Исследование эффективности защитных мер от воздействия напряжения шага

Федеральное государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Государственный технологический университет Московский институт стали и сплавов Институт металлургии экологии и качества Кафедра «Безопасность жизнедеятельности»

Лабораторная работа Исследование эффективности защитных мер от воздействия напряжения шага Студента гр. МЦМ-04−1

Ким П.В.

Преподаватель: Толешов А.К.

Москва 2008

Введение

Цель работы Оценить условия возникновения напряжений шага и эффективность защиты от опасности поражения с помощью сложных заземляющих контуров.

Напряжением шага называется обусловленное током замыкания на землю напряжение между точками земли и пола, на которые человек может наступить одновременно.

Такое явление наблюдается при замыкании электрического тока на землю или на заземлённый металлический корпус электроустановки, так как растекающийся в земле ток образует от заземлителя или места замыкания зону растекания по радиальным направлениям во все стороны и в глубину земли. Это напряжение уменьшается по мере удаления от места замыкания, а на расстоянии, равном примерно 20 м, будет близким к нулю.

Если на графике по вертикальной оси отложить напряжение в вольтах, а по горизонтальной — расстояние от заземлителя в метрах, то кривая распределения в зоне растекания тока будет иметь крутой спад вблизи заземлителя и тем более пологую форму, чем выше проводимость грунта.

Величина напряжения шага U_ш определяется по формуле:

U_ш=J_з•с•d/2рx (x+d),

Где J₃ — ток замыкания на землю, А;

d — величина шага, (0,8 — 1,0 м);

х — расстояние от центра заземлителя до рассматриваемой точки на поверхности земли, м с — удельное сопротивление грунта, см, м.

Напряжение уменьшается при удалении человека от заземлителя.

Кривые распределения напряжения в зоне растекания тока Сила тока, проходящего через тело человека, когда он находится под воздействием шагового напряжения U_ш, определяется по следующей формуле:

J_чел=U_шаг/(R_ш+R_чел)= U_шаг/(6+ R_чел), А Где R_чел — сопротивление тела человека, (1000 Ом)

R_ш — Сопротивление растеканию тока в земле от одной ноги до другой, зависящее удельного сопротивления поверхности грунта (с_п), площади ступни ног (680 см²) и длины шага (0.8 м).

Величина U_ш обычно принимается равной 6с_п (сопротивлением обуви пренебрегаем).

С целью предупреждения опасного воздействия напряжения шага на человека производится выравнивание потенциалов в зоне растекания тока путём устройства сложных заземлителей в виде замкнутого контура, охватывающего всю территорию защищаемого объекта.

Сложный заземляющий контур представляет собой совокупность горизонтальных и вертикальных заземлителей (стальные полосы профильное железо и т. п.), закопанных на определённую глубину.

Расчёт заземляющего контура строится в зависимости от принятой величины тока замыкания, удельного сопротивления грунта, защищаемой площади, находящейся под электрооборудованием и т. п. и сводится к определению размеров заземляющего устройства с целью доведения величины сопротивления его до нормируемых значений.

Описание моделирующего устройства УШН-1

Устройство УШН-1 представляет собой лабораторный стенд, в котором смонтирована схема, позволяющая моделировать и демонстрировать замыкание электрического тока за землю в линиях электропередачи (ЛЭП) напряжением 6000 В и 35 000 В.

На мнемопанели стенда показывается путь прохождения тока, световым сигналом имитируется короткое замыкание на металлическую опору ЛЕН, изображается графически распределение потенциалов в земли и изменение величины напряжений шага при различных расстояниях человека от места замыкания тока и др.

При появлении опасности поражения предупредительная надпись «опасно». Переключателем защита включается в схему сложный контур для выравнивания напряжения, действие которого можно наблюдать на мнемосхеме и по показаниям приборов.

На панель стенда выведены следующие выключатели и переключатели:

СЕТЬ — включение питающего напряжения;

ЗАЩИТА — попеременное включение заземляющих контуров различных по величине сопротивлений; 6 кВ и 35 кВ — выбор номинального напряжения линии электропередачи;

U_ш — выбор места нахождения человека от заземлителя;

U_чел — включение для производства замера силы тока, проходящего через человека; напряжение шаг защита заземляющий

J_кз — включение для определения силы тока короткого замыкания.

ПРОБОЙ (кнопка) — осуществление имитации замыкания высоковольтной линии на металлический корпус опоры.

Порядок проведения работы

1. После ознакомления с описанием работы и устройства стенда проверить соответствие стенда исходному состоянию: выключатели «сеть» и «защита» должны находиться в положении выключено (вниз) и «0», переключатель «6 кВ и 35 кВ» — в нейтральном положении; U_ш — в положении «2», I_чел-I_кз в положении I_кз.

2. Подготовить протоколы 1 и 2 для записи результатов наблюдений, после чего с разрешения преподавателя подключить стенд к питающей сети напряжением 220 В.

3. Включить выключатель «сеть». При этом на мнемопанели высвечивается изображение высовольтной воздушной линии электропередач.

4. По указанию преподавателя поставить переключатель «6 кВ и 35 кВ» в одно из фиксируемых положений.

5. Нажать кнопку «пробой» — на мнемопанели демонстрируется растекание тока в земле при замыкании воздушной линии на опору и высвечивается кривая распределения потенциала в зоне растекания тока. Амперметр показывает величину тока замыкания.

6. Установить переключатель в положение I чел для фиксации показаний миллиамперметра.

7. Поставить переключатель U_ш последовательно в положение 2, 4, 6 и т. д. (это будет соответствовать удалению человека от места замыкания, м) и записать в протокол 1 по показаниям миллиамперметра силу тока, проходящего через человека, а по показаниям вольтметра — величину напряжения шага.

8. Поставить переключатель «защита» в положение 0,5 Ом, затем 10 Ом. На световой панели появится изображение контура заземления и исчезнет сигнал «опасно». Записать в протокол показания вольтметра.

9. Увеличить с помощью переключателя «защита' сопротивление заземляющегося контура до 50 Ом, отметив в протоколе 1 последствия такого увеличения.

10. Привести схему в исходное положение, выключить вилку из штепсельной розетки.

По полученным данным построить графики зависимости:

I_чел = f (l); U_ш = f (l); I_чел = f (U_ш).

Обработка результатов эксперимента Протокол 1

Линия электропередачи напряжением 6 кВ. Сила тока замыкания 11 мА