Лабораторная работа. «изучение опасности поражения человека электрическим током при появлении шагового напряжения»

«Изучение опасности поражения человека электрическим током при появлении шагового напряжения»

Цель работы: Изучение причины возникновения, характера изменения шагового напряжения и способов защиты от него.

1. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Стекание тока при замыкании на землю происходит через проводник, находящийся в непосредственном контакте с землей. Такой контакт может быть случайным - при касании одной из фаз сети с землей (обрыв провода или замыкание его на опору линии высоковольтной передачи) ~ или преднамеренным - при искусственном заземлении корпусов

электрооборудования в случае пробоя изоляции и замыкания одной из фаз на заземленный корпус.

Растекание тока в однородном грунте происходит через полусферы, а на поверхности земли - через окружности с центром в точке «О» стекания тока «I₃» в землю (рис. 1).

Рис. 1. Схема растекания тока в грунте от места замыкания (точка «О») с данными для расчета напряжения шага

Плотность тока «j» в любой точке «N» (рис. 1) на расстоянии «х» от точки замыкания определяется по формуле

ј= , А/м² где _{Ι з} - ток замыкания на землю, А; х - расстояние от места замыкания, м.

Плотность тока—это отношение силы тока к площади сечения проводника, в данном случае грунта, через которую он протекает.

В объеме земли, где проходит ток, возникает так называемое «поле растекания тока». Теоретически оно простирается до бесконечности. Однако в действительных условиях уже на расстоянии 20 метров от точки замыкания

провода на землю или от заземлителя сечение слоя земли, по которому

проходит ток, оказывается столь большим, что плотность тока здесь практически равна нулю. Следовательно, и поле растекания можно считать распространяющимся лишь на расстояние 20 м от точки замыкания или от заземлителя.

Напряженность электрического поля «Е» в точке «N» будет

E-j -р, В/ м

где р - удельное сопротивление грунта, Ом • м.

Напряженность электрического поля и потенциал поверхности грунта

«ф_N» в точке «N» связаны между собой рядом зависимостей, решение которых дает выражение для расчета потенциала:

Из данного выражения видно, что по мере удаления на расстояние «х» от места замыкания тока на землю (точка «О») потенциал будет уменьшаться обратно пропорционально расстоянию «х», изменяясь по гиперболическому закону от максимального значения до нуля. Практически область нулевого потенциала на поверхности земли начинается обычно на расстоянии 20 метров от места замыкания.

Шаговое напряжение, т.е. напряжение между ступнями ног, возникает только в том случае, если ноги человека, оказавшегося в поле растекания тока, находятся в точках с разными потенциалами, т.е. одна нога в точке «N», удаленной от места замыкания на расстояние «х», а другая - в точке «М» на расстоянии

«х + а».

Потенциал «ф_м» в точке «М» будет

где: «а» - величина шага, м.

(Для расчетов величина шага «а» обычно принимается равной 0, 8 м). Тогда шаговое напряжение «U_m» равно разности потенциалов в точках опоры одной и другой ноги человека, т.е.

или окончательно:

Из этого выражения и рис. 1 следует, что чем дальше человек находится от места замыкания тока на землю, тем меньше шаговое напряжение (при равном значении шага «а»). Наглядно это видно из

характера выполаживания гиперболической кривой распределения потенциалов на поверхности земли (рис. 1).

Техническим мероприятием по предотвращению возникновения шагового напряжения является устройство защитного заземления, сопротивление которого не должно превышать 10 Ом.

Индивидуальная защита заключается в удалении от места стекания тока в землю прыжками на одной ноге или двух, сомкнутых вместе ногах.

2. ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯИССЛЕДОВАНИЙ

Работа выполняется на лабораторном стенде УШН-1 (рис. 2), который позволяет моделировать замыкание тока на землю в сетях с напряжением 6кВи35кВ.

На стенде визуально демонстрируется распределение потенциалов в земле, а миллиамперметр и вольтметр позволяют измерять величины шаговых напряжений и тока, проходящего через тело человека при различных расстояниях от места замыкания тока на землю.

Следует иметь в виду, что шкалы миллиамперметра и вольтметра неравномерные, поэтому при каждом последующем измерении необходимо определять цену деления интервала шкалы, с которого снимаются показания.

Рис. 2. Лабораторная установка для проведения исследований (УШН-1).

1. тумблер включения стенда «Сеть-вкл.»;
2. тумблер переключения сети, замыкаемой на землю, «6-35 кВ»;
3. тумблер переключения измеряемой величены «I_чел-I_к.з..»;
4. переключатель расстояния человека от места замыкания «U_ш»;
5. переключатель «ЗАЩИТА»;
6. кнопка «ПРОБОЙ».

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Исходное положения элементов управления на стенде (рис 2):

- тумблер «сеть вкл.» - в положении «сеть»;

- тумблер «6-35 кВ» - в нейтральном положении;

- тумблер «I_чел-I_к.з..» - в положении «I_к.з.»;

- переключатель «U_ш» - в крайнем левом положении;

- переключатель «Защита» - в крайнем левом положении;

2. Подготовка стенда к эксперименту:

- установить тумблер «сеть вкл.» в положение «вкл.». При этом на панели высвечивается картина высоковольтной воздушной линии электропередачи;

- тумблер «6-35 кВ» - в положение «6-35 кВ»;

- нажать кнопку «пробой». О готовности стенда к работе свидетельствует подсветка графика закономерности распределение потенциала «φ» в зоне растекания тока;

- высвечиваются первые две точки шага человека;

- появляется имитация растекания тока в земле от замыкания провода воздушной линии на металлический корпус опоры и через него на землю мигает сигнал «опасно».

3. Проведение эксперимента.

- тумблер «I_чел-I_к.з.» - установить в положении «I_чел»;

- последовательным переводом переключателя «U_ш» имитировать удаление человека от точки замыкания для сети 6кВ и снимать показания миллиамперметра и вольтметра для каждого шага, пока значение тока не уменьшится до безопасного (0, 5+1, 5мА);

- установить тумблер «6-35 кВ» в положении «35 кВ» и провести эксперимент описанный выше.

Полученные показания тока и напряжения занести в таблицу и построить графики зависимости 1_чел = f (L) для сетей 6 кВ и 35 кВ (L - -расстояние в шагах (или метрах) от точки замыкания).

Таблица

Для построения графиков зависимости 1_чел = f (L) для сетей 6 кВ и

5 кВ необходимо по оси абсцисс (ось «х») отложить расстояния в шагах или(метрах), а по оси ординат (ось «у») обложить в выбранном масштабе значения «1 _чел» в миллиамперах полученные для каждого шага.

4. СОДЕРЖАНИЕ OTЧЕТA

- Наименование работы.

- Цель работы.

- Краткое изложение теории со схемой (рис. 1).

- Таблица замеров.

- Построение графиков зависимости 1_чел = f (L) для сетей 6 кВ и 35 кВ.

5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Причины возникновения шагового напряжения.
2. Что такое «плотность тока» и каков характер ее измерения?
3. Объяснить характер кривой распределения потенциалов на поверхности земли.
4. Какое расстояние от точки стекания тока в землю считается безопасным для человека?
5. В каком случае человек окажется под действием шагового напряжения?

6. Способ выхода из зоны действия шагового напряжения.