Исследование эффективности защитных мер от воздействия напряжения шага

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∙ρ∙d/2πx(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

ρ - 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 (ρ_п), площади ступни ног (680 см²) и длины шага (0.8 м).

Величина U_ш обычно принимается равной 6ρ_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 35000 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

.   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 220В.

.        Включить выключатель “сеть”. При этом на мнемопанели высвечивается изображение высовольтной воздушной линии электропередач.

.        По указанию преподавателя поставить переключатель “6 кВ и 35 кВ” в одно из фиксируемых положений.

.        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.

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

.        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.

.        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.

.        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:

_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