек, находящийся в этой цепи замыкания, оказывается под сравнительно малым напряжением. В соответствии с требованиями СНиП, для выравнивания потенциалов во всех помещениях и наружных установках строительные металлические конструкции, трубопроводы всех назначений и корпуса технологического оборудования должны быть присоединены к сети заземления или зануления. Фактор выравнивания потенциалов имеет большое значение для обеспечения безопасности и является эффективной защитной мерой, но как самостоятельную меру защиты его не применяют. 1.5.5 Малое напряжение Малым считается номинальное напряжение не более 42 В, применяемое для снижения опасности поражения электрическим током. 24 Использование этой меры особенно эффективно при работе помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и на наружных установках. Однако электроустановки и с таким напряжением представляют опасность при двухфазном прикосновенийМалые напряжения применяют для питания электроинструмента, светильников стационарного освещения и переносных ламп в помещениях с повышенной опасностью или особо опасных других случаях. 1.5.6 Защитная изоляция Исправность изоляции – основное условие обеспечения безопасности эксплуатации и надёжного электроснабжения электроустановок. Сопротивление изоляции токоведущих частей в значительной мере определяет степень безопасности эксплуатации любых электроустановок. Применяют несколько видов изоляции токоведущих частей электроустановок: рабочую, дополнительную, двойную и усиленную. Рабочая изоляция обеспечивает нормальную работу электроустановки и защиту персонала от поражения электротоком. Материалом рабочей изоляции служат эмаль, лаки и компауды. Дополнительная изоляция предусматривается дополнительно к рабочей в случае повреждения последней. Дополнительной изоляцией может служить пластмассовый корпус машины, изолирующая втулка и другие элементы. Двойная изоляция состоит из рабочей и дополнительной. Инструменты с двойной изоляцией могут использоваться без других защитных средств. Усиленная изоляция – улучшенная рабочая, обеспечивающая такую - же степень защиты от поражения электрическим током, как и двойная изоляция. Сопротивление рабочей изоляции должно быть не менее 0,5 МОм, двойной и усиленной – не менее 5 МОм. Периодический контроль сопротивления изоляции выполняют не реже одного раза в год (ручного электроинструмента и переносных светильников — не реже одного раза в 6 мес.). Сопротивление изоляции измеряют мегомметром с номинальным напряжением 500—1000 В Постоянный контроль сопротивления изоляции при рабочем напряжении электроустановки возможен только в сетях с изолированной нейтралью (проводом). 25 2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 2.1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8 ОПАСНОСТЬ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ Цель работы: исследование опасности поражения человеке электрическим током в трехфазных сетях с изолированной нейтралью с оценкой эффективности защитных мер. 2.1.1 Применяемые приборы и оборудование Работа выполняется на специальном стенде, лицевая сторона которого представлена на рисунке 11. На стенде имитируется трехфазная электрическая сеть с изолированной нейтралью. К сети подключены два электродвигателя, корпус первого из них занулен, а корпус второго заземлен, причем сопротивление заземляющего устройства может ступенчато изменяться (4, 10, 100 Ом). Стенд позволяет моделировать различные ситуации работы электрооборудования как в нормальном, так и в аварийных режимах, а также возможные случаи поражения человека электрическим током при прикосновении к нетоковедущим частям электрооборудования, оказавшегося под напряжением. Все измерения проводятся при помощи условных приборов (вольтметров и миллиамперметров). Рис. 11. Стенд для изучений электробезопасности электроустановок до 1000 В: 1...7-тумблеры, функциональное назначение которых представлено в таблице I; 8-переключатель сопротивлений заземлителя; 9,10условные миллиамперметры, измеряющие токи