Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ШАГОВОГО НАПРЯЖЕНИЯ И НАПРЯЖЕНИЯ ПРИКОСНОВЕНИЯ

Методические указания к лабораторной работе по БЖД

 

Набережные Челны

2006

УДК

Исследование возникновения шагового напряжения и напряжения прикосновения: Методические указания к лабораторной работе по БЖД. /Составитель Н.Ш. Шаякберов. - Набережные Челны: КамПИ; 2002. – 26с.

Методические указания предназначены для студентов всех специальностей дневной и заочной форм обучения. Даются краткие теоретические сведения по возникновению шагового напряжения и напряжения прикосновения при повреждении изоляции электроустановок и отекании тока с корпуса на землю. Предлагается порядок проведения эксперимента и оформления полученных результатов.

Рецензент: кандидат технических наук, доцент кафедры АиИТ Замараев В.Н.

Печатается по решению научно-методического совета Камского государственного политехнического института.

 

 

© Камский государственный политехнический институт, 2005 год.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ШАГОВОГО НАПРЯЖЕНИЯ И НАПРЯЖЕНИЯ ПРИКОСНОВЕНИЯ

Цель работы: Исследование основных параметров шагового напряжения и напряжения прикосновения в зоне растекания тока на землю и определение опасных зон.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Анализ статистических данных показывает, что несчастные случаи на производстве от поражения электрическим током, сопровождающиеся временной утратой трудоспособности составляют примерно 1%, а имеющие смертельный исход - около 40% от их общего количества. При этом до 80% случаев со смертельным исходом от поражения электрическим током приходится на напряжения в 127 и 220В.

Следует отметить, что имеются тысячи предприятий, на которых в результате проводимых мероприятий по электробезопасности за многие годы не было случаев электротравматизма.

Причины несчастных случаев от электротока разнообразны и многочисленны, но основными из них при работе с электроустановками напряжением до 1000В можно считать:

1) случайное прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением;

2) прикосновение к нетоковедущим частям электроустановок, случайно оказавшимися под напряжением вследствие повреждения изоляции или другой неисправности;

3) попадание под напряжение во время проведения ремонтных работ на отключенном электрооборудовании из-за ошибочного его включения;

4) замыкание провода на землю и возникновение шагового напряжения на поверхности земли или основании, на котором находится человек.

Мероприятия по защите обеспечивают недоступность токоведущих частей для случайного прикосновения; пониженное напряжение; заземление и зануление электроустановок; автоматическое отключение: индивидуальную защиту и др.

Ниже рассматриваются обстоятельства возникновения шагового напряжения и напряжения прикосновения в результате пробоя изоляции на металлический корпус электроустановки.

ЧАСТЬ 1

ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ШАГОВОГО НАПРЯЖЕНИЯ.

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ

При передаче электрической энергии, например напряжением 380/220В от силовых трансформаторов, установленных на подстанции, по кабелям и проводам через их изоляцию и емкости относительно земли, а также через изоляцию обмоток и другие элементы электроустановок по всей их длине стекают микроскопические токи утечки на землю. Это происходит в виду того, что земля является проводниковым материалом и между нею и токоведущими частями различных фаз электрической сети существует разность потенциалов. В связи с тем, что суммарные, полные сопротивления изоляции электросистемы относительно земли в разветвленных сетях составляют несколько тысяч Ом, поэтому суммарный ток утечки на землю, распределенный по всей длине электрической сети составляет не более 100 - 200 мА. Такие токи утечки не представляют какой-либо опасности для человека, касающегося металлического корпуса электроустановки. Опасная ситуация возникает, когда в электроприемнике, например в электродвигателе, происходит повреждение изоляции и токоведущая часть замыкает на металлический корпус. При этом сопротивление изоляции в месте повреждения падает до нуля и касание корпуса становится равноценным касанию оголенной токоведущей фазы сети, что представляет смертельную опасность для человека. Для снижения опасности поражения в этой ситуации "Правила устройства электроустановок" ("ПУЭ") предусматривают обязательное заземление корпуса электродвигателя, если последний питается от сети с изолированной нейтралью или зануление, если электродвигатель получает электрическую энергию из сети с глухо заземленной нейтралью силового трансформатора. В независимости от режима нейтрали сети при замыкании токоведущей части на корпус, ток с корпуса электродвигателя через заземляющее устройство и заземлитель - электрод стекает в землю. Ток, стекая с заземляющего электрода в землю, растекается по значительной поверхности и объему земли.

