Исследование электрического поля при замыкании на землю. Напряжение прикосновения и шага. Определение напряжения прикосновения задачи

Способ определения напряжения прикосновения

Использование: испытания заземляющих устройств. Сущность изобретения: последовательно с помехой включают дополнительное стабилизированное напряжение , измеряют сумму напряжения помехи и дополнительного напряжения, затем измеряют сумму напряжения помехи, дополнительного напряжения и искомого напряжения прикосновения при однофазном замыкании, затем изменяют фазу дополнительного напряжения и повторяют предыдущие измерения, после чего по расчетной формуле вычисляют напряжение прикосновения . 5 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s G 01 R 19/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРbITNSM

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4799300/21 (22) 05.03,90 (46) 07.04,92. Бюл, %13 (71) Завод-ВТУЗ при Норильском горно-металлургическом комбинате им, А.П.Завенягина (72) А,И,Сажин и lO,В.Шевцов (53) 621.317.7 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 148455, кл. G 01 R 19/00, 1960.

2. Целебровский Ю. В. идр. Измерение параметров заземляющих устройств.: Обзор.вЂ”

М.: Информэнерго, 1978, с.76. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИКОСНОВЕНИЯ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для измерения напряжения прикосновения при испытании заземляющих устройств.

Известен способ определения напряжения прикосновения в электрических сетях с глухозаземленной нейтралью при коротком замыкании фазы на корпус приемника, осуществляемый в условиях присоединения корпуса к одной из фаз сети через дополнительное сопротивление. С целью устранения помехи, обусловленной наличием напряжения на зануленном оборудовании, за счет протекания токов однофазных потребителей по зануляющей цепи, между двумя другими фазами сети включают делитель напряжения, его промежуточную точку и рисоеди ня ют через электроизмерительный прибор к корпусу приемника и зануляющему электроду и определяют разность напряжений корпуса и электрода относительно указанной точки, затем повторяют эти операции при отключенном дополни(57) Использование: испытания заземляющих устройств. Сущность изобретения: последовательно с помехой включают дополнительное стабилизированное напряжение, измеряют сумму напряжения помехи и дополнительного напряжения, затем измеряют сумму напряжения помехи, дополнительного напряжения и искомого напряжения прикосновения йри однофазном замыкании, затем изме1(яют фазу дополнительного напряжения и повторяют предыдущие измерения, после чего по расчетной формуле вычисляют напряжение прикосновения. 5 ил., 1 табл. тельном сопротивлении и искомое напряжение его определяют как разность между указанными напряжениями (1).

Недостатками этого способа являются низкая точность и невозможность измерений в однофазной электрической сети, Низ- . кая точность обусловлена тем, что измеряемые величины напряжений имеют достаточно большие значение, в несколько раз превышающие разности между ними, пересчитываемые в напряжения прикосновения. Измерение действующих значений напряжений и расчет напряжения прикосновения без учета векторного характера реальных напряжений не позволяют повысить точность измерений и в случае повышения точности измерительного прибора. Невозможность определения напряжения прикосновения в однофазных сетях обусловлено самой сущностью способа, для которого необходимы все три фазы электрической сети.

1725136

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ определения напряжения прикосновения, использующий измерение сумматорной величины помехи и напряжения при двух противоположных фазах напряжений 01 и U1 и отдельное измерение напряжения помехи U22 при отсутствии однофазного замыкания (21. Тогда искомую величину напряжения прикосновения определяют по выражению

Ux=

Недостатком известного способа является низкая точность измерений, обусловленная тем, что при измерениях проводится имитация однофазного замыкания, при которой токораспределение, а значит, и наводимое напряжение прикосновения значительно отличаются от реальных величин при однофазном замыкании. При использовании способа необходимо знать величину потенциалоповышающего тока, что устанавливается расчетом или дополнительными измерениями, вносящими дополнительную погрешность.

Целью изобретения является повышение точности определения напряжения прикосновения при наличии помех в электрических сетях.

Указанная цель достигается тем, что при способе определения напряжения прикосновения, включающем измерение действующих значений напряжения помехи U(2, U1 вЂ” суммарного напряжения помехи 0О и искомого напряжения прикосновения Ux npu однофазном замыкании в электрической сети, подают дополнительное стабилизированное напряжение промышленной частоты U2 и измеряют сумму 0з напряжения помехи и дополнительного напряжения, затем измеряют сумму U4 напряжения помехи, дополнительного напряжения и искомого напряжения прикосновения при однофазном замыкании, после чего изменяют фазудополнительного стабилизированного напряжения на угол а в интервале 10

U з напряжения помехи и дополнительного напряжения с измененной фазой, затем при однофазном замыкании измеряютсумму U 4

I напряжения помехи, дополнительного напряжения с измененной фазой и искомого напряжения, прикосновения, а искомое напряжение прикосновения определяют по формуле

2 2 я 2 (("s (((+I+((is1 я 2 я 2

u.- Iu.-U,-,+u,I+I . ., „,

U2 дает возможность измерения напряжений 03= l Qo+Ц2 l U3= 90+02

; U4= 1 QO+ 02+@x l; U4 = l ЦО+Ц2 +

+ Qx 1, в которые дополнительные напряжения U2 и U2 входят как слагаемые. Это поI зволяет определить искомое напряжение прикосновения с учетом векторности величин напряжения помехи и напряжения при10 косновения.

На фиг.1 вЂ” 4 даны векторные диаграммы; на фиг.5 вЂ” схема для осуществления способа.

