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 (1)

где I_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

, в / м (2)

где р - удельное сопротивление грунта, Ом • м.

Напряженность электрического поля и потенциал поверхности грунта в точке «N» связаны между собой рядом зависимостей, решение которых дает выражение для расчета потенциала:

(3)

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 в точке «М» будет

(4)

где: «а» - величина шага, м.

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

(5)

или окончательно:

 

(6)

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 ПРОВЕДЕНИЯ

ИССЛЕДОВАНИЙ

Работа выполняется на лабораторном стенде УШН-1 (рис. 2), который позволяет моделировать замыкание тока на землю в сетях с напряжением 6кВ и 35 кВ.

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.

 

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

3.1. 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;

3.2. Подготовка стенда к эксперименту:

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

 

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 «Iчел-Iк.з..»; 4 - переключатель расстояния человека от места замыкания «Uш»; 5 - переключатель «ЗАЩИТА»; 6 - кнопка «ПРОБОЙ».

 

- 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».

3.3. 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

 

Расстояние «L» от точки замыкания (положение переключателя «Uш»)	6 кВ	35 кВ
Uш, В	Iчел., мА	Uш, В	Iчел., мА
и т.д., до 20 м

 

Для построения графиков зависимости I_чел = f (L) для сетей 6 кВ и 35 кВ необходимо по оси абсцисс (ось «х») отложить расстояния в шагах или(метрах), а по оси ординат (ось «у») отложить в выбранном масштабе значения «I _чел» в миллиамперах полученные для каждого шага.

4. СОДЕРЖАНИЕ OTЧЕТA JIAБОРДЮРНОЙ РАБОТЫ

- Наименование работы.

- Цель работы.

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

- Таблица замеров.

- Построение графиков зависимости 1чел = 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.

 

 

ЗВУКОИЗОЛЯЦИЯ И ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЕ

Цель работы - ознакомление с приборами для измерения шума, нормативными требованиями к производственному шуму, средствами звукоизоляции и оценкой их эффективности.

1. Общие сведения о производственном шуме

С физической точки зрения шум представляет собой беспорядочное сочетание различных по частоте и силе звуков, распространяющихся в виде звуковой волны в сплошной упругой среде. С физиологической же точки зрения шум - это специфическое ощущение, вызываемое действием звуковой энергии на слуховые органы.

Известно, что длительное воздействие шума приводит к головной боли, бессоннице, ослаблению внимания, расстройству центральной нерв­ной системы, снижению секреций желудка, частичной или полной потере слуха.

Человеческое ухо воспринимает звуковые колебания частотой от 16 до 20000 Гц. Колебания частотой менее 16 Гц называются инфразвуко-выми, а свыше 20000 Гц - ультразвуковыми.

При действии источника звука происходит небольшое колебание давления в среде. Разность между мгновенным значением полного дав­ления и давлением в среде при отсутствии звуковых волн, называется звуковым давлением. В практике борьбы с шумом приходится иметь дело с огромным диапазоном значений звукового давления, соответствующим его изменению в 10⁴ - 10⁹ раз. Поскольку оперировать многозначными числами неудобно, введено понятие уровня звукового давления, которое оценивается в логарифмических единицах в белах (Б) или децибелах (Б):

L=20Lg -; дБ (1)

где Р - звуковое давление, создаваемое источником шума в иссле дуемой точке, Н/м²;

Ро - звуковое давление на пороге слышимости, которое при

частоте 1000 Гц составляет 2*10^-5 Н/м²

При звуковом давлении 2*10 Н/м2 или уровне 130 дБ у человека возникает ощущение боли и этот уровень называют болевым порогом. Однако, при акустических расчетах оперируют уровнями интенсивности звука, т.е.:

L=10Lg ; дБ (2)

где J -интенсивность звука в исследуемой точке, Вт/м

Jo -интенсивность звука на пороге слышимости, которая при частоте 1000 Гц составляет 10"^1г Вт/м² (болевой порог при этом равен 10 Вт/м).

