Крамер агеев. Е. А. КрамерАгеев, ик. Леденев, ни. Морозова, А. А. Званцев, Н. Н. Могиленец, си. Хайретдинов под общей ред. Е. А. КрамерАгеева. М нияу мифи, 2011. 172 с. Подготовлено в полном соответствии с фгос по направлению 1
 Скачать 1.38 Mb.
|
|
R ЗМ2 ) и от сопротивления изоляции проводов относительно земли ( R E ); 2) исследование функционирование защитного зану- ления без повторного заземления РЕ-проводника и с повторным заземлением. ВВЕДЕНИЕ В производственных и бытовых ситуациях опасность поражения человека электричеством возникает в результате прохождения через его тело электрического тока. Основным критерием степени этой опасности является величина тока н, которая, в свою очередь, зависит от электрического напряжения пр, приложенного к телу человека, называемого напряжением прикосновения, от электрического сопротивления ч тела человека, имеющего преимущественно активный характер, и отряда других второстепенных факторов. Опасность поражения током возникает в аварийных ситуациях, в случаях несоблюдения правил эксплуатации электроустановок. Существенное значение при этом имеет схема электросети и схема подключения к ней электроустановок. Наибольшее распространение получили сети переменного (с частотой 50 Гц) тока двухпроводные (однофазные) изолированные от земли риса двухпроводные (однофазные) с заземленным проводом рис. 2.7.1, б трехфазные трехпроводные с изолированной нейтралью рис. 2.7.1, в трехфазные четырехпроводные с заземленной нейтралью рис. 2.7.1, г. Возможны различные ситуации непредвиденного включения тела человека в электрическую цепь. Чаще всего это случается в результате аварийного замыкания одного из проводов на корпус 160 электроустановки (рис. 2.7.1, б. Тогда между корпусом электроустановки и землей создается разность потенциалов (напряжение прикосновения, под которое может попасть человек. Рис. 2.7.1. Основные схемы электросети и подключения электроустановок Наиболее распространенными способами обеспечения электробезопасности являются защитное заземление и защитное зануление. Защитное заземление состоит в преднамеренном соединении с землей металлических нетоковедущих частей электроустановок, которые вследствие аварий или других причин могут оказаться в контакте с токоведущими частями электроустановок или с токове- дущими проводами сети. Защитный эффект защитного заземления достигается снижением до безопасных значений напряжения вокруг заземлителя. Пример заземленной электроустановки приведен на рис. 2.7.1, г з – сопротивление заземлителя. Защитное зануление состоит в преднамеренном соединении металлических нетоковедущих деталей электроустановок (в частности, металлических корпусов) с глухозаземленным проводом электрической сети. Для иллюстрации вышесказанного рассмотрим рис. 2.7.2. Вначале представим, что трехфазная электрическая сеть является трехпроводной (включатели «S N » и «S' N » разомкнуты, не нагружена включатель «S» разомкнут, идеально изолирована от земли включатели и «S 0 » разомкнуты. Тогда имеем следующее. 1. По проводам сети ток не течет. 2. Напряжение между любой парой проводов сети, например U AB , определяется так U AB = U A – U B = U m sin ω t – U m sin (ω t – 2π/3) = = 3 U m cos (ω t – π/3). (2.7.1) 161 Рис. 2.7.2. Принципиальная электрическая схема электросети и электроустановки позволяющая понять принцип обеспечения безопасности человека, коснувшегося корпуса аварийной электроустановки Аналогично U AC = 3 U m cos (ω t – 2π/3). Если изоляция проводов относительно земли неидеальна сопротивления неравны выключатель «S E » замкнут, то по проводам сети с отключенным потребителем потечет ток. Например, для провода А при равенстве фазных сопротивлений R A = R B = R C = R и сопротивлений утечки R AE = R BE = R CE = R E он может быть определен так [ ] A E 3 cos( / 3) cos( 2 / 3) 2( ) m U I t t R R = ω − π + ω − π = + 162 E A 3 3 cos( / 2)cos( / 6) sin 2( ) m m U U t t R R R R = ω − π π = ω + + . (2.7.2) Аналогично можно найти B E 3 sin( 2 / 3) 2( ) m U I t R R = ω − π + ; C E 3 sin( 4 / 3) 2( ) m U I t R R = ω − π + . (2.7.2 ′) Обратим внимание на то, что токи I A , I B и I C отличаются только сдвигом фаз. Эти токи приводят к потере энергии за счет сопротивлений утечки – R AE , R BE , Теперь предположим, что в сеть включена электроустановка включатель «S» замкнут) иона находится в аварийном состоянии фаза А замкнута на корпус. Тогда при отсутствии защитного заземления (отсутствует цепь с сопротивлением R ЗМ ) и защитного зануления (отсутствует цепь с сопротивлением ПЕР) напряжение фазного провода А будет подано на корпус. Через тело человека потечет ток AB AC Ч E Ч 2 U U I I R Используя соотношения (2.7.1) и (2.7.2), нетрудно получить Ч E Ч 3 sin 2 m U I t R R R = ω + + . (2.7.3) Степень опасности поражения человека в такой ситуации в основном определяется значением сопротивления R E , так как обычно оно больше Ч и тем более R. Переходя к действующим значениям тока и напряжения, из выражение) получим (Д) (Д) (Д) (Д) A E Ч E 3 3 2 U U I I R R R R = = ≈ + + . (2.7.4) При наличии защитного заземления ситуация существенно изменяется. Тело человека оказывается зашунтированным сопротивлением R ЗМ . Соответственно, выражение (2.7.4) должно быть изменено 163 (Д) A Ч ЗМ E Ч ЗМ 3 2 U I R R R Пренебрегая сопротивлением R, получим (Д) (Д) Ч ЗМ A E Ч E ЗМ Ч ЗМ 3 ( ) V U R R I R R R R R R + = + + . (2.7.5) Очевидно, что в данной ситуации (Д) (Д) ЗМ Ч A Ч ЗМ R I I R R = + Подставив Д из (2.7.5), а также, приняв во внимание (2.7.4), получим (Д) (Д) Ч E Ч E Ч ЗМ 3U I R R R R R = + + . (2.7.6) Из выражения (2.7.6) следует, что опасность поражения человека в аварийной ситуации возрастает с увеличением фазного напряжения Д, с уменьшением сопротивлений изоляции сети R E и тела человека Ч, а также (и это главное в этой лабораторной работе) с ростом сопротивления заземлителя R ЗМ Аналогично можно проанализировать последствия аварийной ситуации для случая проводной изолированной от земли сети переключатели «S N », «S ОБР » и «S' N » замкнуты. В таком случае за счет создания дополнительной цепи протекания тока через сопротивление (оно параллельно другим сопротивлениям утечки) ток через тело человека примерно в два раза больше, чем в предыдущей ситуации. Теперь проанализируем аварийную ситуацию для случая применения защитного зануления в сети с глухозаземленной нейтралью замкнут, R NE → 0). Тогда главное значение станет играть контур цепи источник напряжения фазы «A» – R A – корпус электроустановки ПЕР – R PE – источник напряжения фазы «A». В результате на корпус установки будет подана только часть фазного напряжения, а именно (Д) ПЕР A ПЕР F R U R R + 164 Это – первый, ноне главный факт, которым обеспечивается защита человека. Вторым является то, что через названную цепь потечет большой тока именно (Д) (Д) A A ПЕР U I R R = + , теза счет зануления искусственно создается короткое замыкание фазы «A» и за счет большего тока вызывается срабатывание автоматического выключателя «S». Электроустановка обесточивается. Наличие защитного заземления вместе с защитным занулением повышает электробезопасность сопротивление R ЗМ параллельно сопротивлению ПЕР, чем усиливается эффект зануления. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА Исследование эффективности способов обеспечения электробезопасности проводится на лабораторном стенде Защитное заземление и защитное зануление». Стенд представляет собой настольную конструкцию, на лицевой панели которого мнемосхема системы электрическая сеть – потребители. Стенд позволяет моделировать трехфазную питающую сеть, изолированную от земли переключатель «S N » в нижнем положении) или с глухозаземленной нейтралью (переключатель «S N » в верхнем положении. При исследовании защитного заземления моделируется включение только двух (из трех изображенных на мнемосхеме) электроустановок потребителей энергии в корпусах 1 и 2; их включение в сеть питания осуществляется с помощью включателей «S 1 » и «S 2 » соответственно. Аварийное состояние электроустановок имитируется замыканием одного из фазных проводов на корпус электроустановки, соответственно, кнопками «S КЗ1 » и «S КЗ2 ». Вторая электроустановка по логике выполнения лабораторной работы должна быть включенной на любом этапе ее проведения только при этом условии возможно включение в сеть других электроустановок. Заземление корпусов электроустановок 1 и 2 достигается замыканием контактов Х с Х ЗМ1 и, соответственно, Х с Х ЗМ2 Подача напряжения в сеть производится выключателем «Вкл- Выкл». Регулятором Ф изменяется фазное напряжение в питающей сети оно задается руководителем работы. Провод «N» 165 мнемосхемы соответствует нулевому проводу сети, а провод «PE» – повторному заземлителю (местному контуру заземления. Стенд позволяет имитировать изменение сопротивления изоляции проводов сети относительно земли (сопротивление утечки) переключателем, сопротивления контура повторного заземления переключателем «S RPE », сопротивления самого повторного заземлителя – переключателем «R ПОВ », а также сопротивления заземлителя второй электроустановки – переключателем «S RЗМ2 ». Численные значения всех названных сопротивлений указываются на шкалах соответствующих переключателей. В нижней части стенда располагаются табло трех цифровых измерительных приборов вольтметра, амперметра и секундомера. Положениям переключателя вольтметра соответствуют измеряемые напряжения фазное на выходных клеммах генератора (Ф напряжение относительно земли нейтральной точки источника тока ( U 0 ); корпусов электроустановок ( U 1 , U 2 , U 3 ) и фазных проводов ( U A , U B , U C ). Переключателем «А 1 -А 2 » моделируется включение амперметра в соответствующие обозначенные места мнемосхемы – позиции Аи А соответственно. Секундомером измеряется время срабатывания автоматического защитного выключателя второй электроустановки, которое происходит притоке свыше 200 А. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Для проведения измерений необходимо выполнить ряд действий. 1. Нажатием кнопки Сброс стереть предыдущие показания измерительных приборов. 2. Установить переключатели стенда в соответствии с очередным заданием. 3. Нажать кнопку Измерение. 4. На табло приборов прочитать значения измеряемых параметров, при необходимости выполнив необходимые переключения. 1. Исследование эффективности защитного заземления электроустановок напряжением до 1 кВ (случай трехфазной трехпровод- ной сети с изолированной нейтралью. 1.1. Получить от руководителя работ значения Фи, при которых следует провести измерения для записей результатов заготовить табл. 2.7.1. 166 Таблица 2.7.1 Ф … R E , кОм R ЗМ2 , Ом ∞ 4 10 100 ∞ 4 10 100 U 2 , В U A , В U B , В U C , В U 0 , В I, А 1.2. Тумблером «Вкл-Выкл» включить стенд, при этом должны загореться индикаторы наличия фазных напряжений на мнемосхеме передней панели. 1.3. Привести стенд в исходное состояние, нажав кнопку Сброс. Регулятором напряжения сети Ф установить заданное руководителем фазное напряжение сети, измеряя его вольтметром в положении переключателя Ф. В дальнейшем регулятор не трогать во избежание изменения значения Ф. Моделировать включение электроустановки 2 в трехфазную трехпроводную сеть с изолированной нейтралью без заземления ( R ЗМ2 = ∞). Для этого установить переключатели «S N » в нижнее положение, а «S RE » – соответствующему одному из заданных значений сопротивления изоляции проводов относительно земли и нажать кнопку «S2». 1.5. Нажатием кнопки «S КЗ2 » замкнуть фазный провод В на корпус имитировать аварию. 1.6. Нажать кнопку Измерение. Значения измеряемых напряжений считать на табло и занести в таблицу. 1.7. Нажать кнопку Сброс. 1.8. Заземлить корпус й электроустановки, замкнув с помощью штекера клеммы Хи «Х ЗМ2 » между собой. 1.9. Последовательно изменяя значение R ЗМ2 с помощью переключателя «S ЗМ2 » повторить операции по пп. 1.4 – 1.7 при каждом значении сопротивления R ЗМ2 167 1.10. Изменить сопротивление изоляции проводов от земли, повторить операции (пп. 1.4 – 1.9). 1.11. При одном значении сопротивления изоляции проводов (R E ), заданном руководителем, исследовать эффективность автономного заземления двух электроустановок при замыкании на их корпуса разных фазных проводов сети. Для этого заземлить корпуса установок 1 и 2, замкнув штекерами клеммы Х с Х ЗМ1 и Х с Х ЗМ2 . Нажатием кнопок «S 1 » и «S 2 » имитировать замыкание корпусов установок на разные фазные провода сети. Далее произвести измерения по табл. 2.7.2. Таблица 2.7.2 R E … R ЗМ , Ом 4 10 100 U 1 , В U 2 , В U A , В U B , В U C , В U 0 , В I 1 , А 1.12. Моделировать включение электроустановки 2 в трехфазную четырехпроводную сеть с заземленной нейтралью и контуром повторного заземления. Для этого переключатель «S N » установить в верхнее положение, а переключатель «S RПОВ » – в положение «∞». 1.13. Моделируя аварийную ситуацию на установке 2, произвести измерения по табл. 2.7.2. 1.14. Выключить стенд тумблером «Вкл-Выкл». 1.15. Проанализировать зависимость опасности поражения человека электрическим током от сопротивления заземляющего устройства, в том числе и для случая R ЗМ2 = ∞, те. отсутствия заземления, а также от качества изоляции проводов от земли, те. от сопротивления. Выводы привести в отчете по работе. Принцип обеспечения электробезопасности за счет защитного заземления пояснить с помощью принципиальной схемы, приведенной в предварительных замечаниях описания данной работы. 168 1.16. Для двух заданных руководителем значений сопротивления рассчитать величину тока, который может пройти через тело человека, коснувшегося корпуса незаземленной электроустановки в аварийном состоянии. Принять Ч = 1000 Ом. Воспользоваться законом Ома. Оценить последствия. 1.17. Оценить опасность поражения человека при прикосновении к корпусу аварийной электроустановки в случае двойной аварии. Сравнить ситуацию с выводами поп. Проанализировать эффективность применения защитного заземления в сетях с заземленной нейтралью по аналогии с п. 1.5. Сравнить выводы со случаем изолированной нейтралью. 1.19. По результатам измерений п. 1.16 сделать вывод об эффективности защитного зануления при использовании повторного заземления, нос оборванным его контуром. 1.20. Оформить отчет по работе. Отчет по работе должен содержать таблицы с результатами измерений, расчеты согласно заданию (о величине тока, протекающего через тело человека, принципиальную электрическую схему, поясняющую сущность защитного заземления и выполненных экспериментов, выводы по разделам задания, заключение об эффективности применения защитного заземления, о влиянии повторного заземления на эффективность защитного зануления в зависимости от его сопротивления R ПОВ 2. Исследование эффективности защитного зануления. 2.1. Выполнить операции по пп. 1.2 и 1.3. 2.2. Моделировать трехфазную четырехпроводную сеть с заземленной нейтралью, установив переключатель «S N » в верхнее положение. 2.3. Присоединить корпуса установок 1 и 2 к контуру повторного заземления, соединив штекерами клеммы Х с «Х РЕ1 » и Х с «Х РЕ2 ». 2.4. Имитировать исправное состояние контура повторного заземления РЕ, для чего переключатель «S ОБР » перевести вверх- нее положение (обрыв контура отсутствует. 2.5. Установить значение сопротивления контура повторного заземления с помощью переключателя «S RPE », например 0,1 Ом. 2.6. Переключателем ПЕР установить сопротивление зану- ляющего проводника ПЕР = 0 Ом. 2.7. Повторное заземление отключить, для чего переключателем «S RПОВ » установить R ПОВ = ∞. 169 2.8. Подключить установки 1 и 2 к сети кнопочными включателями и «S 2 ». 2.9. Установить переключатель амперметра в положение А. 2.10. Нажатием кнопки «S КЗ2 » имитировать замыкание фазного провода В на корпус й установки. 2.11. Нажать кнопку Измерение и произвести замеры параметров, приведенных в табл. 2.7.3, при ПЕР = 0 Ом. Таблица 2.7.3 R PE , Ом 0,1 0,2 0,5 U 1 , В U 2 , В U 3 , В U 0 , В I 1 , А t, мс При срабатывании автоматических выключателей «S1» и «S2» соответствующие им индикаторы гаснут. Продолжающий гореть индикатор свидетельствует о недостаточности тока для срабатывания автомата. Время срабатывания автомата (один из факторов обеспечения безопасности) отображается на табло секундомера. 2.12. Нажать кнопку Сброс. 2.13. Устанавливая каждый раз переключателем «S RPE » значения переходного сопротивления ПЕР = 0,2 и 0,5 Ом, измерять параметры, перечисленные в табл. 2.7.3. 2.14. При одном заданном руководителем значении сопротивлении «R PE » (его устанавливают переключателем «S RPE »), изменяя сопротивление ПЕР = 0; 0,2 и 0,5 Ом, каждый раз производить измерения тех же параметров, что ив п. 2.11, занеся их значения табл. 2.7.4. 2.15. Исследовать влияние повторного заземления РЕ-проводни- ка и его сопротивления, R ПОВ = 4; 10; 100 Ом, на обеспечение (время отключения аварийной установки, для чего произвести измерения по табл. 2.7.5 при R PE = 0,1 Ом ПЕР = 0 Ом. Положение других переключателей – прежнее. 2.16. Исследовать повторное заземление в условиях обрыва контура повторного заземления, переведя переключатель S ОБР в разомкнутое состояние. Для этого повторить измерения п. 2.15, дополнив при этом соответствующую ему таблицу еще и случаем R ПОВ = ∞, те. случаем отсутствия повторного заземления. 170 Таблица 2.7.4 R PE , Ом … ПЕР, Ом 0 0,2 0,5 U 1 , В U 2 , В U 3 , В U 0 , В I 1 , А t, мс Таблица 2.7.5 R ПОВ , Ом 4 10 100 U 1 , В U 2 , В U 3 , В U 0 , В I 1 , А I 2 , А t, мс 2.17. Выключить стенд тумблером «Вкл-Выкл». 2.18. Проанализировать результаты измерений, выполненных согласно пп. 2.4 – 2.14, сделать вывод о влиянии сопротивлений и R ПОВ на эффективность защитного зануления в условиях отсутствия повторного заземления. 2.19. Проанализировать результаты измерений, выполненных согласно п. 2.15, сделать вывод о влиянии повторного заземления на эффективность защитного зануления в зависимости от его сопротивления R ПОВ 2.20. По результатам измерений п. 2.16 сделать вывод об эффективности защитного зануления при использовании повторного заземления, нос оторванным его контуром. Отчет по работе должен содержать таблицы с результатами измерений, принципиальную электрическую схему, поясняющую сущность выполненных экспериментов, выводы по разделам задания, заключение об эффективности применения защитного зануления. 171 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Безопасность жизнедеятельности, как область современных научных и практических знаний, являясь обязательной составляющей образовательных стандартов РФ, имеет целью приобретение студентами вузов важных для специалистов профессиональных ком- петенций. Данное учебное пособие дополняет имеющуюся учебную литературу, ранее изданную в НИЯУ МИФИ, в нем содержится материал, предназначенный для использования в процессе самостоятельной работы студентов и при проведении практических занятий по дисциплине БЖД. В соответствие с направленностью образовательного процесса университета в пособии делается акцент на рассмотрении проблематики радиационной безопасности человека. При этом, однако, в нем предусмотрено изучение и других традиционных, значимых опасностей современной жизни и деятельности. 172 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Вентцель Е.С. Исследование операций. М Сов. радио, 1972. 2. Гнеденко Б.В., Беляев Ю.К., Соловьев АД. Математические модели в теории надежности. М Наука, 1965. 3. Крамер-Агеев А.Е., Костерев В.В., Леденев ИК. и др. Основы безопасности жизнедеятельности / Под ред. ИК. Леденева. М МИФИ, 2007. 4. Гусев Н.Г., Машкович В.П., Суворов А.П. Защита от ионизирующих излучений. М Атомиздат, 1980. 5. Машкович В.П., Панченко А.М. Основы радиационной безопасности. М Энергоиздат, 1990. 6. Леденев ИК. Начала теории случайных процессов. М МИФИ, 2005. 7. Нормы радиационной безопасности. (НРБ-2009). М Мин- здрав России, 2009. 8. Долин ПА. Основы техники безопасности в электроустановках. М Электроатомиздат, 1984. |