Если вектор дополнительного напряже15 ния «02(фиг.1) расположить на действительной оси так, что его начало находится в точке с координатами (-02, О), конец вЂ” в точке (0,0), а вектор дополнительного напряжения с измененной фазой на угол а в точках с коор20 динатами(-U2 cos a, -U2sln a ) и(0,0), то по трем измеренным величинам напряжения Uo, 0з и 0з определяется координата начала вектора (х1, у1) искомого напряжения прикосновения, как пересечение трех ок25 ружностей в искомой точке. Математически это можно представить в виде системы трех уравнений

30 х1 +у1 =Uo;

Аналогично по трем напряжениям 01, U4 и 04 определяется координата (х2, у2)

35 конца вектора напряжения прикосновения в виде системы трех уравнений (х24 Ug + УР = Ua;

x2 +yz =Ui (3j (xz+Uzcosa p+(yz+Uzsina) =«(U4j.

По найденным координатам модуль вектора искомого напряжения определяется по формуле

Анализ методической погрешности спо50 соба определения напряжения прикосновения показал, что его точность не зависит от угла а при 0

Ограничение, накладываемое на угол, связано с тем, что выполнение измерений при

55 а=0 (фиг.2) и а =180 (фиг.З) дает неоднозначные результаты. Это связано с тем, что по измеренным значениям Uo U1 Оз и

U4 из соответствующих им уравнений (сис1725136 (4) где

1Я вЂ” Up вЂ” Ul 03 вЂ” 01 вЂ” 03

1 202: 2 20

При изменении фазы дополнительного стабилизированного напряжения на угол Оо

I ! и 042 по выражениям

) (5) «» гдеу1= U, -xP: yz=IUi -хг.

Тогда искомое напряжение прикосновения определяется из условия

max(Ux1 Охг),если 04 = 042 и 03I !

I I !, "U31 или 04 = 041 и 03 = 032

О = min(Ux1, Ux2),Если 04 =

I хвЂ”

=042 И U3 = 032 Или U4 =

I l l

041 И 03 = U31 (6)

Таким образом, если U4 = 042 и 03 = ! !

I !

- U31! или 04! = U41 и 03 = U32 то за истинную величину напряжения прикосновения Ох принимается максимальная из двух величин

Ux1и Ux2,аесли U4 =042 и 03 =Озг или 04! ! I

l l, = U41 и 03 = 031 то принимается минимальная из двух величин Ux1 I4 Ux2.

Как видно, 4 не зависит от угла а в диапазоне 0

Определение напряжения прикосновения с помощью (1) значительно проще, чем по формулам (4) и (5), которые также требуют соответствующих логических рассуждений (6).

Относительная погрешность определения напряжения прикосновения предлагаемым способом по формуле (1) может быть оценена как

IoodU» юо (ац, ац, и4 а!!»

3 = L du + вЂ” д!!+ вЂ” dS+ вЂ” х!К !! = u„u„lsu, ° as as S

35 х

Для измерения на заземлении электрооборудования, например трехфазного элек45 тродвигателя 1, включенного в сеть через выключатель 2 по схеме на фиг.5, где корпус двигателя 1 подключен через амперметр 3 и короткозамыкатель 4 с автоматическим регулируемым отключением короткого замыкания к одной из фаз электрической сети до выключателя 2, к заземлению 5 корпуса двигателя 1 подключен контакт входа вольтметра 6 и сопротивление 7, эквивалентное сопротивлению человека. Вторые концы вольтметра 6 и сопротивления 7 подключены к подвижному контакту переключателя 8.

Пластина 9, имитирующая стопы человека, подключена к первому неподвижному кон(7) такту переключателя 8 и к одному из контактов выхода стабилизированного источника темы уравнений (2) и (3)) получают два значения

0 2= (х +О со5!к) + (Yz

2 2 2 2.

В = 01 - Оо -(04) +(03)

Если относительную погрешность отДЕльных иэмЕРЕний Uo, U1, 02, U3, 04, U3 и

5 04 принять одинаковый и равной д !1, а угла а вЂ” да, то (7) принимает вид !! g, (+ А СО5 04 j(8 CO50C+ A) (8)

Ок ц 7 ро!! !! 5 1п ( а х

Как видно из этого выражения, относительная погрешность зависит от угла а .

Проведенные расчеты по обработке экспериментальныхданных показали, что относительная погрешность определения напряжений прикосновения в интервале

При угле а = 90 выражение (8) приводится к виду! ( х !! о(А®+ Ь/А) 04 (9) X

ПосколькУ 2 A B «! B A

Векторная диаграмма при этом соответствует фиг.4.

Способ осуществляется следующим образом.

1725136

10 дополнительного напряжения с фазовращающим устройством, второй контакт которого подключен к второму неподвижному контакту переключателя 8.

Измеряют действующее напряжение помехи U+U l =U> при однофазном замыкании в электрической сети, для чего включают короткозамыкатель 4 и записывают показание вольтметра 6, соответствующее Ui. Под воздействием релейной защиты короткозамыкатель 4 автоматически отключается. Затем подвижный контакт переключателя 8 замыкают с вторым неподвижным контактом, тем самым подают дополнительное напряжение

Uz от стабилизированного источника 10 и измеряют напряжение 0з, равное показанию на вольтметре 6, после чего снова включают короткозамыкатель 4, при этом измеряют напряжение Up, соответствующее показанию вольтметра 6, после чего короткозамыкатель 4 автоматически отключается.

На стабилизированном источнике 10 дополнительного напряжения изменяют фазу напряжения Uz на угол а, где 10

Сравнение предлагаемого и известного способов проводилось на основании измерений на модели, Выбор модели обусловлен тем, что для определения погрешности этих способов на модели можно создать условия отсутствия помехи или искусственно создать помеху. При этом на модели возможна реализация различного сочетания как по модулю, так и по фазе помехи и напряжения прикосновения. Последнее при отсутствии помех измеряется с высокой точностью, Моделирование проводилось в электролитной ванне. Заземлители представляли собой сетки из проводящего материала с различными размерами ячеек. Напряжения прикосновения измерялись между сеткой и пластиной, имитирующей стопу человека. В качестве дополнительного электрода, необходимого при измерении по известному

50 способу, использовался электрод, удаленный от заземляющей сетки на две ее диагонали.

