close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Kolobashkin

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ
ПОРАЖЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА
ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ
Методические указания
к выполнению лабораторной работы
Санкт-Петербург
2018
Составители: Т. В. Колобашкина, О. К. Пучкова
Рецензент – доктор технических наук, профессор А. С. Коновалов
Знакомят студентов с действием электрического тока на человека,
с факторами, определяющими тяжесть поражения электрическим током. Студенты изучают основные схемы трехфазных электрических
сетей переменного тока до 1000 В, типовые случаи прикосновения человека к токоведущим частям электрооборудования и опасности, зависящие от схемы замыкания цепи тока через тело человека, а также
методы оценки состояния изоляции электрических сетей и проводов.
Публикуется в авторской редакции.
Компьютерная верстка Ю. В. Умницына
Подписано к печати 17.04.18. Формат 60 × 84 1/16.
Усл. печ. л. 2,4. Тираж 50 экз. Заказ № 173.
Редакционно-издательский центр ГУАП
190000, Санкт-Петербург, Б. Морская ул., 67
© Санкт-Петербургский государственный
университет аэрокосмического
приборостроения, 2018
ВВЕДЕНИЕ
Электрический ток является распространенным поражающим
фактором на производстве и в быту из-за широкого распространения электрических установок, приборов и агрегатов.
На производстве число травм, вызванных электрическим током,
относительно невелико и составляет 11…12% от общего числа, однако во всех случаев травм со смертельным исходом на долю электротравм приходится наибольшее количество (до 40%). До 80%
всех случаев поражения электрическим током со смертельным исходом приходится на электроустановки напряжением до 1000 В
(в первую очередь работающих под напряжением 220…380 В).
Опасность, которую электрический ток представляет для человека, усугубляется тем фактором, что он не может безопасно обнаруживаться органами чувств человека. Другая особенность воздействия тока состоит в том, что при прикосновении к токоведущим
частям, он протекает по всему объему тела человека, поражая жизненно важные органы.
Риск поражения человека электрическим током составляет
6.10–6. Вероятность реализации этого события возрастает по нескольким основным причинам: неисправность, неправильное
устройство или неправильная эксплуатация электрических сетей
и электроустановок; допуск к работе с электроустановками необученного персонала.
При работе с ними необходимо соблюдать требования электробезопасности, которые представляют собой систему организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока.
В пособии рассмотрены действие электрического тока на организм человека, факторы, определяющие степень поражения электрическим током, основные схемы трехфазных электрических
сетей переменного тока до 1000 В и опасности поражения током
в различных электрических сетях.
Изучение этих вопросов способствует уменьшению числа нарушений действующих правил техники безопасности как на производстве, так и в быту, и как следствие, снижению электротравматизма.
3
1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
Электрический ток не имеет запаха, цвета и действует бесшумно. Для обнаружения электрического тока на расстоянии у человека нет специальных органов чувств. Невозможно без специальных
приборов почувствовать, находится ли установка под напряжением до тех пор, пока человек сам не попадет под напряжение. Неспособность организма человека обнаруживать электрический ток
до начала его действия приводит к тому, что работающие часто не
осознают реально имеющейся опасности и не принимают необходимых защитных мер.
1.1. Действие электрического тока на человека
Действие электрического тока на человека носит многообразный характер. Проходя через организм человека, электрический
ток оказывает следующие виды воздействия: термическое, электролитическое, биологическое и механическое.
Термическое воздействие тока проявляется в выделении тепла при прохождении тока через цепь, включающую тело человека.
Чем больше сопротивдение и ток в этой цепи, тем большим будет
количество выделившейся тепловой энергии.
Электролитическое воздействие тока проявляется в разложении крови и других органических жидкостей организма, изменяющем их химический состав.
Биологическое воздействие тока проявляется в нарушении
функций нервной системы и мышечных тканей, в возбуждении
живых тканей организма, что сопровождается непроизвольными
судорожными сокращениями мышц, в том числе легких и сердца.
В результате могут возникнуть различные нарушения и даже полное прекращение деятельности органов кровообращения и дыхания.
Механическое воздействие проявляется в разрыве тканей,
мышц и костей.
Это многообразие воздействий электрического тока может привести к двум видам поражения:
– электрическим травмам и
– электрическому удару.
Электрические травмы представляют собой четко выраженные
местные повреждения тканей организма, вызванные воздействием
электрического тока или электрической дуги. В большинстве слу4
чаев электротравмы излечиваются, но иногда при тяжелых ожогах
травмы могут привести к гибели человека.
Различают следующие электрические травмы:
– электрические ожоги;
– электрические знаки;
– металлизацию кожи;
– электроофтальмию;
– механические повреждения.
Электрический ожог – самая распространенная электротравма.
Электрические ожоги могут возникать при непосредственном контакте с токоведущими частями электроустановок и при случайном
приближении к ним на близкое расстояние. В последнем случае
может возникнуть искровой разряд (дуга), температура которого
достигает несколько тысяч градусов. Различают четыре степени
ожогов: I – покраснение кожи; II – образование пузырей; III – обугливание кожи; IV – обугливание подкожной клетчатки, мышц,
сосудов, нервов, костей. Тяжесть поражение организма обусловливается не степенью ожога, а площадью обожженной поверхности
тела.
Электрические знаки – четко очерченные пятна серого или
бледно-желтого цвета на поверхности кожи человека, подвергшейся действию тока. Возникают при хорошем контакте и прохождении большого тока через малую поверхность с относительно большим сопротивлением. Знаки бывают также в виде царапин, ран,
порезов или ушибов, бородавок, кровоизлияний в кожу и мозолей.
В большинстве случаев электрические знаки безболезненны и
лечение их заканчивается благополучно.
Металлизация кожи – это проникновение в верхние слои кожи
мельчайших частичек металла, расплавившегося под действием
электрическое дуги. Это может произойти при коротких замыканиях, отключениях рубильников под нагрузкой и т. д. Металлизация сопровождается ожогом кожи, вызываемым нагревшимся
металлом.
Электроофтальмия – поражение глаз, вызванное интенсивным
излучением электрической дуги, спектр которой содержит вредные для глаз ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Кроме того,
возможно попадание в глаза брызг расплавленного металла. Защита от электроофтальмии достигается ношением защитных очков,
которые не пропускают ультрафиолетовых лучей и обеспечивают
защиту глаз от брызг расплавленного металла.
5
Механические повреждения возникают в результате резких
непроизвольных судорожных сокращений мышц под действием
тока, проходящего через тело человека. В результате могут произойти разрывы кожи, кровеносных сосудов и нервной ткани, а
также вывихи суставов и даже переломы костей. К этому же виду
травм следует отнести ушибы, переломы, вызванные падением человека с высоты, ударами о предметы в результате непроизвольных
движений или потери сознания при воздействии тока. Механические повреждения являются, как правило, серьезными травмами,
требующими длительного лечения.
Электрический удар – это возбуждение живых тканей организма проходящим через него электрическим током, сопровождающееся непроизвольными судорожными сокращениями мышц. В зависимости от исхода воздействия тока на организм электрические
удары условно делятся на следующие четыре степени:
I – судорожное сокращение мышц без потери сознания;
II – судорожное сокращение мышц, потеря сознания, но сохранение дыхания и работы сердца;
III – потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или
дыхания (либо того и другого вместе);
IV – клиническая смерть, то есть отсутствие дыхания и кровообращения.
Причинами смерти в результате поражения электрическим током могут быть: прекращение работы сердца, прекращение дыхания и электрический шок. Прекращение работы сердца, как следствие воздействия тока на мышцу сердца, наиболее опасно. Это воздействие может быть прямым, когда ток протекает через область
сердца, и рефлекторным, когда ток проходит через центральную
нервную систему. В обоих случаях может произойти остановка
сердца или наступить его фибрилляция (беспорядочное сокращение
мышечных волокон сердца – фибрилл), что приводит к прекращению кровообращения.