Обратно ток замыкания попадает в сеть из земли только через емкость и изоляцию кабелей, проводов, обмоток и т.п., если система с изолированной нейтралью и через изоляцию, и заземленную нейтраль в системе с глухо заземленной нейтралью. При этом через изоляцию и емкость в обоих случаях в сеть возвращаются токи не более нескольких сот миллиампер, т.к. сопротивление изоляции, как указывалось, даже в сильно разветвленной не опускается ниже нескольких килоом (рис. 1.1).

В системе с глухо заземленной нейтралью напряжением выше 1000В почти весь ток стекающий в землю возвращается в сеть через заземление нейтрали силового трансформатора, т.к. сопротивление последнего в несколько тысяч раз меньше суммарного сопротивления изоляции сети, рис. 1.2.

Согласно ПУЭ сопротивление заземления нейтрали силового трансформатора должно быть не более 10 Ом при мощности трансформатора до 100 кВА и не более 4 Ом при мощности трансформатора более 100 кВА. В виду чего величина тока замыкания на корпус (землю) в сетях с глухо заземленной нейтралью в сотни, тысячи раз больше, чем в сетях с изолированной нейтралью.

При контакте с землей заземляющего электрода, находящегося под напряжением, будет происходить отекание электрического тока - тока замыкания на землю. Замыкание на электрод, расположенный в грунтах или в земле, обуславливает возникновение потенциалов вокруг места замыкания. Ток, стекая с электрода в землю, растекается по значительному ее объему.

Пространство вокруг электрода, в котором наблюдается растекание тока замыкания, представляет собой поле растекания. Если в качестве заземляющего электрода использовать полусферический заземлитель и принять, что земля во всем объекте однородна и обладает одинаковым удельным сопротивлением «r» (Ом*см), то ток будет растекаться равномерно и симметрично во все стороны, и плотность его будет убывать по мере удаления от заземлителя, вследствие увеличения сечения слоя земли, через которое растекается ток замыкания.

На расстоянии «х» от центра полусферы плотность тока .1, рис. 1.3. определяется по формуле:

J = I_З / 2pх²,  А/см².                                                            (1)

При токе с частотой до 50 Гц поле растекания тока замыкания можно рассматривать как стационарное электрическое поле, при котором линия плотности тока совпадает с линиями напряженности электрического поля Е. Тогда плотность J тока прямо пропорциональна напряженности электрического поля.

J = Е (1/r).                                                                     (2)

Это выражение позволяет определить потенциал «j_A» в любой точке поверхности земли, отстоящей от центра заземлителя на расстоянии «х», как падение напряженности на земле на участке от «х» до бесконечности.

                                                                    (3)

где dU - падение напряжение в отмеченном слое. Его можно выразить так

                                            (4)

Если проинтегрировать это выражение, то получается значение потенциала точки А:

 В.                                                (5)

Следовательно, наименьший потенциал на поверхности земли будет иметь точка, отстоящая от электрода на расстоянии «х», равном бесконечности. Практически поле растекания тока замыкания ограничивается полусферой с радиусом 20 метров.

Наибольший потенциал на поверхности будет иметь точка, отстоящая от полушарового электрода на расстоянии «х», равном наименьшему значению, т.е. r - радиусу электрода.

Потенциал непосредственно на заземляющем электроде при этом будет равен:

 В.                                                      (6)

Потенциал на поверхности земли будет меняться по закону

 В,                                                    (7)

представляющего собой уравнение равносторонней гиперболы, т.е. уменьшается от наибольшего значения «j_З» до нуля по мере удаления от заземлителя. Эквипотенциальные линии на поверхности земли в однородном грунте представляют собой концентрические окружности, центром которых является центр полусферического, стержневого или других форм электродов.

Аналогичная картина стекания тока в землю происходит при обрыве и падении на землю провода воздушной линии электрической передачи (ЛЭП).

Потенциальная кривая от электрода - заземлителя любой формы или упавшего на землю провода на относительно большом расстоянии от него по сравнению с размером упавшего провода или электрода приближается к потенциальной кривой полушарового электрода.

Наибольшее сопротивление растеканию тока замыкания на землю оказывают слои, находящиеся вблизи электрода, т.к. ток протекает здесь по малому сечению. Поэтому в них происходит наибольшее падение напряжение. С удалением от электрода площади сечений слоев грунта увеличиваются, и соответственно, сопротивление грунта току замыкания уменьшается. Уменьшается и шаговое напряжение.