Для того чтобы эффективно вести борьбу с шумом необходимо знать его звуковой спектр. Поэтому, на практике, анализ шума производят в октавных полосах частот - 63,125,250,500,1000,2000,4000 и 8000 Гц. Под октавой понимают полосу частот, в которой где - нижняя граничная частота, - верхняя.

Нормирование шума на рабочих местах осуществляется по ГОСТ 12. 1.003-83 "ССБТ. Шум. Общие требования безопасности (см. приложение).

В инженерной практике применяют три основных метода борьбы с шумом:

- ослабление шума в источнике его образования;

- изоляция шума;

- поглощение шума.

В настоящей лабораторной работе предлагается исследовать эффективность звукоизолирующих перегородок, кожухов и средств звукопоглощения.

2. Приборы и оборудование

Лабораторная работа выполняется на стенде состоящий из макета производственного помещения, генератора шума ГФ-I, измерителя шума ВШВ-003, набора звукоизолирующих перегородок, кожуха и звукопогло­щающего короба. Макет производственного помещения имеет две камеры, одно из которых имитирует производственный участок, а второе - конструкторское бюро. Источник шума находится в левой камере 2 и защищен решеткой 3 (см. рис. I). В правой камере 4 размещены макеты конструкторского бюро, а на подставке установлен микрофон 5. Обе камеры снабжены осветительными лампами, тумблеры включения которых находятся на передней стенке. На передней и задней стенках имеются направляющие, при помощи которых устанавливается съемная звукоизолирующая перегородка 7, обеспечивающая изоляцию камер друг от друга. Решетка источника шума при проведении лабораторной работы может быть закрыта звукоизолирующим кожухом 8, на крышку которого может навинчиваться груз для исключения щелей в местах контакта кожуха с решеткой источника шума. Для возбуждения

источника шума используется функциональный генератор ГФ-1, а измерения производятся шумомером ВШВ-003.

3. Порядок выполнения работы

Для выполнения настоящей лабораторной работы необходимо:

1. Подключить стенд к электросети и с помощью тумблеров включить освещение внутри стенда;

2. Снять со стенда все средства звукоизоляции и звукопоглощения, установить на подставке в правой камере микрофон;

3. Подключить к стенду генератор сигналов ГФ-I и установить такую амплитуду синусоидального сигнала, при которой уровень звукового давления на частоте 250 Гц находился бы в пределах от 90 до 100 дБ;

4. Щумомером ВШВ-003 измерить уровни звукового давления на частотах 63,125,250,500,1000,2000,4000 и 8000 Гц. Результаты занести в таблицу испытаний;

5. Установить звукоизолирующую перегородку (по усмотрению преподавателя) и повторить измерения L_п на тех же частотах. Результаты занести в таблицу;

6. Снять звукоизолирующую перегородку и накрыть источник шума
изолирующим кожухом, навинтить на его ось груз и повторить Измерения в нормируемых полосах частот. Результаты измерения L_к занести в таблицу;

7. Снять кожух и установить звукопоглощающий короб, повторить измерения в тех же частотах. Результаты измерения £_кр занести в таблицу;

8. Провести сравнение результатов измерений L, L_п, L_K,L_KP с допустимыми L_доп по СН 3223-85 путем построения графиков;

9. Сделать вывод о эффективности применения тех или иных звукоизолирующих устройств.

Результаты измерения уровней звукового давления

 

Обозна­чения	Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц
L
LП
LK
LKP
LДОП

F,Гц

Вывод:

В отчете необходимо отразить:

1. Общие сведения о производственном шуме, его воздействие на
организм человека и методы снижения уровня шума;

2. Данные измерений уровней шума и графики их изменения при
применении различных звукоизолирующих устройств;

3. Вывод о эффективности использованных звукоизолирующих устройств.

Приложение

Нормативные значения допустимых уровней шума на рабочих местах по СН 3223-85

Среднегеометрические частоты, Гц
Нормативные значения Уровней шума, дБ