Прекращение дыхания может быть вызвано прямым или рефлекторным воздействием тока на мышцы грудной клетки, участвующие в процессе дыхания. При длительном воздействии тока
наступает так называемая асфиксия (удушье) – болезненное состояние в результате недостатка кислорода и избытка диоксида углерода в организме. При асфиксии утрачивается сознание, чувствительность, рефлексы, затем прекращается дыхание и, наконец,
останавливается сердце – наступает клиническая смерть.
6
Электрический шок – своеобразная тяжелая нервно-рефлекторная реакция организма на сильное раздражение электрическим током, сопровождающаяся глубокими расстройствами кровообращения, дыхания, обмена веществ и т. д. Шоковое состояние длится от
нескольких десятков минут до суток. После этого может наступить
полное выздоровление как результат своевременного лечебного
вмешательства или гибель организма из-за полного угасания жизненно важных функций.
1.2. Факторы, определяющие исход поражения  
электрическим током
Характер и последствия воздействия на человека электрического тока зависят от следующих факторов:
– силы тока;
– длительности воздействия тока;
– сопротивления тела человека;
– рода тока и его частоты;
– приложенного напряжения;
– пути прохождения тока через тело человека;
– состояния здоровья человека и индивидуальных свойств организма.
Различают три ступени воздействия тока на организм человека
и три пороговых значения токов (ГОСТ 12.1.009-2009): ощутимый,
неотпускающий и фибрилляционный.
Человек начинает ощущать воздействие проходящего через него
тока 0,6…1,5 мА частотой 50 Гц и 5…7 мА постоянного тока. Это
верхние пороговые значения ощутимого тока, которые не могут
вызвать поражения человека.
При токах 10 – 15 мА частотой 50 Гц боль становится едва переносимой, а судороги мышц рук оказываются настолько значительными, что человек не в силах их преодолеть. В результате человек
не в состоянии самостоятельно оторваться от источника тока. Эти
токи называются неотпускающими.
При токах 20–25 мА частотой 50 Гц – затруднение дыхания,
при 100 мА начинается фибрилляция сердца, которая заключается
в беспорядочном сокращении и расслаблении мышечных волокон
сердца, в результате чего прекращается кровообращение и сердце
останавливается. Токи, которые вызывают фибрилляцию сердца,
называют фибрилляционными, а ток 100 мА частотой 50 Гц – пороговым значением фибрилляционного тока.
7
Как при параличе дыхания, так и при параличе сердца функции
органов самостоятельно не восстанавливаются, в этом случае необходимо оказание первой помощи (искусственное дыхание и массаж
сердца). Кратковременное действие больших токов не вызывает
ни паралича дыхания, ни фибрилляции сердца. Сердечная мышца
при этом резко сокращается и остается в таком состоянии до отключения тока, после чего продолжает работать.
Длительность воздействия тока оказывает существенное влияние на исход поражения. Увеличение длительности воздействия
тока приводит к уменьшению сопротивления тела человека, следовательно, к возрастанию вероятности тяжелого поражения.
Электрическое сопротивление тела человека. Тело человека является проводником электрического тока, правда, неоднородным
по электрическому сопротивлению. Наибольшее сопротивление
электрическому току оказывает кожа, поэтому сопротивление тела
человека определяется главным образом сопротивлением кожи.
Кожа состоит из двух основных слоев: наружного – эпидермиса
и внутреннего – дермы. Эпидермис, в свою очередь, имеет несколько слоев, из которых самый толстый верхний слой называется роговым. Роговой слой в сухом и незагрязненном состоянии можно
рассматривать как диэлектрик: его удельное объемное сопротивление достигает 105…106 Ом·м, то есть в тысячи раз превышает сопротивление других слоев кожи. Сопротивление дермы незначительно: оно во много раз меньше сопротивления рогового слоя.
Сопротивление тела человека при сухой, чистой и неповрежденной коже (измеренное при напряжении 15…20 В) колеблется от 1 до
100 кОм и более, а сопротивление внутренних слоев тела составляет всего 300…500 Ом.
При протекании электрического тока в теле человека происходят сложные биофизические процессы. Условно вариант прикосновения человека (рука-рука) к двум одинаковым электродам можно
представить в виде электрической схемы замещения, изображенной на рис. 1.
Обозначив через Zf полное сопротивление тела человека при данной частоте f тока, можно написать
=
Zf 2ZÍ + r .
Отсюда
8
ZÍ =
Zf − rÂ
, кОм.
2
(1)
zн
zн
rн
rн
rв
Xc
Xc
z
Рис. 1. Электрическая схема замещения тела человека: Z – полное
сопротивление тела человека (рука-рука); Zн – полное сопротивление
наружного слоя кожи; rН – активное сопротивление наружного слоя
кожи; XС – емкостное сопротивление наружного слоя кожи;
rВ – внутреннее сопротивление тела человека
Полное сопротивление тела человека зависит от емкостного сопротивления XС наружного слоя кожи, которое определяется частотой переменного тока
1
1
,
X=
Ñ ω=
Ñ 2πfC
(2)
где ω – круговая частота, кГц; f – частота; С – емкость наружного
слоя кожи, мкФ.
С увеличением частоты (f → ∞) емкостное сопротивление XС → 0,
шунтируя активное сопротивление rН наружного слоя кожи. Поэтому на частотах 10–20 кГц полное сопротивление Zf тела человека
можно представить в виде
Zf = rВ.
(3)
С уменьшением частоты f (f < 100 Гц) емкостное сопротивление
XС быстро возрастает.
При f → 0 XС → ∞ и полное сопротивление Zf тела человека можно представить в виде
Zf ==
0 Z=
0 2rÍ + r .
Отсюда
rÍ =
Z0 − rÂ
, кОм,
2
где Z0 – полное сопротивление тела человека при f → 0.
(4),
9
Полное сопротивление тела человека на частотах 0–100 Гц можно аппроксимировать линейной зависимостью от частоты. При
этом Z0 может быть определено методом экстраполяции, для чего
в линейном масштабе строится график зависимости полного сопротивления Z тела человека от частоты тока, как показано на рис. 2.
Значение Z0 расположено на оси ординат и определяется ее пересечением с прямой Z1 – Z4.
По формуле (3) на частотах 10–20 кГц определяется значение
внутреннего сопротивления rВ тела человека. По формуле (4) рассчитывается значение активного сопротивления rН наружного слоя
кожи.
На основании зависимости полного сопротивления тела человека от частоты тока (см. рис. 2) определяется полное сопротивление
Zf тела при данной частоте f (f < 100 Гц) и по формуле (1) рассчитывается полное сопротивление Zн наружного слоя кожи при данной частоте f.
Так как в электрической схеме замещения тела человека (рис. 1)
имеет место параллельное соединение активного rН и емкостного
XС сопротивлений наружного слоя кожи, активная и реактивная
проводимости складываются геометрически
1
1
1
=
+ 2. 2
2
ZÍ rÍ XC
Z, кОм
Z0
Z1
0 10 20 30
Z2
40
Z3
50
Z4
60
Рис. 2. График экстраполяции
10
(5)
f, гц
Из формулы (5) с учетом выражения (2) получим формулу для
определения емкости С наружного слоя кожи
C=
2
2
− ZÍ
rÍ
, мкФ 2πZÍ rH f
(6)
где f – данная частота переменного тока, кГц.
Внутреннее сопротивление тела считается активным. Оно зависит от длины и поперечного размера участка тела, по которому проходит ток.
Наружное сопротивление тела состоит из двух параллельно
включенных сопротивлений: активного и емкостного. В практике
обычно пренебрегают емкостным сопротивлением, которое незначительно при промышленной частоте, и поэтому считают сопротивление тела человека чисто активным и неизменным. Емкостное
сопротивление необходимо учитывать при повышенных частотах,
начиная с нескольких килогерц.
В действительных условиях сопротивление тела человека не является постоянной величиной. Оно зависит от ряда факторов, в том
числе от состояния кожи, состояния окружающей среды, параметров электрической цепи и др.
