Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Омский государственный университет путей сообщения
Кафедра «Безопасности жизнедеятельности и охраны труда»
Анализ условий безопасности в трехфазных электрических цепях напряжением до 1 кВ
Отчет по лабораторной работе № 4
по дисциплине «Охрана труда»
Студенты группы 25 Д
______________С. А. Матлахов
______________П. Л. Сошкин
______________П. А. Штаров
______________
Руководитель
преподаватель кафедры БЖиОТ
______________Д. А. Тайкешев
______________
Омск 2009
Цель работы: исследовать опасность прикосновения человека к фазному проводу электрической сети напряжением до 1 кВ в ее нормальном и аварийном состояниях в зависимости от режима нейтрали источника питания сети, активного сопротивления изоляции и емкости проводов относительно земли, а также сопротивления в цепи тела человека.
Теоретические сведения
1. Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью
Рассмотрим вначале схему замещения и расчетную схему исследуемой трехфазной сети (рис. 1).
а б
Рисунок 1 – Схема трехфазной четырехпроводной сети:
а – схема замещения; б – расчетная схема
Распределенные по длине каждого из фазных проводников А, В, С и PEN-проводника активное сопротивление изоляции и емкость относительно земли условно принимаем сосредоточенными элементами RAE, RВЕ, RCE, RPEN и СAE, СВЕ, СCE, СPEN. Индуктивной составляющей сопротивления изоляции обычно пренебрегают по причине ее незначительности.
Здесь для удобства вывода расчетных зависимостей используются значения проводимостей:
YA=1/RAE+j CAE; YВ=1/RВE+j CВE; YС=1/RСE+j CСE; (1)
YN=1/RPEN+j CPEN; Y0=1/R0; Yh=1/Rh=(Rчл+Rоб+Rос)-1 (2)
где ω = 2πf – угловая частота переменного тока; R0 – сопротивление заземления нейтрали; j = .
Такая схема замещения позволяет рассмотреть сеть с глухозаземленной нейтралью, если принять Y0=1/R0, или трехпроводную сеть с изолированной нейтралью, если принять YN = Y0 = 0.
Принимая фазные напряжения источника симметричными, получим:
UA=Uф; UВ=а2Uф; UС=аUф, (3)
где Uф – амплитуда фазных напряжений; а=–0,5+j – фазный оператор, позволяющий учесть сдвиг по фазе на 120° фазных напряжений, причем = 1.
Применяя законы Кирхгофа (к схеме на рис. 1, б), получим общее выражение для расчета тока, протекающего через тело человека, стоящего на земле и прикасающегося к фазе А трехфазной сети:
Ih=UфYh (4)
PEN-проводник совмещает в себе функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводника в электроустановках напряжением до 1 кВ.
В четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью сопротивление R0 8 Ом, т. е. много меньше сопротивлений изоляции проводников А, В, С, PEN относительно земли или иначе
(5)
Пренебрегая в выражении (4) малыми по сравнению с Y0 величинами, получим
(6)
или с учетом соотношений (2)
(7)
Так как R0<<Rh , то
(8)
или, учитывая соотношение (1),
Rчл+Rоб+Rос). (9)
Следовательно, в сети с глухозаземленной нейтралью в случае прикосновения человека к фазе Ih не зависит от сопротивления изоляции и емкости проводников А, В, С и PEN относительно земли. При этом решающее значение имеют сопротивление обуви и основания, на котором стоит человек. Применение электрозащитных средств: диэлектрических галош, изолирующих подставок, диэлектрических ковров, а также наличие диэлектрического пола в помещении позволяет обеспечить требуемый уровень безопасности.
При неблагоприятных обстоятельствах (например, при сырой обуви и токопроводящих полах) можно принять Rоб= Roc= 0.
Тогда
(10)
Такая ситуация представляет серьезную опасность для жизни человека.
2. Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью
В таких сетях YN = Y0= 0. Кроме того, при нормальном режиме работы сети обычно RAE = RBE = RCE = RE, СAE = СBE = СCE = СE и следовательно, YA = YB= Yc = Y. С учетом этого из выражения (4) следует:
(11)
Переходя от проводимостей к сопротивлениям и учитывая, что комплексное сопротивление проводника относительно земли Z = 1/Y=(1/RE +j CE)-1, получаем
(12)
а амплитуда тока
(13)
Рассмотрим два частных случая:
а) При CE 0, что имеет место в коротких воздушных сетях, из формулы (12) находим
(14)
или с учетом выражения (1)
(15)
Следовательно, ток, проходящий через человека, зависит от фазного напряжения, сопротивления изоляции проводников относительно земли и сопротивления в цепи тела человека. В условиях сырости можно принять Rоб = Rос= 0, и тогда решающее значение приобретает сопротивление изоляции. Если оно удовлетворяет требованиям Правил устройства электроустановок, т. е. RE 500 кОм, то Ih не может достичь опасных значений.
б) При (это допустимо принять для кабельных сетей) из выражения (13), разделив числитель и знаменатель дроби под корнем на , получим
(16)
На практике емкости фаз сравнительно невелики, поэтому второй член выражения под корнем не может быть много больше единицы. Отсюда следует, что с увеличением емкости фаз относительно земли ток Ih растет и может достичь опасных значений.