Защита от электрического тока техническими средствами

Алтайский Государственный Технический Университет

им. И.И. Ползунова

 

Стуров Д.С.

 

 

Защита от электрического тока техническими средствами

 

Методические указания к выполнению лабораторной работы

по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»

для студентов всех специальностей и форм обучения АлтГТУ.

 

Барнаул 2004

 

 

УДК 621. 316.

Стуров Д.С., к.т.н., доц. Защита от электрического тока техническими средствами. Методические указания к выполнению лабораторной работы для студентов всех форм обучения/ Алт. Гос. Техн. ун-т им. И.И. Ползунова. – Барнаул, изд-во АлтГТУ, 2004-15 с.

 

 

Методические указания содержат некоторые теоретические основы по электробезопасности особенно в части защиты от поражений электротоком техническими средствами. Рассмотрены наиболее эффективные технические меры защиты. Особенно устройства защитного отключения, реагирующие на утечку тока в аварийных ситуациях. Эти устройства являются перспективными, служат снижению электротравматизма и могут быть применимы для защиты объектов от пожаров. Описаны стенд для исследований, порядок его работы, оформление результатов, контрольные вопросы и литература.

 

 

Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры БЖД.

 

Цель работы:

Ознакомить студентов с техническими мерами и средствами защиты от электротока, особенно с устройствами защитного отключения (УЗО).

План проведения работы:

1) Ознакомиться с содержанием методических указаний и обсудить с преподавателем ход выполнения работы;

2) Получить вариант задания у преподавателя или выбрать самостоятельно, но обязательно согласовав его с преподавателем;

3) Произвести измерения по выбранному варианту;

4) Уяснить контрольные вопросы;

5) Оформить отчёт и защитить его у преподавателя;

 

 

Общие сведения по электробезопасности

 

 

Основные причины электротравматизма

Основными причинами несчастных случаев от воздействия электрического тока являются:

а) Случайное прикосновение или приближение на опасное расстояние к открытым токоведущим частям, находящимся под напряжением.

ПРИМЕР – на заводе Трансмаш произошёл несчастный случай со смертельным исходом с электромонтёром К.

Не обесточив действующую электроталь (подъёмное устройство), потерпевший приступил к устранению неисправности объекта, расположенного вблизи запасной электротали и коснулся неизолированного участка питающего кабеля, находящегося под напряжением. Попав под фазное (380 В) напряжение был смертельно поражён электротоком;

б) Появление напряжения на металлических частях электроустановок (металлообрабатывающий станок, подъёмный кран, ручной электрофицированный инструмент и т.д.) в результате повреждения изоляции электропроводки и замыкании тока на корпус электроустановки.

ПРИМЕР – в совхозе им. Мамонтова Поспелихинского района Алтайского края произошёл несчастный случай со смертельным исходом с дояркой В.

В результате грубейшего нарушения установки электродвигателя водяного насоса произошло замыкание оголённых проводов на корпус насоса. Проходя мимо, пострадавшая В. коснулась рукой корпуса насоса и была смертельно поражена электротоком;

в) Появление напряжения на отключённых электроустановках, на которых работают люди, вследствие несогласованных действий обслуживающего персонала.

ПРИМЕР – на Алтайском Вагоностроительном Заводе произошёл несчастный случай со смертельным исходом с электриком Л.

Без индивидуальных средств защиты пострадавший производил ремонт крепления токосъёмников отключённого мостового крана. От воздействия внезапно появившегося электротока (ошибочное включение) пострадавший потерял устойчивость и, падая с высоты 6 метров, получил дополнительные тяжёлые телесные повреждения и скончался;

г) Возникновение шагового напряжения U_ш на поверхности земли в результате замыкания электропроводов на землю при их обрыве (рисунок 1).

 

 

ПРИМЕР – после грозы и сильного ветра в г. Барнауле произошёл групповой несчастный случай со смертельным исходом. Трое парней, проходя мимо оборванных проводов ЛЭП-0,4 кВ, не соблюдая мер предосторожности, приблизились к проводам под напряжением ближе 8 метров, попали под действие шагового напряжения и погибли.

 

 

Рисунок 1 – Схема действия шагового напряжения:

А – оборванный электропровод, по которому стекает ток в землю I₃; Б – электрическое поле радиусом R=20м переменной величины (от 0 до j₃) вокруг места стекания тока (точка 1) в землю. При попадании человека в круг Б возникает разность потенциалов между левой и правой ногами, т.е. U_ш= 2-2¢ - 3-3¢, именуемое шаговым напряжением.

 

Защита от поражения электрическим током с помощью

Отключающих устройств

Типы и составные части УЗО

Устройство защитного отключения (УЗО) должны обеспечивать отключение несправной электроустановки за очень короткое время (0.1-0.2 сек).

Основными частями УЗО являются (рисунок 4):

а) Электрическая часть прибора защитного отключения – это совокупность отдельных элементов, которые реагируют на изменение какого-либо параметра электрической сети (сила тока, напряжение и др.) и дают сигнал на отключение автоматического выключателя. Этими элементами являются:

- датчик – устройство, воспринимающее изменение параметра электросети и преобразующее его в соответствующий сигнал (как правило, датчиками служат реле тока (РТ), реле напряжения (РН) и т.п.);

- усилитель сигнала (УС), предназначенный для усиления сигнала датчика, если сигнал окажется недостаточно мощным;

- каналы передачи аварийного сигнала (КПАС) на исполнительный орган (АВ), отключающий аварийную установку;

- вспомогательные элементы – сигнальные лампы, измерительные приборы (вольтметр, амперметр и др.);

б) Автоматический выключатель – устройство, служащее для включения и отключения цепей, находящихся под нагрузкой (в нормальном режиме), и при коротких замыканиях (аварийный режим). Он должен надежно отключать электроцепь автоматически при поступлении сигнала от электрической части прибора защитного отключения.

 

 

Рисунок 4 – структурная схема УЗО:

Д – датчик, УС - усилитель сигнала, КПАС – канал передачи аварийного сигнала, АВ – автоматический выключатель питающей сети, АЭ – аварийная электроустановка.

 

Типы УЗО

Каждое устройство защитного отключения в аварийных ситуациях воспринимает изменение сигнала одного какого-либо электрического параметра, на который реагирует электрическая часть прибора защитного отключения, УЗО делятся на следующие типы, реагирующие на появление:

1 – напряжения корпуса электроустановки относительно земли;

2 – тока, стекающего в землю с корпуса электроустановки;

3[1] - напряжения нулевой последовательности;

4¹ - тока нулевой последовательности;

5 – напряжения фазы относительно земли.

 

По закону Кирхгофа геометрическая (векторная) сумма токов и напряжений в трехфазной сети равна нулю и нет никакого импульса на отключение электроустановки при ее нормальном режиме работы.

Если же в сети по каким-либо причинам электрическое равновесие нарушается, например, в результате замыкания одной из фаз на землю, или прикосновения человека к фазе, а также при утечке тока на землю через поврежденную изоляцию, то геометрическая сумма токов и напряжений будет уже не равна нулю (равновесие электросистемы нарушается), и тогда в сети по проводам течет разный по величине ток и напряжение. Это и есть, так называемый ток нулевой последовательности и напряжение нулевой последовательности. Результирующая этих токов (напряжений) и воспринимается датчиком отключающего устройства.

Если величина результирующего тока (напряжения) превысит допустимые I_доп (U_доп), датчик среагирует на это и подаст сигнал на автоматическое отключение аварийного участка сети или аврийной электроустановки, и они отключаются. Опасность поражения электротоком устраняется.

Рассмотрим схемы некоторых типов УЗО.

Требования безопасности

 

- запрещается работать на стенде без разрешения преподавателя;

- при обнаружении неисправности стенда, работа должна быть прекращена и сообщено преподавателю.

 

4.2 Выбрать вариант задания по таблице 2 самостоятельно или с помощью преподавателя и подготовить в своей рабочей тетради таблицу 2 для проведения исследований.

 

 

Таблица 2 – варианты лабораторных заданий

№ варианта	Положение реостата	Положение переключателей 4, 5	Величина тока утечки мА в режиме	Показатель безопасности защиты ПБЗ
Сигнал Iс	Отключение Iо
	А, I =
Б, I =
С, I =
	А, I =
Б, I =
С, I =
	А, I =
Б, I =
С, I =
	А, I =
Б, I =
С, I =
	Б, I =

4.3 Проверить и привести в исходное положение приборы на панели стенда:

а – реостат 7 устанавливаем в положение А – соответствующему варианту задания;

б – переключатель 8 - в позицию 30;

в – выключатель 11 – ставим в нижнее положение;

г – резистор 10 – переводим в крайнее левое положение;

д – автоматический выключатель 9 следует установить сначала в положение «откл», а затем в положение «вкл» (т.е. рычаг сначала переводится вправо до упора и тут же его нужно перевести назад влево до упора).

4.4 Включить стенд в розетку, строго соблюдая соответствие фаз на вилке 12 и розетке (на розетке и вилке с торца указаны красным цветом метки «Ф» и «О»). Выполнить свой вариант задания в следующей последовательности на примере варианта 1:

а – реостат 7 установить в положение А;

б – переключатель 8 – в позиции 30;

в – выключатель 11 – установить в верхнее положение;

г – нажать на клавишу 13 со стороны метки «В» на корпусе розетки. В результате этих действий включаются в работу амперметры 1,2 и загорается зелёным цветом контрольная лампочка 6. Стенд готов к работе;

д – записать в рабочую тетрадь величину тока нагрузки по амперметру 1 в колонку 2 таблицы результатов исследования;

е – поворотом вправо резистора 10 увеличиваем плавно и осторожно ток утечки до загорания лампочки 3. Это ток сигнала неисправности электроустановки. Величину этого тока следует довести до величины (18), указанной в задании, и записать в свою тетрадь (колонка 4 таблицы 2);

ж – поворотом вправо резистора 10 очень плавно увеличиваем ток утечки до срабатывания УЗО на отключение. Момент отключения электроустановки (стенда) наступает неожиданно, сопровождаясь громким звуком. Поэтому в этот момент нужно быть внимательным и следить за показаниями миллиамперметра 2. Величина показаний миллиамперметра в момент отключения и является током отключения (уставкой) электроустановки. Результат заносится в тетрадь (колонка 5 таблицы 2) против позиции “30” колонки 3.

Если же отключение произошло так неожиданно, что вы не успели зафиксировать величину тока отключения I_о, эксперимент следует повторить заново, приведя в исходное положение приборы стенда;

з – после измерения тока сигнала I_с и тока отключения I_о в позиции переключателя “30”, последний переводится в позицию “100”, положение реостата 7 при этом не меняется. Приборы 9, 10, 11, 13 переводятся в исходное положение;

и – вновь выключатель 11 переводим вверх, нажимаем на клавишу 13 – стенд и УЗО включены в сеть и готовы к работе, о чём свидетельствует свечение зелёным цветом лампочки 6. Поворотом вправо резистора 10 замеряем ток сигнала I_с (по заданию I_с = 40 мА) и ток отключения I_о. Результаты заносим в тетрадь (колонки 4,5 таблицы 2) против позиции “100” колонки 3;

к – аналогично описываемому выше делаем замеры при нагрузке на реостате Б и С. Результаты показаний I_с и I_о занести в рабочую тетрадь в соответствующие строки таблицы 2 варианта 1.

Содержание отчета

 

В отчете должно быть отражено:

- Название работы ее цели и план выполнения;

- Основные причины электротравмотизма;

- Схема устройства и работы защитного заземления (рисунок 2) и схема УЗО

(рисунок 6);

- Вариант задания с указанием экспериментальных данных (таблица 2);

- Построить график зависимости предельно допустимых значений переменных напряжений и токов U_пд, I_пд, от времени воздействия на человека по данным таблицы 1;

- Дать заключение (выводы) в каком положении токов сигнала и отключения опасность поражения для людей наибольшая.

 

 

6 Контрольные вопросы

1 Причины электротравмотизма;

2 Технические меры защиты;

3 Устройство и работа защитного заземления;

4 Устройство и работа зануления;

5 Структурная схема УЗО и его основные части;

6 Схема трансформатора тока нулевой последовательность;

7 Причины возникновения токов утечки;

8 Когда возникает (ток) напряжение нулевой последовательности;

9 Назначения и область применения УЗО;

10 Что такое “Уставка”.

 

 

Литература

1. Средства защиты в машиностроении: Расчет и проектирование: спр-к/ С.В.Белов, А.Ф. Козваков, О.Ф.Партолин и др.; под ред. С.В.Белова. – М.:Машиностроение,1989 – 368с.

2. Чекалин Н.А., Полукина Г.Н., Чекалина С.А. Охрана труда в электрохозяйствах промышленных предприятий: учебник для техникумов. – М: Энергоатомиздат,1990- 256с.

3. Безопасность жизнедеятельности. Учебник для ВУЗов/ С.В.Белов, А.В.Ильницкая, А.Ф. Козвяков и др: Выс.шк., 1999. – 448с.

4. П.П.Кукин, В.А.Лапин, Е.А. Подгорных и др. Безопасность технологических процессов и производств. – М.: Высш. школа 1999.

 

 

Содержание стр.

1 Общие сведения по электробезопасности………………………………………………..3

1.1 Основные причины электротравматизма……………………………………………….3

1.2 Технические меры защиты от электротока……………………………………………..4

2 Защита от поражения электрическим током с помощью отключающих устройств…...6

2.1 Назначение и область применения устройств защитного отключения (УЗО)………..6

2.2 Типы и составные части УЗО…………………………………………………………….7

2.3 УЗО, реагирующие на появление напряжения корпуса электроустановки

относительно земли…………………………………………………………………………..9

2.4 УЗО, реагирующие на появление тока нулевой последовательности

(ток разбаланса электросистемы в аварийных ситуациях)……………………………….10

3 Устройство и работа лабораторного стенда……………………………………………..11

4 Порядок выполнения лабораторной работы……………………………………………..13

4.1 Требования безопасности……………………………………………………………….13

4.2 Выбрать вариант задания по таблице 2………………………………………………...13

4.3 Проверить и привести в исходное положение приборы………………………………14

4.4 Включить стенд………………………………………………………………………….15

4.5 После окончания экспериментов……………………………………………………….15

4.6 Оформить отчёт о работе и защитить его у преподавателя…………………………..15

5 Содержание отчёта………………………………………………………………………...16

6 Контрольные вопросы……………………………………………………………………..17

Литаратура…………………………………………………………………………………...18

[1] - в нормальных условиях работы электроустановки электрическая проводимость фаз относительно земли и друг друга (в трех фазных сетях) одинаковая. Электрическая система в этом случае находится в равновесии, т.е. по всем проводам кабеля течет одинаковой величины электроток и соответственно одинаковое напряжение.

Алтайский Государственный Технический Университет

им. И.И. Ползунова

 

Стуров Д.С.

 

 

Защита от электрического тока техническими средствами

 

Методические указания к выполнению лабораторной работы

по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»

для студентов всех специальностей и форм обучения АлтГТУ.

 

Барнаул 2004

 

 

УДК 621. 316.

Стуров Д.С., к.т.н., доц. Защита от электрического тока техническими средствами. Методические указания к выполнению лабораторной работы для студентов всех форм обучения/ Алт. Гос. Техн. ун-т им. И.И. Ползунова. – Барнаул, изд-во АлтГТУ, 2004-15 с.

 

 

Методические указания содержат некоторые теоретические основы по электробезопасности особенно в части защиты от поражений электротоком техническими средствами. Рассмотрены наиболее эффективные технические меры защиты. Особенно устройства защитного отключения, реагирующие на утечку тока в аварийных ситуациях. Эти устройства являются перспективными, служат снижению электротравматизма и могут быть применимы для защиты объектов от пожаров. Описаны стенд для исследований, порядок его работы, оформление результатов, контрольные вопросы и литература.

 

 

Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры БЖД.

 

Цель работы:

Ознакомить студентов с техническими мерами и средствами защиты от электротока, особенно с устройствами защитного отключения (УЗО).

План проведения работы:

1) Ознакомиться с содержанием методических указаний и обсудить с преподавателем ход выполнения работы;

2) Получить вариант задания у преподавателя или выбрать самостоятельно, но обязательно согласовав его с преподавателем;

3) Произвести измерения по выбранному варианту;

4) Уяснить контрольные вопросы;

5) Оформить отчёт и защитить его у преподавателя;