Проводилась серия замеров.

В таблице приведены наиболее характерные.

Представленные результаты показывают, что измеренные значения напряжения прикосновения с помощью известного и предлагаемого способов значительно отличаются друг от друга. При обработке полученных результатов определяли математическое ожидание напряжения прикосновения Uxm, абсолютную погрешность Ох и относительную погрешность (ь Ux/Uxm).100о .

Поскольку при моделировании определяли действйтельное значение напряжения прикосновения, то рассчитывали относительную погрешность каждого из способов.

Как видно из представленных в таблице результатов, погрешность предлагаемого способа не превышает 5, а известного достигает 16,5%. Это можно объяснить тем, что при известном. способе используются разделительный от сети трансформатор и дополнительный токовый электрод. который существенно изменяет характеристики электрического поля в зоне заземления. Поэтому при равном для обоих способов вводимом в заземляющую сетку токе результат оказывается различным.

Анализ экспериментальных данных показал, что предлагаемый способ обладает большей точностью определения напряжения прикосновения.

Внедрение предлагаемого способа позволит повысить точность определения напряжения прикосновения, что обеспечит достоверность результатов оценки условий электробезопасности, Формула изобретения

Способ определения напряжения прикосновения, заключающийся в измерении действующих значений напряжения помехи, суммарного напряжения помехи и искомого напряжения прикосновения при однофазном замыкании в электрической сети, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения напряжения прикосновения, подают дополнительное стабилизированное напряжение и измеряют сумму напряжения помехи и дополнительного напряжения, затем измеряют сумму напряжений помехи, дополнительного напряжения и искомого напряжения прикосновения при однофазном замыкании, после чего изменяют фазу дополнительного стабилизированного напряжения на угол а в интервале 10 «

1725136

Параметр

Опыт 1

Опыт 3 вЂ” -"г вЂ” вЂ” -

4 1 2 (3

L..i

Предлагаемьй способ (Ов 5B) 5 0

13 ° 5

8,8

18,4

9,4 !

5,8

10,4

5,0 5,0 5,0

5,3 5>5 5,4

2,8 3,6 2,9

1,8 1г3 1 >9

4,5 3,7 4,3

8,4 8,3 8,5

4,8 5,3 5,0

5,0 5,0 5,0 5,0

1 1 8 13 5 13 6 7 8

8 ° 0 7,9 9,0 5,9

16 5 18 2 18 4 12

9,9 9,8 9,5 8,0

14,2 16,0 15,8 6,1

9,4 11,2 9,8 9,6

Известный способ

U„,И

V „B

0„0 (Оь,н у«в

5,0

7,7

5,6

11,7

8,1

5,5

10,0

5 0

8,2

4,8

12,8

7,9

7,4 !

1,0

5,0 5,0

7,9 5,1

5,2 3,4

12,4 1,5

7,9 3,8

6,5 Е,!

10,6 5,1

5>0 5,0 5,0

4,6 4,8 4,5

8,2 8 ° 3 8,8

4>4 4>6 4>9

5,0

12,4

6,1

8,4

5>0

10,4

6,3

7,0

5>0 5>0 !

2 1 12>3

7,9 8,0

Е,9

Првдлагаемьй

10,2

0,26

5,0

5 7

11,4

7,5 способ

5,0 5,0

7,1 7,4

12>3 13 0

Е,7 9.3

5,0 5,0

7,2 5,2

12,5 8,3

8,9 4,8

U B

UÄB

Ur>0 цье> В

AU> вЂ” 2

Оь(н

5,05

0,07

10,3

0,21

2,5

Известньй способ

8,35

0>32

3,Е

1,4

2,0

Е,6

0,26

3,0

4,7

0 i 07

1 5

10,0

5 ° О

10,0

Относительная погрешность Д (предлагаемьй способ) 2,0

1,0

3,0

Известный спо" соб

16,5

14,0

6 ° О

55 и -170

u . вЂ” и -u -o +v+1 (...,, 10,-u.-(u,l.(u,!

>(ы -o, o>>U

0 >

2 где U

Отм. 0

BVr,В

2 цт>»

Действительная величина напряжения при носнове" ния, 0

U3 вЂ” сумма напряжения помехи и искомого напряжения прикосновения, В;

Uz вЂ” дополнительное напряжение, В;

Оз вЂ” сумма напряжения помехи и допол5 нительного напряжения, В;

U4 вЂ” сумма напряжения помехи; дополнительного напряжения.и искомого напряжения прикосновения, В;

0з вЂ” сумма напряжения помехи и до(10 полнительного напряжения с измененной фазой, В;

U4 вЂ” сумма напряжения помехи, дополI нительного напряжения с измененной фазой и искомого напряжения прикосновения, 15 В; а вЂ” угол сдвига фазы дополнительного напряжения.

1725136

Уг

1725136

Составитель А.Сажин

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор О.Ципле

Редактор И.Шмакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1173 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

www.findpatent.ru

Результаты измерений величин напряжений прикосновения, поражающих токов и сопротивлений

Аварийный режим

Показания миллиамперметра,

Напряжение прикосновения, В (Uпр)

Сопротивления, Ом

Rп1

Rп2

Rпо

Rч

R33

Первый

Второй

Третий

Четвертый

Таблица 5

Результаты расчетов поражающих токов, напряжений прикосновения, приведенных к фазному напряжению сети 220 В

Аварийный режим

Iч, мА

Uпр, В

Lпр

Uст, В

Первый

Второй

Третий

Четвертый

Лабораторная работа заканчивается составлением отчета по прилагаемой ниже форме:

Санкт-Петербургская государственная академия сервиса и экономики

Лабораторная работа №4

Защитное заземление и зануление электроустановок

Фамилия и инициалы звена студентов, выполнивших работу, дата ее выполнения.
Институт, специальность (специализация), курс.
Характеристика объекта изучения (по указанию преподавателя).
Применяемые приборы и оборудование.

Название	Тип прибора	Номер прибора	Завод-изготовитель	Дата выпуска	Оборудование
1	2	3	4	5	6

Результаты измерений величин напряжений прикосновения, поражающих токов и сопротивлений внести в таблицу (форма таблицы 4), а результаты расчетов поражающих токов, напряжений прикосновения, приведенных к фазному напряжению сети 220 В внести в таблицу (форма таблицы 5).
Начертить график величин поражающих токов и времени их действия (показан на стенде).
Выводы и рекомендации по обеспечению электробезопасности (по каждому аварийному режиму).
Подпись преподавателя.
Решить ситуационные задачи.

Ситуационные задачи

Задача 1. В момент включения вычислительной машины (ПЭВМ) оператор был поражен электрическим током вследствие пробоя (повреждения) изоляции электрической фазы провода на корпус ПЭВМ.

Корпус ПЭВМ не был занулен, т.е. отсутствовал нулевой защитный провод.

Определить величину поражающего тока Iч, проходящего через человека и напряжение прикосновенияUпр., если фазное напряжение сетиUф. составляет 220 В при частоте переменного тока 50 Гц.

Оценить опасность поражения электрическим током для случаев:

Человек стоял на деревянном полу. Электрическое сопротивление пола принять равным (по вариантам): 2000 Ом; 450 Ом; 1800 Ом; 950 Ом; 150 Ом; 280 Ом;
В момент включения оператор одной рукой держался за трубы системы водоснабжения, а другой касался корпуса ПЭВМ. Электрическое сопротивление водопроводной трубы, проложенной в земле, составляло (по вариантам): 10 Ом; 2,5 Ом; 4 Ом; 0,8 Ом; 2,8 Ом; 35 Ом.

Для п. 1, 2 принять: а) электрическое сопротивление тела человека Rч=1000 Ом; б) электрическое сопротивление обуви оператора составляло (по вариантам): 4000 Ом; 2000 Ом; 400 Ом; 200 Ом; 100 Ом; 50 Ом; в) питающая электрическая сеть имеет заземленную нейтральную точку источника питания; электрическое сопротивление нейтрали источника питания составляло (по вариантам): 50 Ом; 30 Ом; 10 Ом; 40 Ом; 20 Ом; 0,5 Ом.

При решении задачи рекомендуется использовать закон Ома для участка сети и ГОСТ 12.1.038-88 (Предельно допустимые величины напряжения прикосновения и поражающего тока для человека), а также учебное пособие: Сакулин В.П., Подвигин Г.П., Эмиров И.Х., «Безопасность жизнедеятельности». – СПб.: СПбГАСЭ, 2002 г.

Как изменятся условия электробезопасности, если корпус ПЭВМ будет занулен?

Задача 2. Человек, проходя мимо провода воздушной линии электропередачи, оборванного и лежащего на земле, оказался под напряжением шага. Потенциал, под которым оказалась ближайшая к проводу нога человека составлял 50 В, а вторая нога оказалась под напряжением 20 В.

Определить напряжение шага и величину поражающего тока, проходящего через человека, если электрическое сопротивление его составляло Rч800 Ом, а обуви – 100 Ом.

Оценить опасность поражения электрическим током. Указать правила поведения человека, попавшего в такую ситуацию и выхода его из опасной зоны. На какое расстояние должен удалиться человек от провода, чтобы обеспечить для себя полную безопасность.

Как оказать первую помощь человеку, если в результате судорожного сокращения мышц ног он упал на землю вблизи провода: а) при напряжении 380//220 В; б) при напряжении выше 1000 В.

Задача 3. Проанализировать опасность поражения электрическим током при обслуживании электромонтером сетей освещения (Рис. 2, а, б). Укажите опасные варианты подключения к электросети ламп накаливания.

Определите напряжение прикосновения и поражающего тока через человека, коснувшегося металлического корпуса светильника, у которого нулевой провод оборван (Рис. 2, а), если: напряжение сети U=220 В; электрическое сопротивление тела человекаRч=1000 Ом; электрическое сопротивление нити лампы в разогретом состоянииRл=400 Ом.

Оцените опасность электропоражения для жизни человека и дайте рекомендации по исключению подобной ситуации.

Рис. 2 Схемы подключения электрических ламп накаливания:

а) 1 – фазный провод сети напряжением 220 В; 2 – нулевой провод сети; 3 – металлический корпус светильника; 4 – место обрыва нулевого провода;

б) 5 – выключатель; 6 – цоколь (центральный контакт) патрона лампы накаливания; 7 – рубашка (винтовая часть) патрона.

studfiles.net

Расчет напряжения прикосновения

Спорт Расчет напряжения прикосновения
просмотров - 160

При стекании тока в землю через проводник, находящийся в непосредственном контакте с землей, происходит резкое снижение потенциала заземлившейся токоведущей части до значения (В), равного произведению тока, стекающего в землю I3(А), на сопротивление, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ данный ток встречает на своем пути R 3 (Ом)

(8.8)

Рассмотрим напряжение прикосновения при одиночном заземлителе. На рис. 8.7 представлено оборудование, к примеру электродвигатели, корпуса которых заземлены с помощью одиночного заземлителя [33].

Рис. 8.7. Напряжение прикосновения

При замыкании на корпус одного из этих двигателей на заземлителе и всех присоединенных к нему металлических частях, в том числе на корпусах двигателей, появится потенциал j3. Поверхность земли вокруг заземлителя также будет иметь потенциал, изменяющийся по кривой, зависящей от формы заземлителя. Форму кривой учитывает коэффициент напряжения прикосновения α [33].

Напряжение прикосновения зависит от формы потенциальной кривой и расстояния х между человеком, прикасающимся к заземленному оборудованию, и заземлителем: чем дальше от заземлителя находится человек, тем больше Unp, и наоборот.

Так при наибольшем расстоянии, т. е. при х = , а практически при х = 20 мнапряжение прикосновения имеет наибольшее значение, при этом коэффициент напряжения прикосновения α = I. Это наиболее опасный случай прикосновения. При наименьшем значении х, когда человек стоит непосредственно на заземлителе, Uпр= 0 и α = 0.

Напряжение прикосновения в общем виде можно определить по формуле

(8.9)

где jр·jн– потенциал рук и ног, В;

UK– напряжение на корпусе, В;

I3 – ток замыкания на землю, А;

х – расстояние от заземлителя до человека, м;

ρ – удельное сопротивление грунта͵ Ом·м.

Напряжение на корпусе рассчитывается по формуле

(8.10)

где R3–сопротивление заземлителя и заземляющего проводника, Ом.

Напряжение прикосновения в сетях с изолированной нейтралью в нормальном режиме работы (рис. 8.8, а) определяется сопротивлением проводов человека Rчи рассчитывается по формуле

(8.11)

В случае если человек прикоснется к проводу в сети с изолированной нейтралью, находящейся в аварийном режиме (рис. 8.8, б), то он окажется почти под линейным напряжением.

В сети с заземленной нейтралью, находящейся в нормальном режиме (рис. 8.8. в) напряжение прикосновения определяется из выражения

(8.12)

а, б – трехпроводная сеть с изолированной нейтралью,

нормальный и аварийный режим;

в, г – четырехпроводная сеть с заземленной нейтралью,

нормальный и аварийный режим

Рис. 8.8. Схемы возможных прикосновений человека к трехфазной сети

Длительно допустимое напряжение прикосновения рассчитывается по формуле

(8.13)

где Jчд– длительно допустимый ток через чело человека, м А (Jчд=10мА).

Исследование электрического поля при замыкании на землю. Напряжение прикосновения и шага

"Исследование электрического поля при замыкании на землю. Напряжение прикосновения и шага"

Цель работы

Изучить закономерность распределения потенциалов вблизи заземлителя при стекании электрического тока в землю, исследовать основные параметры напряжения прикосновения и шага и научиться определять опасные зоны.

Содержание работы

Изучить характер распределения потенциалов на поверхности земли при стекании электрического тока в землю.
Определить величину напряжения прикосновения и шага и их зависимость от расстояния от человека до места утечки тока в землю.
Изучить способы уменьшения опасности поражения напряжением шага и прикосновения.
Построить графики, сделать выводы и оформить отчет.

Теоретические сведения

Стекание электрического тока в землю может происходить при замыкании токоведущих частей на заземленные нетоковедущие части электроустановки (корпус, станина, и т. п.), при падении фазового провода на землю, при разряде молнии в молниеотвод, дерево или непосредственно на землю. Во всех этих случаях на поверхности земли возникают электрические потенциалы.

Рассмотрим схему рассеивания тока в земле при пробое изоляции электроустановки на заземленный корпус. С целью упрощения анализа электрического поля допустим, что ток замыкания (IS) стекает в землю через одиночный полусферический заземлитель радиусом xS, погруженный в однородный и изотропный грунт с удельным сопротивлением  (рис. 1)

Потенциал произвольной точки A на поверхности грунта (или напряжение этой точки относительно бесконечно удаленной точки с нулевым потенциалом) определяется по формуле

. (1)

Если учесть, что

то выражение (1) примет вид

. (2)

Это выражение является уравнение гиперболы, значит, потенциалы точек на поверхности грунта изменяются по гиперболическому закону (рис. 1). Потенциал точки A будет максимальным на поверхности заземлителя (напряжение на заземлителе)

, (3)

где сопротивление заземлителя растеканию тока, Ом.

Рис. 1. Схема растекания в грунте через полусферический заземлитель и распределение потенциала на поверхности земли.

Вместо термина «сопротивление заземлителя растеканию тока» обычно принимают условный сокращенный термин «сопротивление заземлителя» (его следует отличать от сопротивления заземлителя как проводника).

Из схемы, приведенной на рис. 1 видно, что чем дальше от места утечки тока в землю находится точка A на поверхности грунта, тем меньше её потенциал. На расстоянии 1 м от заземлителя потенциал составляет около 32% от максимального значения, а на расстоянии 10 м 8%. На расстоянии 20 м и более от заземлителя падение напряжения между точками, находящимися на этих расстояниях, и точками, точками еще более удаленными, практически равно нулю. Поэтому потенциал этих точек, достаточно (20 м и более) удаленных от заземлителя точек, можно принять равным нулю. Область поверхности грунта, потенциал которого равен нулю, называется электротехнической землей, или зоной нулевого потенциала.

Область земли, в пределах которой стекании тока с заземлителя возникает заметный градиент потенциала, называют зоной растекания (зона до 20 м).

При обнаружении замыкания на землю запрещено приближаться к месту замыкания на расстояние менее 4 м в помещениях и менее 8 м на открытой местности [4].

Находясь в зоне растекания тока, человек может оказаться под действием разности потенциалов, например, на расстоянии шага (рис. 2).

Рис. 2. Напряжение шага

Напряжением шага называется разность потенциалов между двумя точками земли, обусловленная растеканием тока замыкания на землю, при одновременном касании их ногами человека.

Исходя из определения, можем записать

С учетом (3) получаем

, (4)

где, a расстояние, равное шагу человека, обычно принимаемое 0,8 м; коэффициент напряжения шага в случае полусферического заземлителя.

Напряжение шага также зависит от сопротивления опорной поверхности ног (Rн) и сопротивления обуви (Rоб). Влияние этих сопротивлений учитывается коэффициентом 2

где, Rч сопротивление тела человека; Rh полное электрическое сопротивление в цепи человека, попавшего под шаговое напряжение.

Тогда напряжение шага

. (5)

Ток через человека, попавшего под шаговое напряжение, определяют из выражения

. (6)

При замыкании на землю через корпус заземленного оборудования корпус также окажется под напряжением заземлителя (3). Если человек прикоснется к этому корпусу, то он окажется под напряжением прикосновения, представляющим собой напряжение между двумя точками цепи тока замыкания на землю (корпус) при одновременном прикосновении к ним человека (рис. 3).

Рис. 3. Напряжение прикосновения

I кривая распределения потенциалов на поверхности земли;

II кривая зависимости напряжения прикосновения от расстояния до заземлителя.

Для человека, стоящего на грунте и касающегося заземленного корпуса, оказавшегося под напряжением, напряжение прикосновения может быть определено по выражению

, (7)

где, потенциал руки или корпуса; потенциал грунта в точке, где стоит человек.

На рис. 3 показано несколько электроприемников, присоединенных к заземлителю Rз. Потенциалы всех корпусов электроприемников, так как корпуса электрически связаны между собой заземляющим проводом, электрическое сопротивление которого пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением заземлителя растеканию тока.

Если в выражение (7) подставить значение р н, то получим

, (8)

где, коэффициент напряжения прикосновения для полусферического заземлителя.

Значения 1 и 1 для заземлителей, отличных от полусферической формы, особенно для сложных групповых заземлителей, определяются экспериментальным путем и приведены в литературе [1].

Выражение (8) позволяет вычислить напряжение прикосновения без учета сопротивления опорной поверхности ног (Rн) и сопротивления обуви (Rоб). Влияние этих сопротивлений определяют при помощи коэффициента 2, который учитывает падение напряжения в дополнительных сопротивлениях цепи человека .

Установлено, что дополнительные сопротивления в цепи человека, оказавшегося под напряжением прикосновения, примерно в четыре раза больше этих сопротивлений в цепи человека, попавшего под шаговое напряжение [1]. Поэтому можно принять 2=42.

Для напряжения прикосновения окончательно имеем

. (9)

Ток, проходящий через человека, оказавшегося под напряжением прикосновения, определяют из выражения

. (10)

При одиночном заземлителе (рис. 3), когда человек, соприкасающийся с электрооборудованием, находится вне зоны растекания тока, коэффициент прикосновения пр=1=1, т. е. Uпр=Umax=Uз (если не учитывать коэффициент 2).

Так как в случае шагового напряжения и напряжения прикосновения опасной является величина разности потенциалов, то естественно предположить, что безопасность человека, попавшего в зону растекания тока, можно повысить, уменьшив эту разность по одному из основных принципов обеспечения безопасности принципу снижения (ликвидации) опасности. В рассматриваемом случае этот принцип реализуют выравнивания значений потенциалов на поверхности грунта, применяя контурное заземление с выравнивающими сетками (полосами) (рис. 4)

При контурном заземлении заземлители располагаются по контуру вокруг заземляемого оборудования, поэтому корпуса электрооборудования, как правило, находятся в зоне растекания тока. В этом случае при замыкании на корпус коэффициенты напряжения прикосновения и шага будут меньше, чем при одиночном (рис. 3) или выносном (рис. 5) заземляющем устройстве.

Рис. 4. Контурное заземление с выравниванием потенциала внутри и за пределами контура: а) изменения потенциалов; б) план; О оборудование, подлежащее заземлению; 1 - дополнительные стальные полосы

При больших точках замыкания на землю, чтобы уменьшить шаговое напряжение по краям и за пределами его, в местах проходов и проездов применяется укладка в землю дополнительных стальных полос (рис.4), соединенных с контуром заземления, благодоря которым кривая спада потенциала делается более пологой.

Рис. 5. Схема выносного заземляющего устройства: 0 электрооборудование, подлежащее заземлению; 1 соединительная металлическая шина; 2 заземлитель; 3 наружная стена здания

Описание лабораторного стенда

Работа выполняется на лабораторном стенде с использованием вольтметра (тестера), позволяющего измерять напряжение переменного тока в диапазоне от 0 до 220 В. Стенд, состоящий из базового блока и сменной вертикальной панели (рис. 6), позволяет моделировать замыкание на землю вследствие контакта между токоведущими частями электрической сети и заземленным корпусом 1. Электрический ток стекает в землю через одиночный заземлитель Rз. Максимальное расстояние от заземлителя до точки на поверхности грунта, потенциал которой можно измерить на стенде, составляет 42 см, что соответствует 20-ти метрам в реальных условиях.

Вид грунта и значение его удельного электрического сопротивления устанавливаются нажатием соответствующей кнопки гр на вертикальной панели стенда согласно табл. 1.

Таблица 1. Значения удельных сопротивлений грунтов

Номер кнопки	Вид грунта	Удельное сопротивление , Омм
1	Песок	700
2	Суглинок	100
3	Глина	40
4	Чернозем	20

Рис. 6. Схема вертикальной панели

Порядок выполнения работы

1. Исследование электрического поля при стекании тока в землю через одиночный полусферический заземлитель

Получить у преподавателя вольтметр (тестер). Вариант учебного задания (табл. 2) выбирается старшим подгруппы по последней цифре номера его зачетной книжки

Таблица 2

Исходные данные	Номер варианта
Исходные данные		1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Uсети, В	20	18	14	10	6	20	18	14	10	20
Номер кнопки грунта	1	2	3	4	4	2	3	4	3	3
Uр, В	380	440	520	660	820	480	540	380	720	220

Подготовить табл. 3, внеся в нее заданную величину Uсети.

Таблица 3

Результат измерений

Uсети, В	Iз, мА	Rз, Ом

На вертикальной панели стенда установить переключатель «Uсети» в одно из пяти положений (рис. 6) и нажать кнопку «грунта» в соответствии с вариантом задания.

На базовом стенде включить тумблер «сеть», а на вертикальной панели (рис. 6) нажать кнопку «сеть». О готовности стенда к работе сигнализирует лампочка на базовом блоке и светодиод на вертикальной панели.

Включить на вертикальной панели тумблер «замыкание». О появлении напряжения на корпусе электроустановки №1 свидетельствует зажигание диода красного цвета.

По показателям миллиамперметра определить величину тока, стекающего через заземлитель Rз в землю. Найденное значение Iз занести в таблицу 3.

По формуле Rз=Uсети/Iз определить общее сопротивление заземляющего устройства и полученное значение занести в таблицу 3.

С помощью вольтметра (тестера) измерить потенциал (оп) точек 0, 3, 6, …, 42 см относительно точки земли с нулевым потенциалом «». Результаты измерений занести в таблицу 4. Привести стенд в исходное положение.

Таблица 4 Значения потенциалов в точках на поверхности грунта в зоне растекания тока

Расстояние в опыте Lоп, см	0	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30	33	36	39	42
оп, В
Расстояние фактическое Lр, м	0	1,4	2,8	4,3	5,7	7,1	8,6	10	11,4	12,8	14,3	15,7	17,1	18,6	20
р, В

Произвести перерасчет потенциалов оп, полученных на лабораторном стенде, на их значения в реальных условиях.

. (11)

где, р потенциал n-й точки в реальных условиях, В; оп потенциал n-й точки в опыте, В; Uр напряжение заземлителя в реальных условиях (согласно таблице 2), В; Uсети напряжение заземлителя в опыте (согласно таблице 2), В.

Рассчитанные значения р занести в таблицу 4.

По данным таблицы 4 построить график распределения потенциалов на поверхности грунта, обозначив на осях как экспериментальные данные расстояний и потенциалов точек, так и реальные:

Сделать выводы о характере кривой распределения потенциалов.

2. Определение напряжений прикосновения и шага

Подготовить таблицу 5.

Включить тумблер «сеть» базового блока, нажать кнопку «сеть» панели. Включить тумблер «замыкание» и измерить напряжение прикосновения в случаях нахождения человека в точках 0, 3, 6, …, 42 см (корпус 1 точка 0, 3, 6 и т. д.).

Результат измерений занести в таблицу 5.

Провести контрольные измерения напряжения прикосновения и убедится, что оно не зависит от того, к какому корпусу прикасается человек (корпуса 1, 2, 3), а зависит только от расстояния: от точки грунта, где стоит человек, до заземлителя (места стекания тока в землю). Привести стенд в исходное состояние и отключить его от сети.

Таблица 5 Значения напряжения прикосновения

Расстояние в опыте Lоп, см	0	3	6	9	12	15	18	21	24	27	30	33	36	39	42
Uпр.оп, В	0	1,4	2,8	4,3	5,7	7,1	8,6	10	11,4	12,8	14,3	15,7	17,1	18,6	20
Расстояние фактическое Lр, м
Uпр.р, В

Произвести расчет напряжений прикосновения Uпр.оп, измеренных на лабораторном стенде, на их значения в реальных условиях.

, (12)

где, Uпр.р реальное напряжение прикосновения при нахождении человека в n-й точке, измеренное в опыте, В.

Рассчитанные значения Uпр.р занесите в таблицу 5.

По данным таблицы 5 построить кривую зависимости напряжения прикосновения от расстояния до заземлителя в реальных условиях .

Подготовить таблицу 6.

Таблица 6

Значения напряжения шага

Номер шага	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Расстояние от ног до заземлителя , м	0/0,8	0,8/1,6	1,6/2,4	2,4/3,2	3,2/4,0	4,0/4,8	4,8/5,6	5,6/6,4	6,4/,7,2	7,2/8,0
Потенциал ближней ноги н1, В
Потенциал дальней ноги н2, В
Напряжение шага Uш = н1  н2, В

По графику зависимости , построенному по данным таблицы 4, определить значения потенциалов точек грунта, на которые опираются ноги человека (н1 и н2), последовательно перемещаясь от заземлителя на величину шага (0,8 м). Найденные значения занести в таблицу 6.

Определить величину напряжения шага Uш и расчетные данные занести в таблицу 6.

Определить и обозначить на графике размер опасной зоны в реальных условиях (допустимую величину напряжения шага принять равной 25 В).

Оформить отчет о выполнении лабораторной работы по форме, приведенной в приложении.

Содержание отчёта

Номер варианта задания (последняя цифра зачетной книжки старшего группы) и соответствующие исходные данные (Uсети, Uр, вид грунта и удельное сопротивление грунта).
Результаты измерений, сведенные в таблицы 3 и 4.
Графики кривых зависимостей построенных по данным таблицы 4.
Вывод о характере кривой распределения потенциалов на поверхности грунта.
Результат измерений значений напряжения прикосновения, сведенные в таблицу 5.
График зависимости .
Значения шаговых напряжений, занесенные в таблицу 6. График зависимости .
Рекомендации по снижению опасности поражения человека шаговым напряжением и напряжением прикосновения.

Контрольные вопросы

По какому закону происходит распределение потенциалов на поверхности грунта при стекании тока в землю через одиночный полусферический заземлитель?
Что называется напряжением прикосновения?
Как изменяется напряжение прикосновения при удалении от заземлителя?
Что называется напряжением шага?
Как изменяется напряжение шага при удалении от заземлителя?
Что называется электротехнической землей?
Что называется зоной растекания тока и ее размеры?
В чем заключается метод выравнивания потенциалов?
Какое заземляющее устройство называется контурным?
Какое заземляющее устройство называется выносным?
На какое расстояние разрешается приближаться к месту замыкания тока на землю на открытой местности и в помещениях?
Как следует выходить из зоны растекания тока?

Литература

Охрана труда в электроустановках /Под ред. Б. А. Князевского. М.: Энергоатомиздат, 1983. С 9199, С. 135138.
Манойлов В. Е. Основы электробезопасности. Л.: Энергоатомиздат, 1985, 384 с.
Правила устройства электроустановок. ПУЭ. М.: Энергоатомиздат, 1987, 384 с.
Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок ПОТ Р М-016-2001. РД 153-34.0-03.15000
Охрана труда /Под ред. Б. А. Князевского. М.: Высш. шк., 1982, 311 с.

Содержание

Литература 90

refleader.ru

Измерение напряжения прикосновения

Подрядчик в смету на пусконаладочные работы вкЛючает расценки ТЕРп 01-11-014-01 Снятие характеристик для определения напряжения прикосновения в точках, указанных в проекте. Впервые столкнулись с этими расценками.

В каких случаях правомерно их применение?

В составе расценки трудозатраты инженера-наладчика и электромонтажника-наладчика 6 разряда - по 6,8 чел.-ч и все это на одну точку.

Ответ

В соответствии с п. 1.7.24. Правил устройства электроустановок (ПУЭ) «Напряжение прикосновения - напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека или животного».

Напряжение прикосновения — напряжение, появляющееся на теле человека при одновременном прикосновении к двум точкам проводников или проводящих частей, в том числе при повреждении изоляции. Напряжение на корпусах и каркасах оборудования, а также на конструкциях, на которых последнее установлено, появляется в случае полного или частичного повреждения электрической изоляции самого оборудования или в случае повреждения питающих это оборудование кабельных или воздушных линий. Т.е., если человек прикоснется к электрооборудованию, корпус которого находится под напряжением, то между землей, на которой человек стоит, и корпусом электроприбора образуется определенная разность потенциалов и, прикоснувшись к прибору, человек замыкает цепь своим телом и попадает под напряжение прикосновения. Значение напряжения прикосновения зависит от параметров цепи замыкания на землю, вида потенциальной кривой заземлителя, расстояния между человеком, стоящим на земле и касающимся заземленного электрооборудования с поврежденной изоляцией, и заземлителем, а также от электрического сопротивления основания, на котором стоит человек. Для предотвращения попадания под напряжение

прикосновения применяется комплекс мероприятий, таких как заземление, а измерение напряжения прикосновения является составной частью проводимых мероприятий обеспечения электробезопасности.

Предельно допустимые значения напряжений прикосновения установлены ГОСТ 12.1.038-82’ «ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов» Объем пусконаладочных работ, необходимых для подтверждения безопасности электроустановки и до пуска её в эксплуатацию, прописан в главе 1.8 Правил устройства электроустановок (ПУЭ ).

В п.1.8.39 «Заземляющие устройства» указывается, что измерение напряжения прикосновения выполняется в электроустановках, выполненных по нормам на напряжение прикосновения, «в контрольных точках, в которых эти значения определены расчетом при проектировании».

Более подробно об этом говорится в Правилах технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭЭП):

В главе 2.7 «Заземляющие устройства», п.2.7.13: «Для определения технического состояния заземляющего устройства в соответствии с нормами испытаний электрооборудования (Приложение 3) должны производиться: измерение сопротивления заземляющего устройства; измерение напряжения прикосновения (в электроустановках, заземляющее устройство которых выполнено по нормам на напряжение прикосновения), проверка наличия цепи между заземляющим устройством и заземляемыми элементами, а также соединений естественных заземлителей с заземляющим устройством;».

В приложении 3. «Нормы испытаний электрооборудования и аппаратов электроустановок потребителей» требования, касающиеся определения напряжения прикосновения, излагаются в п. 26.2. Проверка напряжения прикосновения на территории электроустановки и напряжения на заземляющем устройстве, где приводятся указания о том, что проверка: «Производится в электроустановках, выполненных по нормам на напряжение прикосновения в контрольных точках, в которых значения напряжения прикосновения определены при проектировании...», и п. 28.10 раздела 28. Электроустановки, аппараты, вторичные цепи, нормы испытаний которых не определены в разделах 2-27, и электропроводки напряжением до 1000 В, где измерение напряжений прикосновения и шага «производится в животноводческих комплексах, банях с электронагревателями и на других объектах, где в целях предотвращения электротравматизма выполнено уравнивание и выравнивание потенциалов».

Но, в любом случае, измерение напряжения прикосновения выполняется в контрольных точках, в которых эти значения определены расчетом при проектировании, т.е. количество точек прикосновения, в которых должны сниматься характеристики, определяется проектировщиками. Следовательно, для применения в сметном расчете норм (расценок) из таблицы ГЭСНп(ФЕРп, ТЕРп)-01-11-014 необходимо обоснование из проекта.

smetnoedelo.ru

Исследование электрического поля при замыкании на землю. Напряжение прикосновения и шага. Определение напряжения прикосновения задачи

Способ определения напряжения прикосновения

Результаты измерений величин напряжений прикосновения, поражающих токов и сопротивлений

Ситуационные задачи

Расчет напряжения прикосновения

Спорт Расчет напряжения прикосновения просмотров - 160

Читайте также

Исследование электрического поля при замыкании на землю. Напряжение прикосновения и шага

Измерение напряжения прикосновения

Спорт Расчет напряжения прикосновения
просмотров - 160