Повреждения рогового слоя (порезы, царапины, ссадины и др.)
снижают сопротивление тела до 500…700 Ом, что увеличивает
опасность поражения человека током.
Такое же влияние оказывает увлажнение кожи водой или потом. Таким образом, работа с электроустановками влажными руками или в условиях, вызывающих увлажнение кожи, а также при
повышенной температуре, вызывающей усиленное потоотделение,
усугубляет опасность поражения человека током.
Загрязнения кожи вредными веществами, хорошо проводящими электрический ток (пыль, окалина и т. д.), приводят к снижению ее сопротивления.
На сопротивление тела оказывает влияние площадь контактов,
а также место касания, так как у одного и того же человека сопротивление кожи неодинаково на разных участках тела. Наименьшим сопротивлением обладает кожа лица, шеи, рук на участке
выше ладоней и в особенности на стороне, обращенной к туловищу,
в подмышечных впадинах, на тыльной стороне кисти и др. Кожа
ладоней и подошв имеет сопротивление, во много раз превышающее сопротивление кожи других участков тела.
11
С увеличением тока и времени его прохождения сопротивление тела человека падает, так как при этом усиливается местный
нагрев кожи, что приводит к расширению ее сосудов, к усилению
снабжения этого участка кровью и увеличению потоотделения.
Напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, называется напряжением прикосновения.
С ростом напряжения прикосновения сопротивление кожи уменьшается в десятки раз, приближаясь к сопротивлению внутренних
тканей (300…500 Ом). Это объясняется электрическим пробоем рогового слоя кожи и увеличением тока, проходящего через кожу.
С увеличением частоты тока сопротивление тела будет уменьшаться, и при 10…20 кГц наружный слой кожи практически утрачивает сопротивление электрическому току.
Таким образом, основным фактором, обусловливающим исход
поражения электрическим током, является сила тока, проходящего через тело человека. Напряжение, приложенное к телу человека,
также влияет на исход поражения, но лишь постольку, поскольку
оно определяет силу тока, проходящего через человека.
Допустимые значения напряжений прикосновения и токи, проходящие через тело человека, даны в ГОСТ 12.1.038-88 «ССБТ.
Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов», который распространяется на производственные и бытовые электроустановки.
Путь тока через тело человека. Путь прохождения тока через
тело человека играет существенную роль в исходе поражения, так
как ток может пройти через жизненно важные органы: сердце, легкие, головной мозг и др. Влияние пути тока на исход поражения
определяется также сопротивлением кожи на различных участках
тела. Возможных путей тока в теле человека, которые называются также петлями тока, достаточно много. Часто встречаются петли тока «рука-рука», «рука-ноги» и «нога-нога» Наиболее опасны
петли «голова-руки» и «голова-ноги», но эти петли возникают относительно редко.
Род и частота электрического тока. Постоянный ток примерно в 4…5 раз безопаснее переменного. Это положение справедливо
лишь для напряжений до 500 В. При более высоких напряжениях
постоянный ток более опасен, чем переменный.
Для переменного тока играет роль также и его частота. С увеличением частоты переменного тока полное сопротивление тела
уменьшается, что приводит к увеличению тока, проходящего через
человека, и следовательно, повышается опасность поражения.
12
Большинство исследователей пришли к выводу, что переменный
ток промышленной частоты 50–60 Гц является наиболее опасным для
организма. Это объясняется следующим образом. При воздействии на
клетку постоянного тока частицы внутриклеточного вещества расщепляются на ионы разного знака, которые устремляются к внешней
оболочке клетки. Если на клетку воздействует ток переменной частоты, то, следуя за изменениями полюсов переменного тока, ионы будут
перемещаться то в одну, то в другую сторону. При некоторой частоте
тока ионы будут успевать проходить двойную ширину клетки (туда
и обратно). Эта частота и соответствует наибольшему возмущению
клетки и нарушению ее биохимических функций (50–60 Гц).
С увеличением частоты переменного тока амплитуда колебаний
ионов уменьшается, и при этом происходит меньшее нарушение
биохимических функций клетки. При частоте порядка 10–20 кГц
этих изменений уже не происходит. Здесь опасными для человека
являются ожоги от теплового воздействия тока.
Индивидуальные свойства человека. Установлено, что физически здоровые и крепкие люди легче переносят электрические удары.
Повышенной восприимчивостью к электрическому току отличаются лица, страдающие болезнями кожи, сердечно-сосудистой
системы, органов внутренней секреции, легких, нервными болезнями и др., что является медицинским противопоказанием для
лиц, собирающихся профессионально работать с действующими
электроустановками.
Условия внешней среды. Состояние окружающей воздушной
среды, а также окружающая обстановка могут существенным образом влиять на опасность поражения током.
Сырость, токопроводящая пыль, едкие пары и газы, разрушающе действующие на изоляцию электроустановок, а также высокая
температура окружающего воздуха понижают электрическое сопротивление тела человека, что еще больше увеличивает опасность
поражения его током.
1.3. Классификация помещений  
по опасности поражения человека электрическим током
В зависимости от наличия перечисленных условий, повышающих опасность воздействия током на человека, все помещения по
опасности поражения людей электрическим током делятся на следующие классы:
– без повышенной опасности;
– с повышенной опасностью;
13
– особо опасные;
– территории размещения наружных электроустановок.
Помещения без повышенной опасности характеризуются отсутствием условий, создающих повышенную или особую опасность.
Эти помещения – сухие, нежаркие, с токонепроводящим полом, без токопроводящей пыли, отсутствует возможность одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей
металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т. д., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования, которые при пробое изоляции могут оказаться
под напряжением, – с другой.
Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием в них только одного из следующих условий, создающих повышенную опасность:
– сырости (относительная влажность воздуха длительно превышает 75%);
– высокой температуры (выше + 30°С);
– токопроводящего пола (металлического, земляного, железобетонного, кирпичного и др.);
– токопроводящей пыли;
– возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединения с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т. д., с одной стороны, и металлическим корпусам электрооборудования – с другой.
Особо опасные помещения характеризуются наличием одного из
следующих условий, создающих особую опасность:
– особой сырости (относительная влажность воздуха близка
к 100%: потолок, стены, пол и предметы в помещении покрыты
влагой);
– химически активной или органической среды (разрушающей
изоляцию и токоведущие части электрооборудования);
– одновременно двух или более условий повышенной опасности.
К таким же помещениям относятся и участки работ на земле под
открытым небом или под навесом.
1.4. Причины электротравматизма
Наиболее распространенными причинами электротравматизма
являются:
– появление напряжения там, где его в нормальных условиях
быть не должно (на корпусах оборудования, на технологическом
14
оборудовании, на металлических конструкциях сооружений и
т. д.). Чаще всего происходит это вследствие повреждения изоляции;
– возможность прикосновения к неизолированным токоведущим частям при отсутствии соответствующих ограждений;
– воздействие электрической дуги, возникающей между токоведущей частью и человеком в сетях напряжением выше 1000 В, если
человек окажется в непосредственной близости от токоведущих частей;
– несогласованные и ошибочные действия персонала; подача напряжения на установку, где работают люди; оставление установки
под напряжением без надзора; допуск к работам на отключенном
электрооборудовании без проверки отсутствия напряжения и т. д.
2. АНАЛИЗ ОПАСНОСТИ ПРИКОСНОВЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА  
К ТОКОВЕДУЩИМ ЧАСТЯМ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Анализ опасности прикосновения человека к токоведущим частям электрооборудования сводится к оценке влияния таких факторов, как:
– схемы включения человека в цепь;
– напряжения сети;
– схемы самой сети;
– режима ее нейтрали;
– изоляции токоведущих частей от земли и т. д.
2.1. Выбор схемы сети и режима нейтрали
Точка соединения обмоток питающего трансформатора (генератора) называется нейтральной точкой или нейтралью.
Нейтраль источника питания может быть изолированной или
заземленной.
Заземленной называется нейтраль генератора (трансформатора), присоединенная к заземляющему устройству непосредственно
или через малое сопротивление.
Изолированной называется нейтраль генератора или трансформатора, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление.
При напряжении до 1000 В распространение получили схемы
трехфазных сетей:
– трехпроводной с изолированной нейтралью;
15
– четырехпроводной с заземленной нейтралью.
Сети с изолированной нейтралью целесообразно применять,
когда имеется возможность поддерживать высокий уровень изоляции сети и когда емкость сети относительно земли незначительна.
Это могут быть мало разветвленные сети, не подверженные воздействию агрессивной среды и находящиеся под постоянным надзором
квалифицированного персонала. Примером могут служить сети небольших предприятий, передвижные установки.
Сети с заземленной нейтралью применяют там, где невозможно
обеспечить хорошую изоляцию электроустановок (из-за высокой
влажности, агрессивной среды и пр.) или нельзя быстро отыскать
и устранить повреждение изоляции, когда емкостные токи сети
вследствие значительной ее разветвленности достигают больших
значений, опасных для жизни человека. К таким сетям относятся
сети крупных промышленных предприятий.
По технологическим требованиям при напряжении до 1000 В
предпочтение отдается трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью, поскольку она позволяет использовать два
рабочих напряжения: линейное и фазное.
2.2. ПРИКОСНОВЕНИЕ К ТРЕХФАЗНОЙ ТРЕХПРОВОДНОЙ
СЕТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ИЗОЛИРОВАННОЙ  
НЕЙТРАЛЬЮ В НОРМАЛЬНОМ РЕЖИМЕ
Степень опасности прикосновения человека к токоведущим частям электроустановок, находящимся под напряжением, зависит
от вида прикосновения и вида электрической сети. Прикосновения
могут быть одно- и двухфазными в трехфазных сетях, одно- и двухполюсными в однофазных сетях.
Провода электрических сетей по отношению к земле имеют емкость и активное сопротивление изоляции – сопротивление утечки.
На схеме (рис. 3) RA, RB, RC – активные сопротивления изоляции и
CA, CB, CC – емкости фаз относительно земли условно изображены
в виде сопротивлений и емкостей, каждое из которых присоединено
к одной точке провода. На самом деле токи утечки в исправной сети
распределяются равномерно по длине проводов. В сетях небольшой
протяженности токи утечки через емкости фаз относительно земли
невелики по сравнению с токами утечки через активные сопротивления изоляции и поэтому ими можно пренебречь.
Для упрощения анализа примем RА = RB = RС = RИЗ и
СА = СB = СС = 0.
16
С
0
B
RA
RB RС
А
CA CB
CС
Рис. 3. Трехфазная трехпроводная сеть переменного тока
с изолированной нейтралью
При однофазном прикосновении в сетях с изолированной нейтралью (рис. 4, а) ток, проходящий через тело человека в землю,
возвращается к источнику тока через активное сопротивление изоляции фаз.
Эквивалентная схема цепи замыкания тока с учетом равенства активных сопротивлений изоляции фаз относительно земли
RА = RB = RС = RИЗ и СА = СB = СС = 0 представлена на рис. 4, б.
Ток Iчел через человека будет равен
I÷åë
=
Uô
3Uô
,
=
R
R÷åë + èç 3R÷åë + Rèç
3
(7)
где Uф – фазное напряжение сети; Rчел – сопротивление тела человека.
В этом случае сила тока, проходящего через человека, зависит
от фазного напряжения, сопротивления изоляции и сопротивления
тела человека.
При измерении токов, проходящих через тело человека, сопротивление тела на частоте 50 Гц моделируется в зависимости от напряжения прикосновения в пределах от 6,7 кОм до 0,85 кОм.
Если сопротивление изоляции велико (RИЗ > 0,5 МОм), ток,
проходящий через человека, имеет малое значение и такое прикосновение безопасно даже при фазном напряжении 220 В.
17
а)
С
0
B
А
Iч
RA
RB
RС
С
в)
б)
B
0
R чел
А
Uф
~
R из
З
Iч
Рис. 4. Прикосновение человека к трехфазной сети
с изолированной нейтралью в нормальном режиме:
а – однофазное прикосновение; б – эквивалентная схема;
в – двухфазное прикосновение
Из выражения (7) следует, что в сетях с изолированной нейтралью, обладающих незначительной емкостью между проводами и
землей, опасность для человека, прикоснувшегося к одной из фаз
в период нормальной работы сети, зависит от сопротивления изоляции проводов относительно земли.
При низком качестве изоляции сеть становится опасной, так
как в этом случае ток через человека ограничивается только сопротивлением его тела.
Поэтому очень важно в таких сетях обеспечивать высокое сопротивление изоляции и постоянно контролировать ее состояние для
своевременного устранения возникших неисправностей.
18
Если в сети имеется большая емкость проводов относительно
земли (разветвленные кабельные линии), то однофазное прикосновение будет опасным несмотря на хорошую изоляцию проводов.
Двухфазное прикосновение – это прикосновение человека одновременно к двум фазам.
При двухфазном прикосновении в сетях с изолированной нейтралью (рис. 4, в) к телу человека прикладывается наибольшее
в данной сети напряжение – линейное, и поэтому через человека
пойдет большой ток Iчел.
=
I÷åë
Uë
=
R÷åë
3Uô
R÷åë
,
(8)
где Uл – линейное напряжение (напряжение между фазными проводами сети), В; Uф – фазное напряжение (напряжение между началом и концом одной обмотки или между фазными и нулевыми
проводами), В; Rчел – сопротивление тела человека, Ом.
Кроме того, ток идет по опасному для человека пути – через жизненно важные органы грудной клетки.
В сети с линейным напряжением Uл = 380 В (Uф = 220 В) при
сопротивлении тела человека = 1000 Ом ток через человека будет
равен Iчел = 380/1000 = 0,38 А.
Этот ток для человека смертельно опасен, так как почти в 4 раза
превышает пороговый фибрилляционный ток, который в 5% случаев приводит к летальному исходу.
2.3. Прикосновение к трехфазной трехпроводной сети  
пеменного тока с изолированной нейтралью  
в аварийном режиме
Аварийный режим – замыкание через малое сопротивление или
электрический пробой одной или нескольких фаз на землю (рис. 5).
Анализируя эквивалентную схему прикосновения, можно написать
Uô 3
I÷åë =
.
R÷åë + Rçàì
Если в этой формуле принять, что Rзам = 0, или считать, что
Rзам << Rчел, то
=
Uïð U=
ô 3 Uë ,
т. е. человек окажется под линейным напряжением Uл.
19
С
а)
0
б)
Rзам
B
А
Uл
Iчел
Rзам
Ƨ
Rчел
Рис. 5. Прикосновение человека к проводу трехфазной сети
с изолированной нейтралью при аварийном режиме:
а – схема сети; б – эквивалентная схема
В действительных условиях Rзам > 0, поэтому напряжение, под
которым оказывается человек, прикоснувшийся в период аварийного режима к исправной фазе трехфазной сети с изолированной
нейтралью, значительно больше фазного и несколько меньше линейного напряжения сети.
Таким образом, случай прикосновения к исправной фазе в аварийном режиме во много раз опаснее прикосновения к той же фазе
сети при нормальном режиме работы.
2.4. Прикосновение к трехфазной четырехпроводной сети  
переменного тока с глухозаземленной нейтралью 
в нормальном режиме
В сети с заземленной нейтралью (рис. 6, а) в случае прикосновения к голому фазному проводу человек оказывается под фазным
напряжением. Проводимости фазных и нулевого проводов относительно земли достаточно малы по сравнению с проводимостью заземлителя нейтрали и ими можно пренебречь. Ток проходит через тело
человека в землю и далее через заземление нейтрали – в сеть. Эквивалентная схема цепи замыкания тока представлена на рис. 6, б.
Ток Iчел через человека будет определяться выражением
I÷åë =
UÔ
, R÷åë + R0
где R0 – сопротивление заземления нейтрали.
20
(9)
С
а)
б)
Rчел
B
А
0
Uф
Ƨ
Iчел
R0
R0
Uф
в)
Uл
0
С
B
А
Uф
Iчел
R0
Рис. 6. Прикосновение человека к одной из фаз трехфазной сети
с глухозаземленной нейтралью: а – однофазное прикосновение;
б – эквивалентная схема; в – двухфазное прикосновение
Полагая, что R0 < Rчел, можно считать, что при контакте с одной из фаз напряжение прикосновения близко к фазному напряжению. Кроме того, в таких сетях сопротивление изоляции не влияет на силу тока, проходящего через человека.
При сопротивлении заземления нейтрали R0 = 4 Ом и
Rчел = 1000 Ом R0 можно пренебречь. Ток, проходящий через тело
человека, будет равен
Iчел = Uф/Rчел = 220/1000 = 0,22 А = 220 мА.
Этот ток является смертельно опасным.
21
Отсюда следует, что прикосновение к одной фазе трехфазной
сети с заземленной нейтралью в период нормальной ее работы более опасно, чем прикосновение к одной фазе сети с изолированной
нейтралью, работающей в нормальном режиме.
При двухфазном прикосновении в сетях с заземленной нейтралью (рис. 6,в) к телу человека прикладывается наибольшее в данной сети напряжение – линейное, и поэтому через человека пойдет
большой ток Iчел.
=
I÷åë
Uë
=
R÷åë
3 Uô
R÷åë
.
(10)
Анализируя выражения (8) и (10), можно сделать вывод, что
при двухфазном прикосновении тяжесть поражения не зависит от
режима нейтрали и качества изоляции, так как ток через человека
ограничивается только сопротивлением его тела.
2.5. Прикосновение к трехфазной четырехпроводной сети  
переменного тока с глухозаземленной нейтралью  
в аварийном режиме
В случае, когда одна из фаз сети замкнута на землю через относительно малое сопротивление Rзам (рис. 7, а), Iчел определяется зависимостью
I÷åë = Uô
R0 3
.
Rçàì R0 + R÷åë (Rçàì + R0 )
(11)
Если принять Rзам = 0, напряжение прикосновения равно
=
Uïð U=
ô 3 Uë ,
т. е. человек окажется под линейным напряжением.
В практических условиях сопротивления Rзам и R0 всегда больше нуля, поэтому напряжение, под которым оказывается человек,
прикоснувшийся в период аварийного режима к исправному фазному проводу трехфазной сети с заземленной нейтралью, всегда
меньше линейного, но больше фазного.
Таким образом, прикосновение человека к исправной фазе сети
с заземленной нейтралью в период аварийного режима более опасно, чем при нормальном режиме.
В электроустановках напряжением выше 1 кВ вследствие большой их протяженности и, следовательно, большой емкости между
22
С
а)
R0
б)
B
А
0
Rзам
Iзам
Rчел
Iчел
Rчел
Iчел
Uл
Ƨ
Rзам
R0
Рис. 7. Прикосновение человека к фазному проводу трехфазной сети
с заземленной нейтралью при аварийном режиме: а – схема сети;
б – эквивалентная схема
фазами и емкости фаз относительно земли опасность однофазного и
двухфазного прикосновения практически одинакова и не зависит
от режима нейтрали. Любое прикосновение к токоведущим частям
в электроустановках напряжением выше 1 кВ опасно независимо
от схемы питания. Поэтому здесь принимаются все меры для того,
чтобы сделать токоведущие части недоступными для случайного
прикосновения человека. Их располагают на недоступном расстоянии, надежно ограждают, строго регламентируют порядок доступа
к электроустановке и т. д.
3. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ
Чтобы предотвратить замыкания на землю и другие повреждения изоляции, при которых возникает опасность поражения людей
электрическим током, необходимо проводить оценку качества изоляции.
Основными видами оценки качества электрической изоляции
являются измерение сопротивления изоляции и испытание изоляции на электрическую прочность.
Сопротивление изоляции обычно измеряется на постоянном
токе при помощи мегаомметра, который состоит из генератора постоянного тока с ручным приводом, логометра и добавочных сопротивлений. Показания логометра не зависят от напряжения генератора, поэтому изменение частоты вращения рукоятки генератора
не снижает точность измерения.
23
Сопротивление изоляции зависит от приложенного напряжения. Поэтому чрезмерно высокое напряжение может повредить
изоляцию, не имеющую дефектов. Исходя из этого, регламентируется напряжение мегаомметра в зависимости от номинального напряжения электроустановки.
На рис. 8 изображен участок трехфазной сети переменного тока
с изолированной нейтралью.
В таких схемах обычно измеряется сопротивление изоляции
каждой фазы относительно земли. Сопротивление изоляции отдельной фазы относительно земли не может служить критерием
безопасности, так как ток замыкания на землю, а следовательно,
и ток через человека, определяется полным сопротивлением изоляции всей сети относительно земли.
Полное сопротивление изоляции сети определяется по формуле
RÈÇ =
R À * RÂ * RÑ
. R À * RÂ + RÂ * RÑ + R À * RÑ
(12)
Зная полное сопротивление изоляции сети, из выражения (7)
можно получить значение силы тока через человека при прикосновении его к одной из фаз
I÷åë =
3 * Uô
3 * R÷åë + RÈÇ
.
С
B
А
Iчел
RA
RB
RС
Рис. 8. Схема участка трехфазной сети переменного тока
с изолированной нейтралью: RА, RB, RС – сопротивления
изоляции фаз относительно земли
24
Наиболее полное представление о состоянии изоляции сети
с точки зрения безопасной эксплуатации может быть получено
в том случае, если сопротивление изоляции данной сети и электроустановки измерено в нормальных эксплуатационных условиях,
т. е. при рабочем напряжении и включенных токоприемниках.
В этих условиях учитывается сопротивление изоляции всех участков сети, а также зависимость сопротивления от напряжения. Этому требованию наиболее полно удовлетворяют устройства непрерывного контроля сопротивления изоляции.
Схемы непрерывного контроля состояния изоляции с помощью
трех вольтметров (рис. 9) по своему принципу действия не могут
осуществлять измерение сопротивления изоляции сети относительно земли. Их главное назначение состоит в контроле однофазных замыканий на землю, т. е. повреждений, при которых сопротивление сети относительно земли становится близким к нулю.
При исправной изоляции вольтметры показывают напряжение,
приблизительно равное фазному. В случаях глухого замыкания
на землю один из них показывает нуль, а два других – линейное
напряжение. По показаниям вольтметра можно судить лишь о наличии или отсутствии замыканий на землю, а не о сопротивлении
изоляции. При симметричном снижении сопротивлений вплоть до
короткого замыкания вольтметры будут постоянно показывать напряжение, равное фазному.
Правила устройства электроустановок (ПУЭ) требуют, чтобы сопротивление изоляции силовой и осветительной сети напряжением
С
B
А
PV1-PV3
V
V
V
Рис. 9. Схема непрерывного контроля изоляции
с помощью трех вольтметров
25
до 1000В на участке между двумя смежными предохранителями
или за последними предохранителями между любым проводом и землей, а также между двумя любыми проводами было не менее 0,5 МОм.
В производственных помещениях для выполнения осветительных и силовых сетей широко применяются провода марок ПР и
АПР. Провод ПР с медной жилой, резиновой изоляцией, в оплетке
из хлопчатобумажной пряжи, пропитанной противогнилостным
составом, применяется при напряжении до 500 В. Провод АПР – то
же, что и ПР, но имеет жилу из алюминия. Сопротивление изоляции должно быть не менее 200 МО м/м.
Сопротивление изоляции электрических цепей авиационных
приборов, электрических машин и аппаратов, электрических цепей цифровых вычислительных маших зависит от максимального
рабочего напряжения цепи и климатических условий.
Таблица 1
Соопротивление изоляции электрических цепей ЭВМ
Климатические
условия
Сопротивление изоляции, МОм, для различных максимальных значений рабочего напряжения цепи, U, кВ
до 0,1
0,1–0,5
0,5–10
Нормальные
5,0
20,0
100
Повышенная
температура
1,0
5,0
20
Повышенная
влажность
(выше 80 до 95%)
0,2
1,0
2
свыше 10
По нормативно-технической документации
на конкретные ЭВМ
или отдельные
устройства
Таблица 2
Марки проводов, наиболее часто используемых  
для бортовых сетей летательных аппаратов
№
п.п.
1
26
Марка провода
ВПВЛ
с изоляцией из винилового
пластика в лакированной
оплетке из хлопчатобумажной пряжи; токонесущая
жила из медных проволок
Условия эксплуатации (температура окружающей среды)
Сопротивление
изоляции
от +70 °С
до –60 °С
не менее
500 МО м/м
Окончание табл. 2
№
п.п.
Марка провода
Условия эксплуатации (температура окружающей среды)
Сопротивление
изоляции
2
ВПВЛЭ
с изоляцией из винилового
пластика в экранирующей
плетенке из хлопчатобумажной пряжи; токонесущая
жила из медных проволок
от +70 °С
до –60 °С
не менее
500 МО м/м
3
ВПТ-250
с изоляцией из фторопласта-4, обмотанный и оплетенный стекловолокном и
пропитанный лаком
от –60 °С
до + 250 °С
не менее
500 МО м/м
(после воздействия
T = + 250 °С)
4
ВПТЭ-250
с изоляцией из фторопласта-4, обмотанный и оплетенный стекловолокном и
пропитанный лаком
от –60 °С
до +250 °С
не менее
500 МО м/м
(после воздействия
T = + 250 °С)
5
БНФ
с полиэмидно-фторопластовой изоляцией; токоведущие
жилы из посеребренной меди
или никелированной проволоки
от –60 °С
до +200 °С
не менее
10000 МО м/м
(после воздействия
T = + 200 °С)
6
БНФЭ
с полиэмидно-фторопластовой изоляцией; токоведущие
жилы из посеребренной меди
или никелированной проволоки
от –60 °С
до +200 °С
не менее
10000 МО м/м
(после воздействия
T = + 200 °С)
Сопротивление изоляции электрических цепей электронных
вычислительных машин общего назначения (ЭВМ) должно соответствовать значениям, указанным в табл. 1.
Для бортовых сетей летательных аппаратов наиболее часто используются провода, марки которых приведены в табл. 2.
27
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ ПОРАЖЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА
ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ
4.1. Цель исследований
Исследование факторов, определяющих тяжесть поражения человека электрическим током, изучение основных схем трехфазных
электрических сетей переменного тока до 1000 В и опасностей, возникающих при прикосновении человека к электрическим сетям
в нормальном и аварийном режимах работы, ознакомление с методами исследования сопротивления тела человека и состояния изоляции электрических сетей и проводов, нормами и приборами.
4.2. Описание лабораторной установки
Для проведения экспериментальных исследований создан лабораторный стенд, в котором смоделированы:
– электрическая схема замещения тела человека;
– схема трехфазной сети переменного тока с изолированной нейтралью, работающая в нормальном и аварийном режимах;
– схема трехфазной сети переменного тока с заземленной нейтралью, работающая в нормальном и аварийном режимах;
– схема трехфазной сети переменного тока с изолированной нейтралью для исследования изоляции;
– различные марки проводов для бортовых сетей летательных
аппаратов.
Модель электрической схемы замещения тела человека
Схема исследования сопротивления тела человека представлена
на рис. 10.
Схема содержит звуковой генератор Г3-33 (I), милливольтметр
В3-38 (II) с шунтом (Rш = 10 Ом), модель электрической схемы замещения человека (III). Электрическая схема замещения тела человека смонтирована в первой секции стенда (рис. 11).
Генератор сигналов типа Г3-33 (I): 1 – плавная установка частоты; 2 – потенциометр установки выходного уровня; 3 – ступенчатая установка частоты; 4 – выходные гнезда синусоидального
сигнала; 5 – переключатель амплитуды выходного сигнала.
Генератор сигналов типа Г3-33 представляет собой источник
синусоидальных электрических колебаний звуковой и ультразвуковой частоты. Частота устанавливается по диапазонам переклю28
III
II
Rш
I
1
ГЗ
rн
zн
Xc
mV
2
z
rв
V
3
Xc
rн
zн
Рис. 10. Схема исследования сопротивления тела человека
чателем 3 «Множитель». Амплитуда выходного напряжения регулируется потенциометром 2 «Регулятор выхода».
Милливольтметр В3-38 (II): 6 – индикатор; 7 – выключатель
сети; 8 – переключатель пределов измерений; 9 – вход.
Милливольтметр В3-38 предназначен для измерения напряжения переменного тока синусоидальной формы. Вольтметр обеспечивает измерение среднеквадратического напряжения синусоидальной формы от 0,1 мВ до 300В в диапазоне частот от 20 Гц до 5 МГц.
Модель электрической схемы замещения тела человека (III):
10 – клемма подключения милливольтметра В3-38; 11 – отверстие
в корпусе стенда для подачи сигнала от генератора сигналов типа
Г3-33 к электрической схеме замещения тела человека.
Модель трехфазной сети переменного тока
с изолированной нейтралью
Исследуемая схема трехфазной сети переменного тока с изолированной нейтралью показана на рис. 12.
В этой схеме с помощью переключателя П2 можно подключать
сопротивление Rчел, имитирующее человека, к любой из фаз сети,
что позволяет исследовать зависимость тока, протекающего через
человека, от сопротивления его тела.
29
I
1
5
2
4
3
II
6
9
7
8
III
10
11
Рис. 11. Приборы, используемые при определении параметров
электрического сопротивления тела человека
30
П1
С
B
А
В1
В2
В3
R1 R2
R3
П2
Rчел
Рис. 12. Схема исследуемой трехфазной сети переменного тока
с изолированной нейтралью
Изменяя значение сопротивления RИЗ изоляции фаз (RА, RБ,
RС), можно исследовать зависимость тока Iчел, протекающего через
человека, от сопротивления изоляции каждой из фаз.
Все регулировочные элементы схемы вынесены на горизонтальную панель стенда, там же размещен миллиамперметр, регистрирующий ток, проходящий через Rчел.
Модель трехфазной сети переменного тока
с изолированной и заземленной нейтралью
На рис. 13 представлена схема трехфазной сети переменного тока, которая с помощью выключателя В1 превращается либо
в сеть с изолированной нейтралью (В1 «Выкл»), либо в сеть с глухозаземленной нейтралью (В1 «Вкл»).
Выключателем В2 можно осуществлять замыкание одной из фаз
на землю, т. е. моделировать аварийный режим. Меняя значения
Rчел, R0 и Rзам, можно изменять силу тока Iчел, протекающего через
человека, при нормальном и аварийном режимах работы схемы.
На горизонтальной панели стенда расположены все регулируемые элементы схемы, выключатели и миллиамперметр.
Модель трехфазной сети переменного тока с изолированной
нейтралью для исследования сопротивления изоляции
Схема трехфазной сети переменного тока с изолированной нейтралью показана на вертикальной панели стенда (рис. 8). Сопро31
П1
С
B
А
П2
B1
R0
B2
Rчел
Rзам
Рис. 13. Схема исследуемой трехфазной сети переменного тока
с изолированной и глухозаземленной нейтралью
тивления изоляции отдельных фаз сети относительно земли обозначены соответственно RА, RB, RС. На горизонтальной панели
стенда находятся клеммы А, Б и С, соединенные с соответствующими фазами сети, и клемма «Земля».
Исследование проводов
В правой части стенда расположены исследуемые провода марок
БПВЛ, БПВЛЭ, БПТ-250, ПР и АПР. На горизонтальной панели
стенда расположены клеммы, к которым подключены провода. Измерение изоляции проводов производится мегаомметром М1102.
Мегаомметр состоит из генератора переменного тока с ручным
приводом, выпрямителя, измерительного механизма и вспомогательных элементов. Измерительным механизмом является магнитоэлектрический логометр. Шкала мегаомметра проградуирована непосредственно в единицах сопротивления. Выбор диапазона
измерения производится тумблером. Конструктивно мегаомметр
оформлен в виде переносного прибора (рис. 14).
На лицевой панели прибора расположены клеммы 1 для подключения соединительных проводов, измерительный прибор 2,
переключатель 4 пределов измерений. Сбоку на корпусе прибора
имеется ручка 3 привода генератора.
Мегаомметр имеет два диапазона измерения:
– 0–1000 кОм;
– 0–500 МОм.
32
1
2
3
4
Рис. 14. Внешний вид мегаомметра М1102
а)
б)
Рис. 15. Схемы присоединения мегаомметра: а – измерение
сопротивления изоляции фазного провода; б – измерение
сопротивления изоляции между фазами
33
Напряжение на разомкнутых зажимах в диапазоне измерения
«МΩ» составляет 500 ± 50В. Основная погрешность в рабочей части шкалы не превышает ±1% от максимального значения шкалы.
При подготовке мегаомметра к работе необходимо выполнить
следующие операции.
1. Проверить исправность мегаомметра. В исправном мегаомметре при вращении ручки генератора и замкнутых зажимах стрелка
должна установиться на отметке «∞» шкалы «МΩ», если переключатель находится в положении «МΩ», и на отметке «0» той же шкалы, если переключатель находится в положении «кΩ».
2. Установить переключатель диапазонов измерения в положение «кΩ» или «МΩ» в зависимости от измеряемого сопротивления.
Подключить прибор к исследуемой сети, как показано на рис. 15.
3. Произвести отсчет по соответствующей шкале, плавно вращая
ручку генератора по часовой стрелке с номинальной скоростью.
ВНИМАНИЕ! При вращении рукоятки не касайтесь оголенных
проводов, присоединенных к зажимам мегаомметра.
4.3.Требования безопасности
При проведении электрических испытаний на лабораторном
стенде следует руководствоваться ГОСТ 12.3.019-80, в котором изложены общие требования безопасности.
Стенд лабораторной установки потребляет электрическую энергию, поэтому есть опасность поражения электрическим током, а
при коротких замыканиях в электрической схеме стенда возможно появление пожарной опасности. В целях уменьшения электрической опасности на измерительные схемы лабораторного стенда
питание подается через понижающий трансформатор, на выходе
которого напряжение составляет 12 В.
В целях уменьшения электрической и пожарной опасности
в конструкции стенда предусмотрены следующие мероприятия:
– корпус стенда выполнен из токонепроводящих материалов
(пластик и дерево);
– для подсоединения стенда к сети использован кабель с наружной резиновой изоляцией;
– электрический монтаж выполнен скрытно проводом марки
МГШВ с сопротивлением изоляции 20000 МОм/м;
– в цепи питания установлены предохранители на 1 А;
При работе на стенде необходимо соблюдать общие требования
пожарной безопасности:
34
– необходимо знать размещение ближайшего пожарного инвентаря и общего выключателя электроэнергии данной лаборатории;
– для тушения пожара на лабораторном стенде следует применять углекислотные огнетушители.
4.4. Порядок выполнения лабораторной работы
В лабораторной работе в зависимости от предложенного преподавателем варианта необходимо исследовать:
1) зависимость сопротивления тела человека от частоты тока;
2) опасность поражения человека электрическим током в трехфазных сетях переменного тока с изолированной и заземленной
нейтралью в нормальном и аварийном режимах;
3) состояние изоляции трехфазной сети переменного тока с изолированной нейтралью;
4) состояние изоляции некоторых марок проводов бортовой сети
летательных аппаратов.
Определение параметров
электрического сопротивления тела человека
Электрическая схема замещения тела человека смонтирована
в первой секции стенда. Для подключения звукового генератора
и милливольтметра используются клеммы 1, 2, 3 стенда. Схема
включения приборов показана на рис. 10 и на вертикальной панели стенда.
Проверьте подключение приборов и положение ручек на генераторе и вольтметре и при необходимости установите:
– ручку 1 плавной установки частоты генератора на 25 Гц;
– переключатель 3 установки частоты в положение х1;
– переключатель 5 режима работы в положение «1»;
– ручку 2 установки выходного напряжения в «0»;
– переключатель 8 пределов измерения на В3-38 в положение
10 мВ.
Подключите приборы Г3-33 и В3-38 к сети и включите их. Ручкой установки частоты генератора установите соответствующую
частоту тока (см. табл. 3). Регулятором 2 выходного напряжения
установите напряжение, соответствующее варианту задания. Показания приборов запишите в табл. 3. Установите следующую частоту в соответствии с данными табл. 3 и продолжите эксперимент.
После окончания работы выключите приборы.
35
Таблица 3
Результаты
измерений
расчетов
U, В
U, мВ
I, мА
Z, кОм
Частота
f, Гц
lgf
25
35
45
60
100
250
500
1000
2500
5000
10000
20000
1.4
1.5
1.6
1.8
2.0
2.4
2.7
3.0
3.4
3.7
4.0
4.3
Здесь U, В – выходное напряжение генератора; U, мВ – показания вольтметра.
Рассчитайте силу тока и сопротивление тела человека и заполните табл. 3.
I=
U, Â
U, ìÂ
, мА; Z =
, кОм.
Rø
I
где Rш – сопротивление шунта, 10 Ом.
По данным табл. 3 в диапазоне частот 0–100 Гц в линейном масштабе постройте график зависимости полного сопротивления тела
человека от частоты тока Z = ϕ(f). Методом экстраполяции (см. рис. 2)
найдите полное сопротивление Z0 тела человека при f → 0.
По данным табл.3 в диапазоне частот 25–20000 Гц постройте
график зависимости полного сопротивления тела человека от частоты тока Z = ϕ(f). На графике частота откладывается в логарифмическом масштабе.
Из графика зависимости Z = ϕ(f) при f > 10000 Гц на основании
равенства (3) определите внутреннее сопротивление rВ тела человека.
Рассчитайте активное сопротивление rн наружного слоя кожи
по формуле (4).
Из графика зависимости Z = ϕ(f) в диапазоне частот 0–100 Гц
определите полное сопротивление Zf тела человека при заданной
частоте f и по формуле (1) рассчитайте полное сопротивление Zн
наружного слоя кожи при заданной частоте f.
36
По формуле (6) рассчитайте емкость С наружного слоя кожи, а
по формуле (2) рассчитайте емкостное сопротивление Хс.
Укажите факторы, влияющие на условия поражения человека
электрическим током.
Прикосновение человека к одной из фаз трехфазной сети
переменного тока с изолированной нейтралью
Исследуемая схема показана во второй секции стенда на вертикальной панели, а органы управления выведены на горизонтальную панель (см. рис. 12).
Необходимо исследовать изменение тока через человека при
прикосновении к одной из фаз в зависимости от сопротивления Rчел
тела человека и сопротивления RИЗ изоляции фаз.
Исследование влияние сопротивления тела человека на силу
тока при прикосновении человека одной из фаз
Приведите стенд в исходное положение: выключатели В1, В2 и
В3 и переключатель П1 установите в положение «Выкл», а регулируемые резисторы RА, RB и RС поставьте в нулевое положение.
Переключателем П2 подключите миллиамперметр и Rчел к заданной фазе. Выключатели В1, В2 и В3 поставьте в положение
«Вкл».
Таблица 4
Наименование
фазы
Результаты измерений
RИЗ фазы = ..., МОм
Rчел, кОм
1
2
3
4
5
6
Iчел, мА
Установите заданное значение сопротивления Rиз изоляции
фаз. Переключателем П1 включите схему под напряжение. Меняя
последовательно значения Rчел, снимите показания миллиамперметра и занесите их в табл. 4.
Исследование влияния сопротивления изоляции фаз на силу
тока при прикосновении человека к одной из фаз
По варианту установите необходимое значение Rчел. Переключателем П2 подключите миллиамперметр и Rчел к заданной фазе и
включите схему. Включите выключатели В1, В2, В3 и, меняя значение сопротивления RИЗ изоляции данной фазы, снимите показа37
Таблица 5
Результаты измерений
Rчел = ..., кОм
Наименование фазы
RИЗ, МОм
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
Iчел, мА
ния миллиамперметра. Полученные значения занесите в табл. 5.
Приведите стенд в исходное положение и выключите схему.
Сделайте выводы по экспериментальным данным о степени
опасности поражения человека электрическим током, используя
требования ГОСТ 12.1.038-88.
Исследование сети с изолированной нейтралью,
работающей в аварийном режиме
Исследуемая схема показана в третьей секции стенда на вертикальной панели, а органы управления и миллиамперметр расположены на горизонтальной панели (см. рис. 13).
Таблица 6
Режим работы
схемы
Аварийный
Результаты измерений для фазы...
Rзам = ..., Ом
Rчел, кОм
1
2
3
4
5
6
Iчел, мА
Приведите стенд в исходное положение: выключатели В1, В2 и
П1 поставьте в положение «Выкл», переключатель П2 в положение
А, Rзам в положение 0.1, Rчел – в положение «Выкл». Переключателем П1 включите схему. По варианту установите значение Rзам,
включите выключатель В2, имитирующий замыкание фазы, а
переключатель П2 – в положение заданной фазы. Меняя значение
Rчел, снимите показания миллиамперметра и занесите их в табл. 6.
По окончании измерений приведите стенд в исходное состояние.
Исследование сети с глухозаземленной нейтралью,
работающей в нормальном режиме
Сеть с глухозаземленной нейтралью моделируется выключателем В1 (положение «Вкл»).
Переключателем П1 включите схему. По заданному варианту установите требуемое значение сопротивления заземления R0, а
38
Таблица 7
Режим работы схемы
Нормальный
Результаты измерений для фазы...
R0 = ..., Ом
Rчел, кОм
1
2
3
4
5
6
Iчел, мА
переключателем П2 – фазу, к которой имитируется прикосновение
человека. Меняя значение Rчел, снимите показания миллиампер
метра и занесите их в табл. 7. Приведите стенд в исходное состояние.
Исследование сети с глухозаземленной нейтралью,
работающей в аварийном режиме
Аварийный режим моделируется выключателем В2 (положение
«Вкл») и переключателем П2.
Установите заданные значения R0, Rзам и фазу. Переключателем
П1 включите схему. Включите выключатели В1 и В2. Меняя значения Rчел, снимите показания миллиамперметра и занесите в табл.
8. По окончании измерений выключите схему.
По данным табл. 4 и 6 постройте графики зависимостей
I÷åë = f (R÷åë ) для трехфазной сети с изолированной нейтралью, работающей в нормальном и аварийном режимах.
По данным табл. 7 и 8 постройте графики зависимостей
I÷åë = f (R÷åë ) для трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью,
работающей в нормальном и аварийном режимах.
Проведите анализ исследуемых схем с точки зрения их опасности при прикосновении человека к одной из фаз.
Исследование изоляции трехфазной сети
переменного тока
Исследуемая схема показана на вертикальной панели стенда
в пятой секции, а на горизонтальную панель выведены клеммы исследуемых фаз А, B и С и клемма «Земля» (см. рис. 15).
Таблица 8
Режим работы схемы
Аварийный
Результаты измерений для фазы...
R0 = ..., Ом, Rзам = ..., Ом
Rчел, кОм
1
2
3
4
5
6
Iчел, мА
39
Таблица 9
Результаты измерения и расчетов
Наименование фазы
Rдоп, МОм
Rиз, МОм
А
B
С
С помощью мегаомметра измерьте сопротивление изоляции фаз
А, B и С. Полученные значения занесите в табл. 9. Сравните полученные значения сопротивлений изоляции фаз А, B и С с Rдоп согласно ПУЭ и сделайте вывод о пригодности исследуемой сети
к эксплуатации.
Исследование изоляции проводов
Исследуемые провода показаны на вертикальной панели стенда,
на горизонтальную панель выведены клеммы исследуемых проводов.
Таблица 10
Марка провода
Результаты измерения
Rизм, МОм/м
Rдоп, МОм/м
БПВЛ
БПВЛЭ
БПТ
БПТЭ
ПР
АПР
С помощью мегаомметра измерьте сопротивление изоляции проводов (МОм/м) БПВЛ, БПВЛЭ, БПТ, БПТЭ, ПР и АПР и заполните
табл. 10. Сравните полученные значения сопротивлений изоляции
всех марок проводов с Rдоп и сделайте вывод об их пригодности
к эксплуатации.
5. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА
Отчет должен содержать:
– протокол измерений;
40
– принципиальные схемы подключения приборов по всем выполняемым разделам лабораторной работы;
– расчетные формулы с обозначением их элементов;
– графики полученных экспериментальных зависимостей;
– конкретные выводы по результатам исследований.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Безопасность жизнедеятельности: учебник / под ред. О. Н. Русака. – СПб.: Лань, 2016.– 704 с.
2. Графкина М. В., Нюнин Б. Н., Михайлов В. А. Безопасность
жизнедеятельности: учебник. – М.: ФОРУМ; ИНФРА-М, 2013. –
416 с.
3.Безопасность жизнедеятельности. Безопасность технологических процессов и производств (Охрана труда): учеб. пособие для вузов. 4-е изд., перераб. / П. П. Кукин, В. Л. Лапин, Н. Л. Пономарев
и др. – М.: Высш. шк., 2007.– 335 с.
4. Охрана труда на предприятиях гражданской авиации: учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп./ В. Г. Ененков, Н. А. Демидов, Т. В. Павелко, А. А. Рессин; под ред. В. Г. Ененкова.– М.:
Транспорт, 1990. – 288 с.
5. Охрана труда в приборостроении: учебник для приборостроит.
вузов / под. ред. А. Г. Алексаняна.– М.: Высш. шк., 1986.– 215 с.
6. ГОСТ Р 12.1.009-2009 ССБТ. Электробезопасность. Термины
и определения.
7. ГОСТ 12.1.038-82 (1998) ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов.
8.Правила устройства электроустановок: 7 – изд. – М.: Госэнергонадзор России, 2000.
41
СОДЕРЖАНИЕ
Введение.................................................................................. 3
1. Электрический ток................................................................ 1.1. Действие электрического тока на человека........................ 1.2. Факторы, определяющие исход поражения
электрическим током.................................................... 1.3. Классификация помещений по опасности поражения
человека электрическим током....................................... 1.4. Причины электротравматизма......................................... 4
4
2. Анализ опасности прикосновения человека к токоведущим
частям электрооборудования ..................................................... 2.1. Выбор схемы сети и режима нейтрали............................... 2.2. Прикосновение к трехфазной трехпроводной сети
переменного тока с изолированной нейтралью
в нормальном режиме.................................................... 2.3. Прикосновение к трехфазной трехпроводной сети
пеменного тока с изолированной нейтралью
в аварийном режиме...................................................... 2.4. Прикосновение к трехфазной четырехпроводной сети
переменного тока с глухозаземленной нейтралью
в нормальном режиме................................................... 2.5. Прикосновение к трехфазной четырехпроводной сети
переменного тока с глухозаземленной нейтралью
в аварийном режиме...................................................... 7
13
14
15
15
16
19
20
22
3. Измерение сопротивления изоляции........................................ 23
4. Исследование факторов поражения человека электрическим
током...................................................................................... 4.1. Цель исследований........................................................ 4.2. Описание лабораторной установки................................... 4.3.Требования безопасности................................................. 4.4. Порядок выполнения лабораторной работы....................... 28
28
28
34
35
5. Оформление отчета................................................................ 40
Библиографический список ....................................................... 41
42
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
5
Размер файла
2 854 Кб
Теги
kolobashkin
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа