Еремина Т.В., Гусева Н.И. и др. Руководство к выполнению лабораторных работ по курсу Безопасность жизнедеятельности

Подождите немного. Документ загружается.

101 102

бора и сопротивлениям R

и R

ОПАСНО. Кнопка К служит

для подключения схемы прибора на напряжение постоянно-

го тока U =1,4В для измерения сопротивления заземляющей

проводки. При нажатии кнопки К сопротивление R

, пере-

стает играть роль ограничителя величины переменного то-

ка, проходящего по прибору и поэтому при наличии ава-

рийного напряжения на заземленном объекте нажимать

кнопку К ЗАПРЕЩАЕТСЯ.

2. Измерение сопротивления заземляющих проводок.

Измерение сопротивления заземляющей проводки от

корпуса электродвигателя до заземляющей шины произво-

дится омметром М-372 по схеме, приведенной на рис.2.

Корректором устанавливают стрелку омметра на нуль. На-

жимают кнопку и рукояткой "установка на

∞

" устанавли-

вают стрелку прибора на ∞ . Один из зажимов R

омметра

присоединяют к клемме R

общей шины внутреннего кон-

тура заземления медным проводом сечением 1,5 мм и дли-

ной 3 м. Второй зажим R

присоединяют к клемме К

, со-

единенной с корпусом электродвигателя. Подают напряже-

ние на электродвигатель, ставя выключатель в положение

"включено". При этом лампочка на стенде должна гореть.

Не нажимая кнопки, убеждаются в наличии напряжения на

корпусе электродвигателя по показаниям прибора. В таком

положении прибор должен оставаться включенным

не более

30 сек! Для снятия напряжения с корпуса электродвигателя

ставят выключатель в положение "Выключено" (лампочки

должны погаснуть). Контакт БК замкнуть. Убедившись в

отсутствии напряжения на корпусе по прибору М - 372

(стрелка прибора должна быть на нуле) нажимают кнопку К

омметра и производят отсчет сопротивления R

заземляю-

щей проводки от корпуса электродвигателя до шины в

Омах. Данные измерения внести в протокол1.

Убедившись, что электрическая печь не находится

под напряжением (сигнальная лампочка не должна гореть)

отсоединяют провод, идущий от второго зажима R

ом-

метра к клемме К

на стенде, присоединяя его к клемме К

соединенной с корпусом электропечи. Убеждаются по при-

бору М-372 в отсутствии напряжения на корпусе эл. печи

(стрелка омметра должна быть на нуле). Нажимают на

кнопку К омметра и производят отсчет сопротивления R

заземляющей проводки от корпуса электропечи до шины в

омах. Данные измерений внести в протокол1.

Рис.2. Электрическая схема стенда

М-372

Эл.печь

Контур заземления

Эл.

Двигат

шина

БК

103 104

3. Устройство мегометра

На рис. 3. показана схема внутренних соединений

мегомметра, в котором источником тока служит магнито-

электрический генератор и применен лагометр, чтобы ис-

ключить влияние скорости вращения генератора. Двухпо-

люсный переключатель позволяет переходить от последова-

тельной схемы при измерении ( к Ω ) к параллельной при

измерении ( М Ω ). Шкала прибора снабжена двумя рядами

отметок: прямой ( к Ω ) и обратной ( М Ω ). Измерение со-

противления в обоих случаях производится при подключе-

нии к зажимам З (земля) и Л (линия). Прибор снабжен за-

жимом Э (экран), который дает возможность отвести токи

утечки с помощью охранного кольца мимо измерительного

прибора. Это же мероприятие позволяет исключить влияние

сопротивления изоляции между зажимами "Линия" и "Зем-

ля", которые при больших значениях измерительного со-

противления может исказить показания. Для этой цели за-

жим "линия" окружен охранным кольцом, присоединенным,

как и зажим "Экран", непосредственно к одному из полюсов

генератора. С этой же целью внутреннее сопротивление

прибора так же экранированы. Показания мегомметра не

зависят от напряжения генератора, поэтому небольшое из-

менение скорости вращения рукоятки генератора не снижа-

ет точности измерения. С другой стороны, сопротивление

изоляции нелинейно - оно зависит от величины приложен-

ного напряжения. Поэтому при измерении изоляции надо

вращать рукоятку магнитоэлектрического генератора со

скоростью 100 - 120 оборотов в минуту.

4. Измерение сопротивления изоляции обмоток

электродвигателя

Для измерения сопротивления изоляции обмоток

электродвигателя концы трехфазной обмотки выведены на

стенд (шесть клемм). Измерение производится мегометром

М -1101 М. Измеряется сопротивление изоляции каждой

обмотки относительно корпуса электродвигателя и сопро-

тивления изоляции между обмотками в следующем поряд-

ке. Определяют принадлежность концов каждой обмотке.

Для этого поочередно к мегометру присоединяют начало

каждой обмотки и один из концов обмотки. При нулевом

показании мегомметра начало и конец принадлежит одной

обмотке. Затем мегомметр присоединяют поочередно к на-

чалу или концу каждой обмотки и зажиму К

и измеряют

сопротивление изоляции обмотки относительно корпуса

электродвигателя. Величины сопротивлений заносят в про-

токол 2.

Рис. 3. Принципиальная схема мегометра М - 1101 М

завода "Электроприбор"

лагометр

МΩ

кΩ

105 106

Затем мегометр присоединяют к началам или концам

обмоток и замеряют сопротивление изоляции между обмот-

ками.

Величины сопротивлений заносят в протокол 2.

Протокол 1

Наименование сопротивле-

ния

Величина сопротивления

Заземляющая проводка от

электродвигателя

= Ом

Заземляющая проводка от

электропечи

= Ом

Протокол 2

Сопротивление

изоляции

Величина сопротивления, мОм

Относительно

корпуса фазы

АВ

ВС

Между обмотками

фаз

СА

Правила безопасности

при выполнении лабораторной работы

1. Включать электроустановки по указанию препода-

вателя.

2. Пользоваться электроизмерительными приборами в

строгом соответствии с методическими указаниями.

Оформление отчета

1. Цель работы.

2. Привести схему измерения сопротивления зазем-

ляющих проводок с помощью омметра М -372.

3. Привести протокол 1 измерений сопротивления за-

земляющих проводок от электродвигателя и от электропе-

чи.

4. Привести протокол 2 измерений сопротивлений

изоляции обмоток электродвигателя.

Лабораторная работа 9

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПАСНОСТИ ПОРАЖЕНИЯ

ТОКОМ В ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В

Цель работы

Исследовать опасность поражения током в трехфаз-

ных электрических сетях:

четырехпроводных с глухозаземленной нейтралью;

трехпроводных с изолированной нейтралью.

Основные положения

Все случаи поражения человека током это результат

возникновения электрической цепи через тело человека,

т.е. результат прикосновения человека не менее чем к двум

точкам цепи, между которыми существует напряжение.

Опасность такого прикосновения человека, оцениваемая

величиной тока I

, проходящего через тело человека, или

же напряжением, под которым оказывается человек, т.е.

напряжением прикосновения U

пр

, зависит от ряда факто-

107 108

ров: схемы самой сети, режима ее нейтрали, эффективности

изоляции токоведущих частей относительно земли и т.п.

Схемы включения человека в цепь электрического

тока могут быть различными. Наиболее характерными яв-

ляются две схемы включения: между двумя фазами, между

одной фазой и землей (рис.1). Во втором случае предпола-

гается наличие электрической связи между сетью и землей.

Рис.1. Случаи включения человека в цепь тока:

А - двухфазное, Б и В - однофазное включение

Двухфазное включение, как правило, более опасно,

поскольку к телу человека приложено наибольшее в данной

сети напряжение - линейное Uл, а ток, проходящий через

человека, не зависит от схемы сети, режима нейтрали и дру-

гих факторов и имеет наибольшее значение.

⋅

, (1)

где I

- ток, проходящий через человека, А;

- соответственно фазное и линейное напряжения

сети, В;

- электрическое сопротивление тела человека, Ом.

Однофазное включение является, как правило, менее

опасным, чем двухфазное. Но однофазное включение воз-

никает значительно чаще и является основной схемой, вы-

зывающей поражение людей током в сетях любого напря-

жения, поэтому ниже анализируются лишь случаи одно-

фазного включения.

Электробезопасность сети оценивается рядом фак-

торов, среди которых главное место занимает величина то-

ка, протекающего через тело человека. По величине этого

тока при прикосновении человека к одной из фаз и будет

проведен анализ безопасности электрических сетей на-

пряжением до 1000 В: трехфазной четырехпроводной с

глухо заземленной нейтралью и трехфазной трехпроводной

с изолированной нейтралью.

Трехфазная четырехпроводная сеть

с глухо заземленной нейтралью

Схема включения человека в цепь тока в трехфазной

четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью при

нормальном режиме изображена на рис.2.

Рис.2. Прикосновение человека к фазному проводу

при нормальном режиме работы сети

109 110

В симметричной трехфазной четырехпроводной сети

с глухозаземленной нейтралью ток I

, проходящей через че-

ловека, прикасающегося к фазному проводу при нормаль-

ном режиме работы сети и весьма малых проводимостях

фазных и нулевого проводов по отношению к земле по

сравнению с проводимостью заземления нейтрали, может

быть определен по формуле:

RзR

= , (2)

где U

- фазное напряжение, В ;

- сопротивление заземления нейтрали, Ом;

- сопротивление тела человека, Ом.

Из выражения (2) следует, что ток, проходящий через

человека, прикоснувшегося к фазе трехфазной четырехпро-

водной сети с заземленной нейтралью в период нормальной

работы ее, практически не изменяется с изменением сопро-

тивления изоляции к емкости проводов относительно земли,

если сохраняется условие, что полные проводимости прово-

дов относительно земли весьма малы по сравнению с про-

водимостью заземления нейтрали. При аварийном режиме,

когда одна из фаз, например, фаза А сети замкнута на землю

через относительно малое активное сопротивление R

зм

(рис.3.), ток I

, проходящий через человека, прикасающего-

ся к одной из исправных фаз, может быть определен из вы-

ражения













⋅=

))((

)3(

ззмhзм

ззм

фh

RRRR

UI (3)

а напряжение, под которым при этом будет нахо-

диться человек:













⋅=

))((

)3(

ззмhзм

ззм

hфпр

RRRR

RUU (4)

Рассмотрим выражение (4) при следующих случаях:

1. Сопротивление замыкания провода на землю

очень мало и его можно считать равным нулю

зм

≈

0. При U

= U

ф 3

= U

2. Если принять равным нулю сопротивление зазем-

ления нейтрали.

зм

≈

0, то U

= U

В реальных условиях сопротивление R

и R

зм

всегда

больше нуля, поэтому напряжение, под которым оказыва-

ется человек, прикоснувшийся в период аварийного режи-

ма к исправному фазному проводу трехфазной четырех-

проводной сети с заземленной нейтралью, всегда меньше

линейного, но больше фазного U

< U

Рис.3. Прикосновение человека к фазному проводу

при аварийном режиме работы сети

зм

111 112

Таким образом, прикосновение человека к исправной

фазе трехфазной четырехпроводной сети с заземленной ней-

тралью в период аварийного режима более опасно, чем при

нормальном режиме.

Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной

нейтралью

В трехфазной трехпроводной сети с изолированной ней-

тралью при нормальном режиме работы ток I

, проходящий

через человека, прикоснувшегося к одной из фаз при R

= R

= R и С

= С

= С, будет определяться выраже-

нием:

)

(

= , (5)

где Z - комплекс полного сопротивления одной фазы отно-

сительно земли, Ом.

jwcY

, (6)

Рис.4. Прикосновение человека к проводу трехфазной

трехпроводной сети с изолированной нейтралью

при нормальном режиме работы

При равенстве сопротивлений (R

= R

= R) и от-

сутствии емкостей фаз (С

= С

= С) по отношению к

земле, что имеет место при коротких воздушных сетях,

выражение (5) имеет вид:

= . (7)

При равенстве емкостей (С

= С

= С) и небольших

активных сопротивлениях (R

= R

= С) фаз по отно-

шению к земле, что может быть в кабельных сетях, выра-

жение (5) примет вид:

3/c

= . (8)

где X

= 1/

- емкостное сопротивление фазы по отноше-

нию к земле.

Анализируя выражения (5), (7) и (8), можно сделать вы-

вод, что в трехфазных сетях с изолированной нейтралью

опасность электропоражения человека, прикоснувшегося к

одной из фаз в период нормальной работы сети, зависит от

сопротивления проводов относительно земли: с увеличени-

ем сопротивления опасность уменьшается.

Рис.5. Прикосновение к проводу трехфазной

трехпроводной сети с изолированной нейтралью

при аварийном режиме

113 114

При аварийном режиме в трехфазной трехпроводной се-

ти с изолированной нейтралью (рис. 5.), когда имеет место

замыкание фазы на землю через малое активное сопротив-

ление R

зм

, проводимости двух других исправных фаз отно-

сительно земли можно принять равными нулю.

Тогда значение тока I

, протекающего через человека,

прикоснувшегося к исправной фазе сети, будет определять-

ся выражением:

)(

змh

= . (9)

Если принять, что R

зм

≈ 0 или по крайней мере считать,

что R

зм

значительно меньше R

(так обычно бывает в реаль-

ных условиях), то, согласно выражению (9), человек ока-

жется под линейным напряжением.

Анализ выражений (9) и (3) показывают, что прикосно-

вение человека при аварийном режиме к исправной фазе

трехфазной сети с изолированной нейтралью, как правило,

является более опасным, чем сети с заземленной нейтралью.

Выбор схемы и режима нейтрали

Выбор схемы, а также режима нейтрали производится по

технологическим требованиям и по условиям безопасности.

При напряжении до 1000 В широкое распространение

получили обе рассмотренные выше схемы трехфазных се-

тей. По технологическим требованиям предпочтение часто

отдается трехфазной четырехпрроводной сети с заземлен-

ной нейтралью, поскольку она позволяет использовать два

рабочих напряжения - линейное и фазное. От такой сети

можно питать как силовую нагрузку - трехфазную и одно-

фазную, так и осветительную, включая ее на фазное напря-

жение 220 В.

ПО УСЛОВИЯМ БЕЗОПАСНОСТИ выбор одной из

двух схем производится с учетом выводов, полученных

выше при рассмотрении этих сетей: по условиям прикос-

новения к фазному проводу в период нормального режима

работы более безопасной является сеть с изолированной

нейтралью.

Сети с изолированной нейтралью целесообразно при-

менять в тех случаях, когда имеется возможность поддер-

живать высокий уровень изоляции проводов и когда ем-

кость земли незначительна. Такими сетями являются не-

протяженные малоразветвленные сети, неподверженные

воздействию агрессивной среды и находящиеся под посто-

янным надзором квалифицированного персонала.

Трехфазные сети с изолированной нейтралью приме-

няются в небольших предприятиях, в электротехнических

лабораториях, в передвижных электроустановках (в геоло-

горазведке, в нефтедобывающей промышленности и др.), в

шахтах, торфоразработках, в сельском хозяйстве, в терми-

ческих, литейных, гальванических цехах и участках.

Трехфазные четырехпроводные сети с заземленной

нейтралью следует применять там, где невозможно обеспе-

чить хорошую изоляцию проводов (из-за агрессивной сре-

ды, высокой влажности и пр.) и нет систем автоматизиро-

ванного контроля изоляции проводов относительно земли.

Меры безопасности при проведении работ

Выполнять лабораторную работу следует строго со-

блюдая методические указания.

Запрещается студенту самостоятельно открывать па-

нель, отвинчивать болты и производить ремонт.

Подключение шины заземления и шнура питания

стенда производится только обслуживающим персоналом

лаборатории.

115 116

Рис. 6. Принципиальная схема стенда

Описание установки

Стенд, на котором выполняется работа и принципи-

альная схема которого показана на рис. 6, позволяет модели-

ровать обе исследуемые трехфазные сети до 1000 В: с изо-

лированной нейтралью и заземленной нейтралью. Сущест-

вующие в реальных сетях распределенные по всей линии

сопротивления изоляции и емкости проводов относительно

земли заземлены в схеме стенда сосредоточенными сопро-

тивлениями (R

, R

и R

) от 1 до 48 кОм и емкостями

, C

) от 0,06 до 2 мкФ. Изменяя величину этих

сопротивлений и емкостей, можно имитировать на стенде

каждую из исследуемых сетей с заданными параметрами.

Сопротивление заземления нейтрали R

установлено равным

4.7 кОм. Заземляет нейтраль выключатель В3. Сопротивле-

ние тела человека (R

) имитируется с помощью регулируе-

мого резистора от 1 до 48 кОм, включаемого между выбран-

ной фазой и “землей”. Ток, проходящий через человека I

измеряется миллиамперметром c пределами измерения до

50 мА (или до 150 мА) с включенным выключателем В

шунтом R

. Кнопка КН-1 включает между выбранной фа-

зой и “землей” резистор R

3М

с сопротивлением 200 Ом,

имитируя аварийный режим сети.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с содержанием работы.

2. Изучить расположение органов управления на стен-

де.

3. Установить на стенде заданные по варианту в «де-

лениях шкал» значения сопротивлений изоляции проводов

относительно земли R

, R

сопротивление тела челове-

ка R

и емкостей линий С

= С

(табл.1).

4. Переключателем В10 подключить кнопку КН-1 к

заданной по варианту фазе (табл.1).

5. Переключатель В9 установить на диапазон 0-150

мА.

6. Установить стенд в режим имитации трехфазной

трехпроводной сети с изолированной нейтралью

(переключатель В3 выключен).

7. Доложить преподавателю о готовности к проведе-

нию работы и с его разрешения включить стенд.

8. Замерить I

– токи, протекающие через человека при

прикосновении к фазам А, В, С, с помощью переключателя

В8. Результаты замеров занести в протокол 1. Если при из-

мерениях миллиамперметр будет показывать ток линии до

50 мА, то нужно использовать предел измерения от 0 – 50

мА (выключить В9). Новые измерения начинать только с

пределов измерения 0-150 мА (В9 включен). При токах ме-

нее 10 мА делайте интерполяцию значения тока.

9. Замерить I

– токи, протекающие через человека в

аварийном режиме сети, повторив измерения по П.8, но в

117 118

момент отсчета, нажимая кнопку КН-1. Результаты внести в

протокол 1.

10. Установить стенд в режим имитации трехфазной

сети с заземленной нейтралью (переключатель В3 включен).

Повторить п.п. 8, 9.

11. Выключить стенд.

12. Установить на стенде заданные по варианту в «де-

лениях шкал» значения сопротивлений изоляции проводов

относительно земли R

ABCH

, сопротивление

тела человека R

и емкостей С

ABCH

(табл.1). Значения R

, R

изменяются одновременно четыре раза.

13. Переключателем В8 подключить миллиамперметр к

заданной по варианту фазе. Включить стенд. (Переключате-

ли В2 и В3 выключены). Результаты замера внести в прото-

кол 2 раздела «Изолированная нейтраль».

14. Повторить п.п. 12, 13 (Переключатели В2 и В3

включить). Результаты замера внести в протокол 2 раздела

«Заземленная нейтраль».

15. Установить на стенде заданные по варианту значе-

ния емкостей C

= C

ABCH

, сопротивление тела

человека R

и сопротивлений R

A,B,С,H

(табл.1). Значения C

изменяются одновременно четыре раза.

16. Повторить п.п. 13, 14.

Таблица 1

Индивидуальные задания

(В8 фаза А) Положения переключателей Положения

переключателей

Изолир.нейтраль Заземл. нейтраль

№

вар

Авар

реж

фазы

ABC

A-H

A-

A-H

1 А 0 0 1 2 4 0 2 4 6 7 9 10 2 3 7 9

2 В 1 1 2 3 5 0 1 4 5 6 10 9 1 3 6 10

3 С 2 2 3 4 1 1 0 2 4 6 9 8 0 4 6 9

4 А 3 3 4 5 2 1 3 1 5 7 10 7 1 5 9 10

Продолжение табл. 1

5 В 4 4 5 6 3 2 4 0 4 6 9 6 0 4 6 9

6 С 5 5 6 7 4 2 5 1 4 6 10 5 1 4 6 10

7 А 6 6 7 8 5 0 6 0 3 7 9 4 0 3 7 9

8 В 7 7 8 9 1 0 7 1 5 7 10 3 1 5 7 10

9 С 8 8 9 10 2 1 8 0 4 6 9 2 0 4 6 9

10 А 9 9 10 0 3 1 9 1 6 8 10 1 1 6 8 10

11 В 0 0 0 1 4 2 10 0 2 5 9 0 0 2 5 10

12 С 0 0 1 2 5 2 0 1 3 6 10 9 1 3 6 10

13 А 1 1 2 3 1 0 1 0 5 7 9 8 0 5 7 9

14 В 2 2 3 4 2 0 2 1 4 7 10 7 1 4 7 10

15 С 3 3 4 5 3 1 3 0 5 7 9 6 0 5 7 9

16 А 4 4 5 6 4 1 4 1 4 8 10 5 1 4 8 10

17 В 5 5 6 7 5 2 5 0 2 4 10 4 0 2 4 10

18 С 6 6 7 8 1 2 6 1 3 5 10 3 1 3 5 10

19 А 7 7 8 9 2 0 7 0 4 6 9 2 0 4 6 9

20 В 8 8 9 10 3 0 8 1 5 8 10 1 1 5 8 10

21 С 9 9 10 0 4 1 9 0 2 6 10 10 0 2 6 10

22 А 0 0 0 1 5 1 10 1 3 7 10 9 1 3 7 10

23 В 0 0 1 2 1 2 0 0 4 8 10 8 0 4 8 10

24 С 1 1 2 3 2 2 1 1 5 7 10 7 1 5 7 10

25 А 2 2 3 4 3 0 2 0 4 6 9 6 0 4 6 9

26 В 3 3 4 5 4 0 3 1 3 6 10 5 1 3 6 10

27 С 4 4 5 6 5 1 4 0 3 7 9 4 0 3 7 9

28 А 5 5 6 7 1 1 5 1 4 8 10 3 1 4 8 10

29 В 6 6 7 8 2 2 6 0 5 7 10 2 0 5 7 10

30 С 7 7 8 9 3 2 7 1 5 8 10 1 1 5 8

119 120

Протокол 1

Значение тока I

, мА

при С

=С

АВС

,мкФ, R

=4,7 кОм; R

=200 Ом

Исследуемая сеть и режим ее

работы

кОм

АВС

мкФ

hа

мА

hв

мА

Нормальный

режим

Изолированная

нейтраль

Аварийный

режим

Нормальный

режим

Заземленная

нейтраль

Аварийный

режим

Протокол 2

Значение тока I

, мА

При R

ABCH

; С

=С

АВСH

=4,7 кОм

Режим нейтрали

Изолированная

нейтраль

Заземленная

нейтраль

ABCH

кОм

= кОм

ABCH

= мкФ

,мА

ABCH

мкФ

= кОм

ABCH

= мкФ

,мА

Оформление отчета

1. Цель работы.

2. Начертить принципиальную схему стенда (рис.6).

3. Оформить протоколы (1 и 2) с экспериментальными

данными.

4. Построить графики зависимости I

= f(R) при посто-

янной С для изолированной нейтрали и заземленной ней-

трали.

5. Построить графики зависимости I

= f(C) при посто-

янной R для изолированной нейтрали и заземленной ней-

трали.

6. Дать письменное заключение по вопросам:

А) Какая из исследуемых сетей и при каких условиях

безопаснее?

В) К какой из фаз трехфазной трёхпроводной сети с

изолированной нейтралью в аварийных условиях прикосно-

вение более опасно?

Лабораторная работа 10

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТНОГО

ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Цель работы

Изучить влияние режима нейтрали, параметров сети

на величину тока в теле человека и напряжения прикосно-

вения.

Исследовать эффективность защитного заземления в

трехфазных электрических сетях.

Оценить эффективность защитного заземления в сетях

с изолированной нейтралью и заземленной нейтралью.

Общие сведения

Эффективность защитного заземления зависит от ре-

жима нейтрали электрической сети.

В сети с изолированной нейтралью эффективность

защитного заземления при замыкании одной фазы на землю

Заданные и

измеренные

величины