Если человек в проводящей электрический ток обуви будет находится в поле растекания тока замыкания на землю, то он попадает под действие электрического тока, определяемого разностью потенциалов между двумя точками земли, на которых он одновременно стоит, т.е. напряжением между двумя ногами. При определенных условиях это оказывается опасным для жизни, поэтому нельзя приближаться к электрическому проводу лежащему на земле.

Величина напряжения шага - шаговое напряжение зависит от тока замыкания на землю, сопротивления растеканию тока от заземлителя (упавшего провода), а также характера распределения потенциала на поверхности земли, длины шага и положения человека относительно заземлителя. Напряжение шага увеличивается в направлении к месту стекания и уменьшается от места стекания.

Для случая, показанного на рис. 1.4. напряжение шага

В                           (8)

где I_З - ток замыкания на землю, А. l_Ш - длина шага, см; r - расстояние ступни ближайшей к заземлителю, см; r - удельное сопротивление грунта. Ом см; j_л; j_пр соответственно, потенциалы левой и правой ноги (конечности).

Перемещение человека по кривой равного потенциала (т.е. по эквипотенциальной кривой) не вызывает возникновения разности потенциалов между его ступнями, и напряжение шага в этом случае равно нулю.

ПРОТОКОЛ № 1

проведения эксперимента по исследованию шагового напряжения

Таблица 1.1.

Используемые приборы

Наименование прибора	Тип, система	Класс точности	Допустимые значения

1.1. Начертить схемы растекания тока в сетях с различным режимом нейтрали (рис.1.1 - 1.2).

1.2. Определение параметров земли.

Таблица 1.2.

Результаты эксперимента

Напряжение на заземляющем электроде, UЗ, В	Величина тока растекания в земле, IЗ, мА	Сопротивление земли растеканию тока, RЗ, Ом	Удельное сопротивление земли r, Ом см

1.3. Измерение распределения потенциала на поверхности земли.

Таблица 1.3.

Распределение потенциалов j в поле растекания тока замыкания на землю I_З по мере удаления L от заземляющего электрода - зависимость j_З(L)

Расстояние от заземляющего электрода L, м	0	1	2	3	…	…	…	20
Величина потенциала в заданных точках поля j, В

1.4. Построить график j_З(L). Показать на графике три позиции человека (с помощью силуэтов) оказавшегося пол шаговым напряжением. Найти величины этих напряжений. Вычислить и записать токи через тело пострадавшего. Выяснить и записать для каждого тока характер его воздействия на организм человека.

1.5. Определение опасной зоны растекания тока в земле.

Таблица 1.4. Результаты эксперимента

Номера позиций тока от заземлителя	Потенциал ноги jН В		Шаговое напряжение UШ=jН2-jН1, В	Сопротивление организма чело-века с учетом обуви Rh, Ом	Величина тока через тело пострадавшего Ih, mA
	Ближайшей к заземлителю jн1, В	Дальнейший от заземли-теля jн2, В
1				1000
2
3
4
5

1.6.Выводы.

ЧАСТЬ 2

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Напряжением прикосновения U_пр называется напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, рис 2.1 или, иначе говоря, падение напряжения в сопротивлении тела человека. В,

U_пр = R_h * I_h , В                                                     (9)

где I_h - ток, проходящий через человека по пути рука - ноги. А; R_h - сопротивление тела человека, Ом.

Одной из этих точек цепи является корпус электродвигателя М₂ оказавшегося под напряжением с потенциалом j_К относительно земли из-за повреждения изоляции. Металлические корпуса двигателей М₁, М₂, М₃ с помощью проводников - заземляющих перемычек (з.п.) соединены с заземляющей магистралью (з.м.). Последний соединен с заземлителем Rз. Сопротивления заземляющих перемычек и заземляющей магистрали составляют доли Ома, поэтому все металлические корпуса двигателей М₁, М₂, М₃, заземляющие перемычки, заземляющая магистраль и заземлитель можно считать находящимися под одним и тем же потенциалом относительно земли j_K. Отсюда можно принять, что j_K = j_З, где j_З - потенциал заземлителя.

Другой точкой электрической цепи, которой касается человек, является основание (земля, пол), на котором стоит человек. Так как человек стоит в поле растекания тока, то точка цепи тока, на которой располагаются ноги человека, имеет потенциал j_осн - Отсюда напряжение прикосновения можно определить как:

U_пр = j₃ - j_оcн                                                          (10)

или

U_пр = j₃a₁,                                                            (11)

где a₁ - коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий форму потенциальный кривой 2 рис.2.1:

                                                  (12)

ПРОТОКОЛ №2

проведения эксперимента по возникновению напряжения прикосновения

2.1. Используя график j(L), полученный в первой части лабораторной работы по шаговому напряжению построить график напряжения прикосновения U_пр.(L).

В верхней части графика зарисовать схему заземления корпусов электродвигателей трех станков (см. рис. 2.1. описания).

2.2. Результаты эксперимента п.3 и 4 занести в таблицу 2.1.

Таблица 2.1. Результаты эксперимента

№	Напряжение прикосновения Uпр, B	Коэффициент прикосновения a	Сопротивление тела человека с учетом обуви Rh, Ом	Ток через тело пострадавшего Ih, мА	Характер воздействия тока по пути рука-ноги
1			1000
2
3

2.3. Определение опасной зоны прикосновения.

Таблица 2.2. Результаты эксперимента

Напряжения прикоснове-ния, Uпр. В		Протяженность опасной зоны L, м	Ток через пост-радавшего Ih, мА, при Uпр.max, Uпр.min				Необходимое время откл-ючения в сек, обеспечива-ющее электробезопас-ность при указанных токах
Uпр. max	Uпр. min доп		Ih mах		Ih min		Время откл-ючения при Ih mах		Время отключения, при Ih min

2.4. Выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие не аварийные (естественные, нормальные) токи возникают между токоведущими частями проводов, жил кабелей. обмоток электрооборудования и т.п. землей (металлическими корпусами), когда они находятся под напряжением? Почему? От каких параметров зависят их величины?

2. В каких сетях, согласно ПУЭ, должны применяться защитное заземление? Зануление? Какие бывают заземления? Типы заземляющих устройств. Л.1: §4.4.,стр. 179-181, §5.1. 5.2, стр. 182-184, §5.3, стр. 179-181; Л.2 §64, стр. 281. §66, стр. 285-288, §67, стр. 289-295.

3. Каковы причины стекания тока в землю? От чего зависит сопротивление заземлителя?. Допустимые, согласно ПУЭ значения сопротивления заземляющего устройства? Как снизить сопротивление заземлителя? Л.1: §3.1. стр. 75, §3.2. стр. 87, §5.4, стр. 205; Л.2: §53, стр. 263-256.

4. Что такое шаговое напряжение? Когда и почему оно возникает? Степень и характер опасности поражения. Л.1: §3.5, стр. 124-127; Л.2: §63. стр. 273-274; ГОСТ 12.1.038.

5. От каких параметров цепи зависит напряжение шага? Как обеспечить снижение напряжение шага на машиностроительных предприятиях?

6. Как вести себя человеку, попавшему под шаговое напряжение? Как оказать ему первую до врачебную помощь?

7. Что такое напряжение прикосновения и коэффициент прикосновения, от каких параметров зависят их величины? Характер и степень опасности напряжения прикосновения при нормальном и аварийном режимах электроустановки в зависимости от времени их воздействия. Л.1: §3.4, стр. 113-116, §1.8, стр. 50-51; Л.2: §63, стр. 270-272.

8. Каковы Ваши рекомендации по снижению опасности поражения при касании корпуса станка или электрооборудования, оказавшеюся под напряжение?

ЛИТЕРАТУРА

1. Долин А. П. Основы техники безопасности в электроустановках. –М.: Энергоатомиздат. 1984. -448с. с ил.

2. Охрана труда в машиностроении. Под ред. Юдина Е.Я. Белова С.В. –М.: Машиностроение, 1983. – 432с.

3. ГОСТ 12.1.038 – 82. ССБТ Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжения прикосновения и токов.

Рис. 1.1. Принципиальные схемы защитного заземления в сетях трехфазного тока:

а - в сети с изолированной нейтралью до 1000 В и выше- б - в сети с заземленной нейтралью выше 1000В; 1 - заземленное оборудование; 2 - заземлитель защитного заземления; 3 - заземлитель рабочего заземления, r₀, r_З - сопротивления рабочего и защитного заземлений.

Рис. 1.2 Принципиальная схема зануления в трехфазной сети до 1000В. 1 - корпус электроустановки (электродвигатель, трансформатор и т.п.); 2 - аппараты зашиты от токов КЗ (предохранители. автоматические выключатели и т.п.), r₀ - сопротивление заземления нейтрали обмотки источника тока; r_П - сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника; I_K - ток КЗ; I_H - часть тока КЗ, протекающего через нулевой защитный проводник; 1д - часть тока КЗ, протекающего через землю

Рис. 1.3. Характер растекания тока замыкания в земле через полушаровой заземлитель и распределение потенциала.

Рис. 1.4. Распределение потенциала на поверхности земли вокруг полушарового заземлителя и напряжение шага.

 

Рис. 1.5. Схема лабораторной установки.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3.

В таблице 3.1 даны наибольшие допустимые напряжения прикосновения и токи, проходящие через тело человека, при аварийном режиме производственных электроустановок напряжением до 1000В с глухо заземленной или изолированной нейтралью и выше 1000В с изолированной нейтралью.

Род и частота тока	Норм. величина	Продолжительность времени
		0,01-0,08	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0.6	0,7	0,8	0,9	1,0	>1,0
Переменный, 50 Гц	Uпр, В	650	500	250	165	125	100	85	70	65	55	50	36
	Ih, mA	650	500	250	165	125	100	85	70	65	55	50	6
Переменный, 400 Гц	Uпр, В	650	500	500	330	250	200	170	140	130	110	100	36
	Ih, mA	650	500	500	330	250	200	170	140	130	110	100	8
Постоянный	Uпр, В	650	500	400	350	300	250	240	230	220	210	200	40
	Ih, mA	650	500	400	350	330	250	240	230	220	210	200	15
Выпрямленный двухполупериодный	Uпр.ампл, В	650	500	400	300	270	230	220	210	200	190	180	-
	Ih.ампл, mA	650	500	400	300	270	230	220	210	200	190	180	-
Выпрямленный однополупериодный	Uпр, В	650	500	400	300	250	200	190	180	170	160	150	-
	Ih.ампл, mA	650	500	400	300	250	200	190	180	170	160	150	-

 

 

Примечание:

1. В таблице 3.1 приведены предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов, протекающих через тело человека, при взаимодействии с электроустановками производственного назначения при аварийном режиме. Аварийный режим электроустановки - это работа неисправной электроустановки, при которой могут возникнуть опасные ситуации, приводящие к травмированию людей, взаимодействующих с электроустановкой.

2. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов установлены для путей тока в теле человека от одной руки к другой и от рук к ногам.

3. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов, протекающих через человека в течение более 1 с, соответствуют отпускающим (переменным) и небольшим (постоянным ) токам. Отпускающим током называется электрический ток, не вызывающий при прохождении через тело человека непреодолимых судорожных сокращений мышц руки, в которой зажат проводник.

4. Для переменных токов в таблице указаны действительные (эффективные) значения нормируемых величин, а для выпрямленных - амплитудные.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Белов С.В., Ильницкая А.В., Козьяков А.Ф. и др. Безопасность жизнедеятельности. - Москва: Изд-во «Высшая школа», 1999. –448с.

2. Приказ Госгортехнадзора России «Перечень федеральных норм и правил промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21 декабря 1999 г. № 266.

3. Постановление Госгортехнадзора России «Об утверждении Положения о порядке технического расследования причин аварий на опасных производственных объектах» от 8 июня 1999 г. № 40.

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 и номенклатура видов защиты.

6. ГОСТ 12.1.030-81. Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление.

7. ГОСТ 12.1.038-82. Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов.

8. Гигиенические требования к персональным ЭВМ и организации работы СанПИН 2.2.2/2.4.1340 - 03.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ШАГОВОГО НАПРЯЖЕНИЯ И НАПРЯЖЕНИЯ ПРИКОСНОВЕНИЯ

Методические указания к лабораторной работе по БЖД

 

Набережные Челны

2006

УДК

Исследование возникновения шагового напряжения и напряжения прикосновения: Методические указания к лабораторной работе по БЖД. /Составитель Н.Ш. Шаякберов. - Набережные Челны: КамПИ; 2002. – 26с.

Методические указания предназначены для студентов всех специальностей дневной и заочной форм обучения. Даются краткие теоретические сведения по возникновению шагового напряжения и напряжения прикосновения при повреждении изоляции электроустановок и отекании тока с корпуса на землю. Предлагается порядок проведения эксперимента и оформления полученных результатов.

Рецензент: кандидат технических наук, доцент кафедры АиИТ Замараев В.Н.

Печатается по решению научно-методического совета Камского государственного политехнического института.

 

 

© Камский государственный политехнический институт, 2005 год.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА