Методические указания по выполнению лабораторных работ по междисциплинарному курсу мдк. 04. 01 Безопасность работ при эксплуатации и ремонте оборудования электрических подстанций и сетей

• Название: Методические указания по выполнению лабораторных работ по междисциплинарному курсу мдк. 04. 01 Безопасность работ при эксплуатации и ремонте оборудования электрических подстанций и сетей
• Дата: 05.04.2022
• Размер: 218.83 Kb.
• Имя файла: 1mr_mdk.04.01_esn_30_06_2021_pf (1).docx
• Тип: Методические указания; #445888
• страница: 2 из 2

Раздел 1. Теоретический расчет
Защитное заземление предназначено для устранения опасности поражения током человека к открытой проводящей части электроустановки.

Область применения защитного заземления IT и TT.

Принцип действия защитного заземления – снижение напряжения на открытых проводящих частях электроустановки, относительно земли до безопасного значения.

1. 
   Если защитное заземление отсутствует, а у открытой проводящей части повреждена основная изоляция (рис. 3). В этом случае ток, проходящий через тело человека, определяется выражением:
   

I_h 
R_h

U _ф

• 
  R_осн   Z / 3
  

(1)

R_осн. – сопротивление основания (обувь и пол).

R_h– сопротивление тела человека, Ом. где U_ср – фазное напряжение, В.

Z – полное сопротивление относительно земли, Ом.

I_h 
3  R_h

U _ф

• 
  R_осн   Z
  

(2)

Z ¹ (3)

ⁱ  jwc r
где r – активное сопротивление фазного провода относительно земли. с – емкость фазного провода относительно земли.

Напряжение прикосновения определяется выражением:
U_пр. = I_h(R_h+ R_осн.) (4)

Рис. 3. Система IT при отсутствии защитного заземления
Этот ток может достигнуть опасного значения. Например, если U_ср. = 220 В. Сопротивления изоляции фазных проводов r = 3,0 кОм, с = 0, R_h = 1000 Oм, R_осн. = 1000 Ом, то ток через человека будет равен:

^{Ih } 3  R

3  U_ф

• 
  R
  

 ^{3  220}  73,3 мА (5)


  
 r 3  1000  1000  3000

h осн
(Остановка дыхания, фибрилляция сердца).

2. 
   Если применятся защитное заземление, а у открытой проводящей части электроустановки повреждена основная изоляция (рис. 4), то через заземление пройдет ток замыкания – I_з, который будет являться током однофазного замыкания на землю.
   

Рис. 4. Система IT
Величина тока замыкания I_з зависит от сопротивления r_з, сопротивления фазных проводов относительно земли r и определяется выражением (6) при r₁ = r₂ = r₃ = r; с₁ = с₂ = с₃ = 0;

I_h 

U _ф


r₃  r / 3
(6)

Напряжение на открытой проводящей части электроустановки относительно земли будет:
U_з = I_з r₃ (7)
а ток через тело человека определяется:

I_h ^U3

_ I₃  r₃
(8)

^Rh^{ R}осн ^Rh ^{ R}осн

3. 
   При двухфазном замыкании на открытые проводящие части электроустановок А и В, имеющих раздельные заземлители (рис. 5) возникает 2-х фазное замыкание на землю.
   

Рис. 5. Система IT с двумя электроустановками
В этом случае заземленные открытые проводящие части электроустановок окажутся под напряжением относительно земли:
 U _ф

U _A  I₃  r_a 

r_a  r_b
 U_ф

• 
  r_a
  

(9)

U _B  I₃  r_b 

r_a  r_b

• 
  r_b
  

где r_а и r_b – значения сопротивления заземлителей. Ток замыкания I_з определяется из выражения:

 U _ф

I (10)

r_a  r_b

Сопротивление изоляции и емкости фаз относительно земли практически не влияют на величину тока замыкания на землю. При этом U_а + U_в = U_л

Наличие такого напряжения на открытых проводящих частях

электроустановок является опасным, поскольку двухфазное замыкание в электроустановках до 1 кВ может существовать длительно.

Если открытые проводящие части электроустановок присоединены к одному заземляющему устройству, то двухфазное замыкание на землю превратится в двухфазное короткое замыкание, что вызовет быстрое отключение защиты.

4. 
   В системе ТТ (рис. 6) у открытой проводящей части электроустановки повреждена основная изоляция, ток замыкания будет протекать через защитное заземление r₃ и заземлитель нейтрали трансформатора r_о, величина которого определяется выражением:
   

 U _ф

I (11)

r₀  r₃
где r_о – сопротивление заземлителя нейтрали трансформатора;

r_з – заземлитель открытой проводящей части электроустановки.


Рис. 6. Система ТТ с одной электроустановкой

Напряжения на заземлителях распределяются пропорционально сопротивлениям r_о и r_з, т.е.

Uз = Iзrз	(12)
Uо = Iзrо	(13)
Uф = Uз + Uо	(14)

В рассматриваемой системе ТТ величина тока замыкания I_з оказывается больше, чем в системе IT.

По каждой задаче начертить принципиальную схему исследуемой системы. Записать значения параметров сети,

используемые уравнения и полученные результаты.

Провести сравнительный анализ результатов исследования и оценить эффективность защиты человека от поражения электрическим током при косвенном прикосновении.

Параметры сети по вариантам приведены в таблице 1 (задания задает преподаватель).

1. 
   По 1. определить I_h и U_пр.
   
2. 
   По 2. определить I_з; U_з; I_h.
   
3. 
   По 3. определить I_з; U_а; U_в; U_а.
   
4. 
   По 4. определить I_з; U_з; U_о; U_ф.
   

Таблица 1

№№ вар.	Uф, Ом	Rh, Ом	Rосн., Ом	r, кОм	с, мкФ	rз, Ом	rо, Ом	rза, Ом	rзв., Ом
1	220	1000	1500	5	0,01	4,0	4,0	4,0	4,0
2	220	1100	1600	10	0,02	3,6	3,9	4,0	4,0
3	380	1200	1700	15	0,03	3,5	3,8	4,0	4,0
4	380	1300	1800	20	0,04	3,4	3,7	4,0	4,0
5	220	1400	1900	25	0,05	3,5	3,6	4,0	4,0
6	220	1500	2000	30	0,06	3,6	3,5	4,0	4,0
7	380	1400	1900	35	0,07	3,7	3,6	4,0	4,0
8	380	1300	1800	40	0,08	3,8	3,7	4,0	4,0
9	220	1200	1700	45	0,09	3,9	3,8	4,0	4,0
10	220	1000	1500	110	0,1	4,0	4,0	4,0	4,0

Раздел 2. Работа с лабораторным стендом. Рис. 7.

1. 
   Система IT при нормальном режиме работы сети.
   

В рассматриваемой сети ток I_h при прямом прикосновении в фазе А имеет значение в комплексной форме, А.

Y_B  1  a ²  Y_C  1  a

I_h  U _ф  Y_h 

Y_A  Y_B

• 
  Y_C
  
• 
  Y_h
  

(15)

где

a   ¹ 

2

j  ³

2

Пользуясь этим выражением, оценим опасность прямого прикосновения для следующих трех случаев:

а) При равенстве сопротивлений изоляции и емкости проводов относительно земли, то есть при r_а = r_в = r_c = r, с_а = с_в = с_c = с,
а, следовательно, при Y_а = Y_в = Y_c = Y

^I  j  wc

r_B

(16)

Ток через человека в комплексной форме будет, А.

I_h 

U_{ф } U_ф

1 Z
(17)

R_h 

3Y

R_h  ₃

где

Z <sup>1

1</sup>  jwc r

В действительной форме этот ток равен, А.

^Uф ¹


R
I_h 

h

(18)

Рис. 7. Схема передней панели лабораторного стенда

б) При равенстве сопротивлений изоляции и отсутствия емкостей, то есть при r_а = r_в = r_c = r, с_а = с_в = с_c = 0,

Что может иметь место в коротких воздушных линиях, ток через будет,

А.

U_ф

I_h _r
(19)

R_h 

3
в) При равенстве емкостей и весьма больших сопротивлений изоляции

с_а = с_в = с_c = с, r_а = r_в = r_c = ∞,

Что имеет место в кабельных линиях, ток через человека будет, А.

_{I } U_ф 3wc _


h
^h 9R²  w ²c²  1

_R 2

U _ф

• 
  
  2
   ^X _c 
  

(20)

 

^h  ³ 

где

X _c  ¹

wc

– емкость сопротивления, Ом.

Проведем исследование этого режима на стенде.
Указания по технике безопасности

1. 
   Перед подачей питания на стенд необходимо установить значение параметров сети и доложить об этом преподавателю.
   
2. 
   Подача питания на стенд производится с разрешения преподавателя, который первоначально проверяет правильность собранной схемы.
   
3. 
   При обнаружении неисправности в работе стенда необходимо выключить питание и сообщить об этом преподавателю.
   

Порядок проведения эксперимента
Пример 1. Человек прикоснулся к фазе система IT (прямое прикосновение)

R_h=1000 Ом. Определить I_h.

1. 
   с_а = с_в = с_c = с и r_а = r_в = r_c = r. Сопротивление r имеет следующие значения: 10, 20, 30, 40, 110 кОм; емкость c = 0,01 мкФ.
   
2. 
   Сопротивление r = 110 кОм, максимальное значение, а емкость
   

с = 0,01; 0,03; 0,05; 0,07; 0,1 мкФ.

1. 
   Подключить стенд к трехфазной сети.
   
2. 
   Включить переключатель В1 сеть. О включенном состоянии стенда сигнализируют неоновые лампы А, В, С, расположенные под переключателем. Отсутствие свечения одной или нескольких ламп говорит об отсутствии питающего напряжения или неисправности стенда (довести до сведения преподавателя).
   
3. 
   Отключить тумблеры В₂ и В₃.
   
4. 
   Установить ручку переключателя В₄ в положение (например) А, имитируется прикосновение человека к фазе А.
   
5. 
   Установить ручки потенциалов А, В, С в соответствии с заданием примера.
   
6. 
   Включить тумблер В₅.
   
7. 
   К клеммам 7 и 8 подключить миллиамперметр Э 536 с током полного отключения стрелки 200 мА.
   
8. 
   Нажать кнопку КН1 (имитируется прикосновение человека к фазе).
   
9. 
   Зафиксировать ток I_h и полученные результаты занести в таблицу 2.
   

Таблица 2

r, кОм при с = 0,01 мкФ	10	20	30	40	110
Ih изм., мА
Ih расч., мА
с, мкФ при r = 110 кОм	0,01	0,03	0,05	0,07	0,1
Ih изм., мА
Ih расч.., мА

Произвести расчет тока I_h для случаев 1) и 2) пользуясь уравнением

(17) или (18). Для случая 1) считать емкость с = 0,01 мкФ равной нулю (с большим допущением) и уравнением (19) для случая 2), считая сопротивление r = 110 кОм, стремящимся к  (также с большим допущением).

U_ф принять равным 150 В – фазное напряжение стенда. Полученные результаты занести в таблицу 2 и сравнить их с результатами, зафиксированными в пункте 9.

Этот пример показывает, что в сетях системы IT (нейтраль изолирована) опасность для человека при прямом прикосновении к одному из фазных проводов в период нормальной работы сети, зависит от

сопротивления изоляции проводов относительно земли: с увеличением сопротивления опасность уменьшается.

2. Система IT при аварийном режиме работы сети, когда возникло замыкание фазы (например, фаза А) на землю через малое активное сопротивление r_зм, проводимости двух других фаз можно принять равными нулю. Тогда, подставив в уравнение (15) значения Y_в = Y_с = Y, получим

I  U

_{ Y } Y_A  1  a

(21)

h ф h

Y_A  Y_h

имея в виду, что Y<sub>A

</sub> 1

^rэм

; Y_h  ¹

R_h

, получим:

U _ф  3

I_h 

R_h

• 
  r_зм
  

(22)

Напряжение прикосновения будет:

^U пр

 I_h R_h

 U_ф
R_h  r_зм
(23)

Если принять, что r_зм<<< R_h, получим:

^Uпр

 U_ф

(24)

В действительных условиях r_зм всегда больше 0, поэтому напряжение, под которым окажется человек, прикоснувшись в аварийный период к неповрежденной фазе системы IT, будет значительно больше фазного и несколько меньше линейного напряжения сети.

Таким образом, этот случай прикосновения во много раз опаснее прикосновения к той же фазе сети при нормальном режиме работы.

Вместе с тем этот случай является также, как правило, более опасным, чем прикосновение к неповрежденной фазе системы TN-C (заземленная нейтраль).

В подтверждении полученных выводов проведем исследование на стенде на примере 2 с данными, аналогичными примеру 1.

Пример 2. Человек прикоснулся к проводу в системе IT (изолирована нейтраль) в период, когда другой провод был замкнут на землю через сопротивление r_зм.

r_зм – в левом положении (мин), среднем и правом (максимальное значение).

Дано:
r₁ = r₂ = r₃ = r = 10 кОм;

с₁ = с₂ = с₃ = с = 0,1 мкФ;

(Х_с = 32 кОм;

X _c  ¹

wc

); R_h = 1000 Ом.

Определить ток, проходящий через человека, I_h. До 7-го пункта все делается аналогично примеру 1.

7. 
   К клеммам 7 и 8 подключить амперметр Э 252 на 0,5 - 1 А.
   
8. 
   Включить тумблер В₇.
   
9. 
   Установить ручку переключателя В₆ в положение «В» (имитируя короткое замыкание на фазе В).
   
10. 
    Нажимаем кнопку КН1, а затем, не отпуская еѐ, нажимаем кнопку
    

КН2.

7. 
   Зафиксировать ток I_h при заданных положениях резистора r_зм и
   

показания амперметра занести в таблицу 3.
Таблица 3

Положение rзм	Левое (минимальное)	Среднее	Правое (максимальное)
Ih изм., мА
Ih расч., мА

7. 
   Рассчитать I_h по уравнению (21). r_зм рассчитать по уравнению (22) для левого, среднего, правого положений резистора.
   

где R_h = 1000 Ом.

U _ф

r_зм 

• 
  ^Ihизм ^Rh^Ihизм
  

Содержание отчета
По каждому примеру записать значения параметров сети и используемые для расчетов формулы.

Полученные расчетные и измеренные значения I_h занести в таблицы 1

и 2.

Произвести сравнительный анализ результатов и оценить

эффективность заземления в рассмотренных сетях.
Контрольные вопросы

1. 
   Какими параметрами сети оценивается опасность поражения человека электрическим током при прямом прикосновении.
   
2. 
   Как влияет протяженность сетей на значение I_h при прямом прикосновении?
   
3. 
   Какими параметрами сети относительно земли должны обладать провода, чтобы при прямом прикосновении в нормальном режиме работы ток, проходящий через тело человека, не превышал допустимого значения I_{hдоп .}= 6 мА; U_ф = 220 В; R_h = 1000 Ом; R_осн = 2000 Ом.
   
4. 
   Что называется защитными заземлением и в чем заключается
   

принцип его действия?

5. 
   Что такое системы IT и TT и в чем их различие?
   
6. 
   Как зависит в системе IT ток, проходящий через тело человека от сопротивления емкости проводов относительно земли.
   
7. 
   Область применения защитного заземления.
   

Информационное обеспечение обучения
Основные печатные издания

1. 
   Безопасное обслуживание оборудования электрических подстанций и сетей : учебное пособие / Е. Е. Привалов, А. В. Ефанов, С. С. Ястребов, В. А. Ярош ; под редакцией Е. Е. Привалова. — Ставрополь : Параграф, 2020. — 173 c. — Текст : электронный // Электронный ресурс цифровой образовательной среды СПО PROFобразование : [сайт]. — URL: https://profspo.ru/books/109368
   
2. 
   Безопасность работ при эксплуатации оборудования электрических подстанций и сетей : учебное пособие / Е. Е. Привалов, А. В. Ефанов, С. С. Ястребов, В. А. Ярош ; под редакцией Е. Е. Привалова. — Ставрополь : Параграф, 2020. — 175 c. — Текст : электронный // Электронный ресурс цифровой образовательной среды СПО PROFобразование : [сайт]. — URL: https://profspo.ru/books/109370
   
3. 
   Безопасность работников систем электроснабжения в вопросах и ответах : учебное пособие / Е. Е. Привалов, А. В. Ефанов, С. С. Ястребов, В. А. Ярош ; под редакцией Е. Е. Привалова. — Ставрополь : Параграф, 2020. — 174 c. — Текст : электронный // Электронный ресурс цифровой образовательной среды СПО PROFобразование : [сайт]. — URL: https://profspo.ru/books/109371
   

Дополнительные учебные издания:

4. 
   Меры безопасности при работах на оборудовании электрических подстанций и сетей : учебное пособие / Е. Е. Привалов, А. В. Ефанов, С. С. Ястребов, В. А. Ярош ; под редакцией Е. Е. Привалова. — Ставрополь : Параграф, 2020. — 315 c. — Текст : электронный // Электронный ресурс цифровой образовательной среды СПО PROFобразование : [сайт]. — URL: https://profspo.ru/books/109390
   

Электронные издания (электронные ресурсы)

5. 
   http://www.minenergo.com/ Министерство энергетики РоссийскойФедерации
   
6. 
   http://eprussia. ru/lib/ Энергетика и промышленность России
   
7. 
   http://forca.ru/ Энергетика, оборудование, документация