проходящие соответственно через 2-го и 1-го человека; 11,12-условные вольтметры, измеряющие соответственно линейное напряжение в сети и напряжение на корпусе 2-го электродвигателя; 13-плавкие предохранители; 14-воздушный разрядник; з, ж, к – окраска секторов 26 условных приборов, имитирующих соответственно величину тока и напряжения в цепи: з - зеленый сектор (3мА, 3 В); ж-желтый сектор (10 мА, 10B); к- красный сектор (80 мА, 80 В). Таблица 1 Функциональное назначение тумблеров Номера тумблеров 1 2 3 4 5 6 7 8 Функциональное назначение Включение стенда в сеть Включение-первого электродвигателя Включение-второго электродвигателя Пробой второго электродвигателя Касание второго человека к корпусу электродвигателя Касание первого человека к корпусу электродвигателя Снижение уровня изоляции нейтрали Изменение параметров заземлителя: 4, 10, 100м 2.1.2 Порядок выполнения работы 2.1.2.1 Ознакомиться со схемой стенда и установить тумблеры в положение "выключено". 2.1.2.2 В табл. 2 внести данные характеризующие вид электросети (трехпроводная, четырехпроводная) и режим нейтрали питающего трансформатора (заземлена, изолирована). 2.1.2.3. Включить тумблеры 1, 2, 3. По высвечиваемой на стенде схеме внести в таблицу следующие данные: режим работы электроустановки (нормальный - Н, аварийный - А) и применяемые в электроустановках защитные меры (заземление, зануление), поставив соответствующих графах знаки "+", 2.1.2.4. В последовательности, указанной в таблице 2, включить элементы схемы при помощи отдельных тумблеров. Результаты наблюдений записать в табл. 2. 2.1.2.5. По полученном данным сделать выводы о влиянии режима работы нейтрали и сопротивления заземлителя на опасность поражения. 2.1.2.6. Построить зависимость J h f R3 , где R 3 сопротивление заземлителя, Ом. Таблица 2 Результаты наблюдений. № электродви -гателя Вид электросет и Режим нейтрали № тумблеров 123 12356 1346 1-й Режим работ ы Н А 2-й Защитная мера Заземл . Занул . Режим работ ы Н А Защитная мера Показания миллиамперметра Заземл . 4О м Занул . 10О м 100О м 27 12345 123456 123467 2.1.3 Содержание отчета Отчет должен содержать: - цель работы; - порядок выполнения работы; - схему электрической сети с изолированной нейтралью и подключенными к ней электродвигателями; - таблицу с результатами замеров и наблюдений; - гpaфик J h f R3 - выводы по работе. 2.1.4 Вопросы для допуска к лабораторной работе №8. 1. Сформулируйте цель лабораторной работы. 2. Укажите вид электросети, имитируемой на лабораторном стенде. 3. Сколько электродвигателей подключено к электросети? 4. Какая электрозащитная мера, используется на 1-м электродвигателе, приведите её характеристику 5. Какая электрозащитная мера, используется на 2-м электродвигателе, приведите её характеристику. 6. Что такое - зануление? 7. Что представляет собой защитное заземление? 8. Укажите номер тумблера, включающего 1-й электродвигатель. 9. Укажите номер тумблера, включающего 2-й электродвигатель. 10. Какие режимы работы электрооборудования моделируются на лабораторном стенде? 11. Укажите номер тумблера, имитирующего пробой напряжения на корпус 2-го электродвигателя. 12. Какие значения сопротивления заземляющего устройства анализируются при работе 2-го электродвигателя? 13. Укажите номер тумблера, предназначенного для изменения сопротивления заземлителя. 14. Какие приборы, изображенные на стенде, предназначены для измерения тока, проходящего через тело человека? 15. Каким прибором измеряется линейное напряжение в сети? 16. Каким прибором измеряется напряжение на корпусе 2-го электродвигателя? 17. Какую величину тока проходящего через тело человека показывает зеленый сектор условного миллиамперметра (9)? 18. Какую величину тока проходящего через тело человека показывает желтый сектор условного миллиамперметра (9)? 19. Какую величину тока проходящего через тело человека показывает красный сектор условного миллиамперметра (9)? 28 20. Какой график необходимо построить при выполнении лабораторной работы? 21. Укажите номер тумблера, имитирующего снижение уровня изоляции нейтрали. 22. Какую величину напряжения прикосновения показывает зеленый сектор условного вольтметра (12)? 23. Какую величину напряжения прикосновения показывает желтый сектор условного вольтметра(12)? 24. Какую величину напряжения прикосновения показывает красный сектор условного вольтметра(12)? 25. Какую роль выполняют плавкие предохранители (13)? 26. Зачем нужен воздушный разрядник (14)? 27. Какой режим работы сети считается аварийным? 28.Как будет изменяться напряжение прикосновения при удалении от заземлённого электрооборудования в аварийном режиме? 2.1.5 Вопросы для защиты лабораторной работы 8 1. Что такое электробезопасность? 2. Назовите основные причины поражения человека электрическим током. 3. Какое действие оказывает электрический ток на организм человека? 4. Какие электротравмы относятся к тепловому воздействию электрического тока на организм человека? 5. Какие электротравмы относятся к электролитическому воздействию электрического тока на организм человека? 6. Какие электротравмы относятся к биологическому воздействию электрического тока на организм человека? 7. Назовите факторы, определяющие опасность поражения электрическим током. 8. В каких пределах лежит пороговый неотпускающий переменный ток? 9. Чему равна величина порогового переменного фибрилляционного тока? 10. От каких факторов зависит сопротивление тела человека? 11. Укажите менее опасный путь протекания электрического тока через тело человека. 12.Какое значение сопротивление тела человека принимают при расчётах по электробезопасности? 13. От каких факторов зависит величина тока, протекающего через человека при однофазном прикосновении к токоведущим частям? 14. От каких факторов зависит величина тока, протекающего через человека при двухфазном прикосновении к токоведущим частям? 15. Что опаснее, однофазное или двухфазное прикосновение и почему? 29 16. Как подразделяются помещения по опасности поражения электрическим током? 17. К какому классу по опасности поражения людей электрическим током относится помещение, в котором периодически возникает повышенная влажность (более75%)? 18. К какому классу по опасности поражения людей электрическим током относится производственное помещение, в котором присутствует химически активная среда? 19.* От каких параметров зависит величина напряжение прикосновения? 20. Укажите основные меры защиты от поражения электрическим током. 21. Какие параметры влияют на напряжение шага? 22.* Сделайте сравнительный анализ электробезопасности электрических сетей с изолированной нейтралью по сравнению с сетями с заземлённой нейтралью трансформатора. 23 Перечислите технические способы защиты от поражения электротоком. 24. Принцип действия защитного заземления. 25.* Область применения защитного заземления. 26. Какой величины должно быть сопротивление заземлителя в электроустановках, работающих при напряжении до 1000 В? 27* Принцип действия зануления. 28. Для чего предназначен нулевой защитный проводник? 29*. Что считается замыканием на землю? 30*. С какой целью осуществляют повторное заземление нулевого защитного проводника? 31. Укажите роль изоляции токоведущих частей электроустановок 32. Что такое линейное напряжение? 33. Что такое электрическое напряжение? 34. Что такое напряжение прикосновения? Примечание: студенты, обучающихся по специальностям : ЭС, АС, АПП, Сервис, ПТЭ, готовятся к защите, используя весь список вопросов; студенты всех остальных специальностей вопросы, помеченные * исключают. 2.1.6 Задачи для защиты лабораторной работы №8 1. Определить величину тока, проходящего через человека при двухфазном прикосновении его к токоведущим частям электроустановки, подключённой к трёхфазной, трёхпроводной сети с изолированной нейтралью. Напряжение питающего трансформатора U=380/220 В. 2. Сделать вывод об опасности поражения человека электрическим током при прикосновении его к одному оголенному проводу трехфазной сети с глухо заземленной нейтралью. Напряжение 30 питающего трансформатора U=380/220 В, сопротивление обуви R об=20 кОм; сопротивление пола R п=15 кОм; сопротивление изоляции проводов относительно земли R из=500 кОм, сопротивление заземляющих устройств R з=4 Ом Схема работает в нормальном режиме. 3. Определить величину тока, протекающего через тело человека, при прикосновении его к одному проводу трехфазной сети с изолированной нейтралью. Напряжение питающего трансформатора 380/220 В, сопротивление пола R п=15 кОм, сопротивление изоляции проводов относительно земли 210 кОм, сопротивление обуви 1,0 кОм Схема работает в нормальном режиме. 4. Определить величину тока, который пройдёт через тело человека при прикосновении к одному оголенному проводу трехфазной сети с изолированной нейтралью для следующих условий: 1) человек стоит на сырой земле в сырой обуви, 2) человек стоит в резиновых галошах Rоб = 25 кОм, на деревянном полу Rп = 10 кОм. 5. Определить величину тока, протекающего через человека при прикосновении его к одному проводу трехфазной сети с изолированной нейтралью. Человек имеет проводящую обувь и стоит на токопроводящем полу. U=380/220 В, Rп=1000 Ом, R из= 90 кОм. 6. В результате замыкания фазного провода на землю произошло растекание тока. Определить напряжение шага, которое возникнет при нахождении человека на расстоянии 3 м от места замыкания. Ток короткого замыкания на землю J к.з.=100 А, удельное электрическое сопротивление грунта (суглинок) ρ= 100 Ом·м. Ширина шага - 0,8м. Сделать эскиз. 7.* В результате короткого замыкания на полусферическом заземлителе произошло стекание тока. Определить плотность тока (δ, А/м2) и величину потенциала (φ) на поверхности грунта, в точке А, находящейся на расстоянии Х = 10 м от места замыкания. Ток короткого замыкания Jк.з. = 150 А, удельное электрическое сопротивление грунта ρ = 40 Ом·м. 8.* Определить величину тока, протекающего через человека, прикоснувшегося к заземлённой электроустановке в момент короткого замыкания (сеть с изолированной нейтралью). Коэффициенты прикосновения α 1 = α2 = 1. Сопротивление заземлителя Rз=4 Ом. Ток короткого замыкания =100 А. 9.* Человек, прикоснулся к электроустановке в момент короткого замыкания на корпус. Электроустановка подсоединена к электрической сети U=380/220В с глухозаземленной нейтралью и с нулевым приводом. Определить величину тока, протекающего через тело человека (сопротивление нулевого провода - 2 Ом; сопротивление фазного провода – 4 Ом.) 31 10.* Оценить опасность прикосновения к заземленному корпусу электроприемника трехфазной сети 380/220 В с глухозаземленной нейтралью (rн = 4 Ом; rф = 6 Ом) при замыкании одной из фаз на корпус электроприемника и номинальном токе срабатывания автомата 20 А. Примечание: * помечены задачи, предназначенные для студентов, обучающихся по специальностям ЭС, АС, АПП, Сервис, ПТЭ. 2.2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9 КОНТРОЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ТОКОВЕДУЩИХ ЧАСТЕЙ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК Цель работы: ознакомиться с методами контроля качества изоляции 2.2.1 Применяемые приборы и оборудование В работе применяется специальный стенд, на котором представлены три макета (рис.12) Рис.12 Стенд для имитации возникновения утечек тока в трехпроводной электрической сети с изолированной нейтралью I – макет для имитации токов утечки с любой из фаз (А,В,С); II - макет для имитации короткого замыкания фазы на корпус; III - макет для имитации токов, протекающих через тело человека при прикосновении к одной из рабочих фаз. Органы управления на стенде имеют следующие назначения: 1 – тумблер включения стенда; 2 – переключатель, служащий для включения в работу соответствующего макета; 3 – миллиамперметр для изменения тока утечки в любой из фаз и тока, протекающего через организм человека; 4, 12 – переключатели фаз; 5, 10, 14 – сигнальные лампы; 32 6-1…6-7 – тумблеры для изменения величины токов утечки в рабочих фазах; 7-1…7-3 – тумблеры для имитации ухудшения изоляции рабочих фаз; 8 – вольтметр; 9 – амперметр; 11 – кнопка для имитации короткого замыкания; 13-1…13-10 – тумблеры для изменения тока, протекающего через тело человека. При достижении токов утечки более 80 мА загорается сигнальная лампа 5, а при токах утечки свыше 100 мА – подается также и звуковой сигнал. Звуковой сигнал подается и в том случае, если неправильно собрана (включена) схема. 2.2.2 Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с устройством стенда. 2. Поставить переключатель 2 в положение 1, а переключатели 4 и 12 в одно из положений (по заданию преподавателя). 3. Тумблером 1 включить стенд, при этом высвечивается фаза, в которой измеряются токи утечки. Последовательно включаются тумблеры 6-1…6-7 (тумблеры серии 6-1…6-6 включаются переводом ручек из среднего положения в верхнее, а тумблер 6-7 – из среднего положения в крайнее левое). Удерживая тумблер в таком положении, снять показание величины тока утечки по шкале миллиамперметра 3. Данные занести в таблицу 1. По нижеприведённой формуле рассчитать сопротивление изоляции (Rиз) Uф R из , кОм J ут где Uф = 220 В, фазное напряжение в сети; Jут – ток утечки, мА. Данные занести в таблицу. 4. Включить один из тумблеров серии 7-1…7-3 и провести измерения по пункту 3. 5. Переключатель 2 перевести в положение II, записать показания вольтметра 8 и амперметра 9. Нажать на 2-3 секунды кнопку 11 (имитация короткого замыкания) и записать показания вольтметра и амперметра 6. Переключатель 2 перевести в положение III, при этом на макете III высвечивается одна из фаз, к которой прикоснулся человек. Включая последовательно тумблеры серии 13-1…13-10, по миллиамперметру 3 измерить токи, проходящие через тело человека. Данные занести в таблицу. По измеренным токам, проходящим через тело человека, выделить: пороговый ощутимый (ПО) ток, пороговый неотпускающий (ПН) ток, пороговый фибрилляционный (ПФ) ток. 33 Рассчитать сопротивление изоляции (Rиз) фазы относительно земли (принять сопротивление пола Rn=0, сопротивление обуви Rоб=0) по нижеприведённой формуле. U R èç 3 ô 1, êÎì Jh где: Jh – ток, протекающий через тело человека, мА. Результаты занести в таблицу. 7. Сделать вывод о дальнейшей эксплуатации исследуемых объектов, исходя из оценки качества изоляции и требований ПУЭ. Таблица 3 Результаты наблюдений. № макета I II Фаза № тумблера 6-1 6-2 6-3 6-4 6-5 6-6 6-7 J ут, мА Rиз, кОм Вкл. тумблера серии 7 J ут, мА Rиз, кОм Режим работы Показания приборов вольт- амперметра, метра, В А III Фаза № тумблера J h, мА Пороговые токи Rиз, кОм 13-1 13-2 13-3 13-4 13-5 13-6 13-7 13-8 13-9 13-10 Примечание: Н- нормальный режим работы; А – аварийный режим работы. 2.2.3 Содержание отчета Отчет должен содержать: - цель работы; - схему имитации возникновения утечек тока в трехпроводной сети с изолированной нейтралью; - порядок выполнения работы; - заполненную таблицу с результатами наблюдений; - выводы. 2.2.4 Вопросы для допуска к лабораторной работе 9 1.Сформулируйте цель лабораторной работы. 2.Перечислите макеты, представленные на лабораторном стенде. 3.Какой тип электрической сети применяется в лабораторной работе для имитации возникновения токов утечки? 4.При помощи какого тумблера включается в работу лабораторный стенд? 5.Что расположено на передней панели макета 1? 6.Какую функцию выполняет переключатель 2 (макет 1)? 34 7.Какой прибор используется для измерения токов утечки с любой фазы (макет 1) и тока, протекающего через тело человека (макет 3)? 8.При помощи каких переключателей происходит переключение фаз на 1 и 3 макетах? 9.В каком случае включается сигнальная лампа 5 (макет 1)? 10 Что происходит на макете 1 при возникновении токов утечки свыше 100 мА? 11.Какую функцию выполняют тумблеры 6-1…6-7 (макет 1)? 12.Какие тумблеры имитируют ухудшение изоляции рабочих фаз (макет 1)? 13.Что расположено на передней панели макета 2? 14.Что имитирует кнопка 11 (макет 2)? 15.Что расположено на передней панели макета 3? 16.Для чего служат тумблеры 13-1…13-10 (макет 3)? 17.В чем особенность включения тумблеров 6-1…6-7 (макет 3)? 18.По какой формуле рассчитывается сопротивление изоляции рабочей фазы? 19.Перечислите последовательность операций при имитации короткого замыкания (макет 2). 20.Перечислите последовательность операций при имитации токов, протекающих через тело человека при прикосновении к одной из рабочих фаз (макет 3). 21.По какой формуле рассчитывается сопротивление изоляции фазы относительно земли при касании человека одной из фаз? 22.Какие меры безопасности необходимо соблюдать при выполнении лабораторной работы? 2.2.5 Вопросы для защиты лабораторной работы №9 1. Какую роль выполняет изоляция токоведущих частей электроустановки? 2. Какие виды изоляции существуют? З. Что такое рабочая изоляция? 4. Что такое двойная изоляция? 5. Каким показателем оценивается качество изоляции? 6. Перечислите основные причины, вызывающие старение изоляции. 7. Какие факторы оказывают существенное влияние на состояние изоляции? 8. Какой прибор используется для измерения электрического сопротивления изоляции? 9. По какой формуле рассчитывается ток утечки с фазы на землю? 10. По какой формуле определяется ток, проходящий через тело человека, коснувшегося одной фазы в сетях с изолированной нейтралью? 11*. Перечислите пороговые токи и приведите их математические ожидания. 35 12. В каком нормативном документе регламентируются требования к изоляции токоведущих частей? 13. Каково допустимое минимальное значение сопротивления изоляции для каждого участка цепи? 14. Утечка тока в сети не должна превышать значения… I5. C какой целью необходимо проводить контроль и испытание изоляции? 16. Какие виды контроля и испытаний изоляции применяют на практике? 17*.В каких сетях применяется постоянный контроль сопротивления изоляции? 18* В каких сетях осуществляется периодический контроль сопротивления изоляции ? 19* По какой зависимости рассчитывается напряжение прикосновения при одиночном заземлителе? 20. Что такое «короткое замыкание»? 21 От каких параметров зависит напряжение шага? 22*. В каких случаях может быть опасным прикосновение человека к нетоковедущим частям электроустановки? 23* Как рассчитывается ток, проходящий через тело человека, прикоснувшегося к заземлённому корпусу электроприёмника с повреждённой изоляцией (сеть с изолированной нейтралью)? 24.* Сравните трёхфазные электрические сети с изолированной и глухозаземлённой нейтралью с точки зрения электробезопасности 25* Перечислите области применения основных технических способов защиты от поражения электротоком. 26. Какое напряжение считается «малым» (с точки зрения электробезопасности)? 27.Как изменяется величина напряжения (в данной лабораторной работе) при коротком замыкании ? 28.Как изменяется величина тока (в данной лабораторной работе) при коротком замыкании? 29.Что такое фибрилляция сердца? 30.Каково математическое ожидание порогового неотпускающего тока? Примечание: студенты, обучающихся по специальностям :ЭС, АС, АПП, Сервис, ПТЭ, готовятся к защите, используя весь список вопросов; студенты всех остальных специальностей вопросы, помеченные * исключают. 2.2.6 Задачи для защиты лабораторной работы №9 1. В помещении без повышенной опасности по поражению электрическим током, установлены три электрических прибора. Проанализировать наиболее опасный случай прикосновения человека к 36 приборам при пробое изоляции на корпус. Корпус одного прибора заземлен (по указанию преподавателя). 2. Определить величину тока, проходящего через тело человека, при прикосновении к одной фазе сети с изолированной нейтралью напряжением U=380/220 В. Вторая фаза замкнута на землю. Сопротивление изоляции третьей фазы относительно земли 37 кОм, сопротивление обуви 2 кОм, сопротивление пола 8 кОм. Какой тип контроля сопротивления изоляции применяется в данном случае? 3. Определить величину тока утечки в сети с изолированной нейтралью (напряжение питающего трансформатора 380/220В), сопротивление изоляции 0,7 МОм. 4*. Определить сопротивления растеканию тока одиночных заземлителей вертикального стержневого Rв и горизонтального полосового Rг и сравнить их значения. Размеры одиночных заземлителей и их размещение в земле показаны на рисунке. Удельное сопротивление грунта Ом*м При решении задачи пользоваться рекомендуемой литературой [2] 37 5*. Потребитель электроэнергии подключен к сети с напряжением 380/220 В. В результате аварии произошло замыкание одного из фазных проводов на заземленный корпус. (см. рис.) Определить напряжение прикосновения и величину тока, проходящего через тело человека, прикоснувшегося к электроустановке в момент замыкания фазного провода на корпус. Дано: RL1= RL2= RL3= R=90 кОм; RЗ=4 Ом; 1= 2= 1. 6*. Определить значение тока Ih и напряжение прикосновения Uh, если человек прикоснулся к заземленному корпусу электроустановки, на который произошло замыкание фазного провода L1 сети 380/220 В, фазный провод L3 замкнулся на землю (аварийный режим сети). Дано: Rз= 4 Ом, Rзм= 34 Ом, RL1= RL2= RL3= R = 20 кОм; Rосн= 1 кОм. 7*. Определить значение тока, проходящего через тело человека, если человек прикоснулся к заземленному корпусу электроустановки, на который произошло замыкание одного из фазных проводов сети (380/220 В). 38 Дано: RL1= RL2= RL3= R = 30 кОм; R0=4 Ом; RЗ=2 Ом. Заземлитель полушаровой с радиусом r = 0,4 м; человек стоит на земле на расстоянии х =2 м от заземлителя; Rосн= 9 кОм. Оценить опасность поражения человека током, используя первичные критерии электробезопасности. 8* Рассчитать ток, протекающий через тело человека (сопротивление пола 13 кОм, сопротивление обуви 35 кОм), при однофазном прикосновении человека к фазному проводу трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью напряжением U = 380/220 В , если сопротивление изоляции каждой фазы Rи = 100 кОм, 9*. Ток стекает в землю через стержневой заземлитель круглого сечения, погруженный в землю на глубину l = 3 м (см. рисунок). Определить потенциал точки m на поверхности земли, отстоящей от центра заземлителя на расстояние х = 20 м, при токах Iкз, равных 1; 10; 50; 100; 500; 1000 А. Принять удельное электрическое сопротивление грунта = 100 Ом*м. При решении задачи пользоваться рекомендуемой литературой [2] Примечание: * помечены задачи, предназначенные для студентов, обучающихся по специальностям ЭС, АС, АПП, Сервис,ПТЭ. 39 ЛИТЕРАТУРА 1.Безопасность жизнедеятельности. Учебник для вузов./ Под общ. ред. СВ. Белова. - М.: Высш. шк., 2004.- 606 с. 2.Князевский Б. А. и др. Электробезопасность в машиностроении. — М.: Машиностроение, 1980. — 240 с. 3 . Д о л и н П. А. Основы техники безопасности в электроустановках. — М.: Энергоатомиздат, 1984. — 424 с. 4.ГОСТ 12.1.009—76. Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Термины и определения. 5.ГОСТ 12.1.019—79. Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Общие требования. 6.ГОСТ 12.1.030—81. Система стандартов безопасности труда. Защитное заземление, зануление. 7.ГОСТ 122.038—82. Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов. 8.Правила устройства электроустановок. — М.: Энергоатомиздат, 2005.640 с. 9.Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 424 с. 10 ПОТ РМ-016-2001 РД 153-34.0-03.150-00 Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок. М Минэнерго 2001, 156с. 40 Учебное издание БЕЗОПАСНОСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ Учебно-методическое пособие для выполнения лабораторных работ студентами всех специальностей дневного, вечернего и заочного отделений НИ РХТУ им. Д.И.Менделеева Новомосковск, 2008 Составители Фандеев Николай Петрович Быкова Алла Андреевна Мишанов Александр Александрович Коледёнкова Ольга Алексеевна Сухачёва Галина Николаевна Черкасова Лариса Николаевна Редактор Е.М.Туманова Лицензия ЛР №020714 от 02.02.98 Подписано в печать . 06. Формат 60х84'/16. Бумага Svetocopy. Отпечатано на ризографе. Усл. печ. л . Уч.-изд. л . Тираж 50 экз. Заказ № Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева Новомосковский институт. Издательский центр Адрес университета:125047, Москва, Миусская пл., 9 Адрес института: 301670. Новомосковск, Тульской обл., Дружбы
