Практическая работа Расчет параметров электробезопасности
Практическая работа
Расчет параметров электробезопасности
Цель занятия: изучить действие электрического тока на организм человека, характер и последствия поражения человека электрическим током.
План семинара:
1.повторение основных теоретических вопросов;
2.решение примеров и задач по данной теме;3.выполнение самостоятельных заданий.
Содержание и порядок выполнения.
1. Основные сведения из теории
Как на предприятиях различных отраслей промышленности, так и в лабораториях научно-исследовательских и учебных институтов широко применяют различные электрические установки. Нарушение пра¬вил техники безопасности, низкая культура обслуживания электро¬установок могут вызвать поражение электротоком. Причинами электротравм может явиться случайное прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением или к конструктивным частям -электро¬оборудования, которые могут оказаться под напряжением из-за повре¬ждения изоляции .
1.1. Действие электрического тока на организм человека. Характер воздействия электрического тока на организм.
Характер и последствия поражения человека электрическим током зависят от величины, частоты и пути прохождения тока, продолжитель-ности его воздействия, сопротивления тела человека, внешней среды, индивидуальных свойств организма и др.
По физиологической реакции организма человека различают ток пороговые ощутимые, ощутимые, пороговые неотпускающие, неотпускающие, пороговые фибрилляционные, фибрилляционные. Предельные зна¬чения этих токов зависит от рода и частоты тока, а также от дли¬тельности его воздействия на организм пострадавшего.
В табл.1 приведены значения тока и вызываемой ими ответные реакции организма при длительном воздействии (более 3 сек.)
Таблица 1
Характер воздействия переменного и постоянного тока на организм человека
Ток, мА Характер воздействия
переменный ток 50 Гц постоянный ток
1 2 3
0,6-1,5 Начало ощущения – слабый зуд пощипывание кожи под электро¬дами. Не ощущается.
2-4 Ощущение тока распространя¬ется и на запястье руки, слегка сводит руку. Не ощущается.
5-7 Болевые ощущения усиливаются во всей кисти руки, сопровождаясь судорогами; слабые боли ощущаются во всей руке, вплоть до предплечья. Начало ощущения.
Впечатление нагрева
кожи под электродом.
8-10 Сильные боли и судороги во всей руке, включая предпле¬чье. Руки трудно, но еще можно оторвать от электродов. Усиление ощущения нагрева.
10-15 Едва переносимые боли во всей руке.
Руки невозможно оторвать от электродов. С увеличением продолжительности протекания тока боли усиливаются. Еще большее усиление ощущения нагрева как под электродами, так и в прилегающих областях кожи.
20-25 Руки парализуются мгновенно, оторваться от электродов невозможно. Сильные боли, дыхание затруднено. Еще большее усиление ощущения нагрева кожи, возникновение ощущения внутреннего нагрева. Незначительные сокраще¬ния мышц рук.
25-50 Очень сильная боль в руках и груди. Дыхание крайне затруднено. При длительном токе может наступить паралич дыхания или ослабление деятельности сердца с потерей сознания. Ощущение сильного нагрева, боли и судороги в руках. При отрыве от электродов возникают едва переносимые боли в результате судорожного сокращения мышц.
50-80 Дыхание парализуется через несколько секунд, нарушается работа сердца. При длительном протекании тока может наступить фибрилляция сердца. Ощущение сильного поверхностного и внутреннего нагрева, сильные боли во всей руке и в области груди. Затруднение дыхания. Ру¬ки невозможно оторвать от электродов из-за сильных болей при на¬рушении контакта.
100 Фибрилляция сердца через 2-3 сек.; еще через нес¬колько секунд – паралич дыхания Паралич дыхания при длительном протекании тока.
300 То же действие за меньшее время Фибрилляция сердца через 2-3 сек.; еще через несколько секунд – паралич дыхания.
Более
500 Дыхание парализуется немедленно – через доли секунды. Фибрилляция сердца, как правило, не наступает; возможна временная остановка сердца в период протекания тока. При длительном протекании тока (несколько секунд) тяжелые ожоги, разрушение тканей.
Примечания. 1. Данные соответствуют прохождению тока через тело человека по пути рука-рука или рука-ноги.
Таблица 2
Нормы допустимых напряжений прикосновения Vпр, В и токов Ih, мА, проходящих через тело человека
Характеристика электроустановки Нормируемая величина
Продолжительность воздействия тока
,с
0,1 0,2 0,5 0,7 1,0 3,0 от 3
до 10
Электроустановки
50 Гц до 1000 В
с изолированной и заземленной нейтралью и выше 1000 В до 35 кВ включительно
с изолированной нейтралью Vпр
Ih 500
500 250
250 100
100 75
75 50
50 36
6 36
6
Электроустановки
50 Гц выше 35 кВ с заземленной нейтралью Vпр 500 400 200 130 100 65 –
Электроустановки
400 Гц Vпр
Ih –
– 500
500 200 200 140 140 100
100 36
8 36
8
Электроустановки
постоянного тока Vпр
Ih 500
500 400
400 250 200 250 200 150
150 100
50 100
60
Приведенные нормы допустима напряжений прикосновения и токов отвечают случаю прохождения тока через тело человека по пути рука-ноги. Под допустимым напряжением прикосновения понима¬ется наибольшее действующее (эффективное) значение напряжения, которое может быть приложено определенное время к телу человека между рукой и ногами, т.е. между точкой основания, на котором стоит человек. Под допустимым током через человека понимается на¬ибольшее действующее (эффективное) значение тока, который может проходить определенное время через тело человека по пути рука-ноги.
Эти нормы предназначены для расчета защитных устройств от поражения током в электроустановках – защитных заземлений, занулений, защитных отключений. Они предполагают возможность случай¬ного попадания человека под напряжение при аварийных режимах в электрической сети. Нормы не могут рассматриваться как обеспечи¬вающие абсолютную безопасность и принимаются в качестве практи¬чески приемлемых с достаточно малой вероятностью поражения.
При прикосновении к токоведущим частям опасность поражения зависит от вида сетей электроснабжения. Чрезвычайно опасно при-косновение к одной или двум оголенным фазам трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью, а также к двум фазам сети с изолирован¬ной нейтралью. Менее опасно прикосновение к одной оголенной фазе сети с изолированной нейтралью.
Путь тока через человека существенно влияет на исход пораже¬ния. Опасность поражения особенно велика, если ток, проходя через жизненно важные органы – сердце, легкие, головной мозг, воздей¬ствует непосредственно на эти органы. Если ток не проходит через эти органы, то его воздействие на них является только рефлектор¬ным и вероятность поражения уменьшается.
Пути тока в теле человека называются петлями тока. Наиболее часто встречается петля: правая рука-ноги. Среди случаев с тяжелым и смертельным исходом наиболее часто имеет место следующие петли тока: рука-рука (40 % случаев), правая рука-ноги (20 %), левая рука-ноги (17 %), нога-нога (8 %). Наиболее опасные петли тока голова-руки, голова-ноги и рука-рука, наименее опасен путь нога-нога.
Индивидуальные особенности человека значительно влияют на исход поражения при электротравмах. Например, ток, “неотпускающий” для одних людей, может быть “пороговым” – для других. Характер воз-действия тока одной и той же величины зависит от массы человека и его физического развития. Для женщин пороговые значения тока при¬мерно в 1,5 рал ниже, чем для мужчин. Степень воздействия тока зависит от состояния нервной системы и всего организма. Так, в состоянии возбуждения нервной системы, депрессии, болезни (осо¬бенно болезни нервной системы, болезни кожи, сердечно-сосудистой системы и др.) и опьянения люди значительно более чувствительны к протекающему току.
1.2. Общее электрическое сопротивление тела человека
Общее электрическое сопротивление тела человека представля¬ет собой эквивалентное сопротивление нескольких элементов. На рис.1 приведена схема замещения сопротивления тела человека для случая протекания тока по контуру рука-ноги.
Величины сопротивлений, указанных на рисунке, изменяются в широких пределах. Наибольшим электрическим сопротивлением обла¬дает кожа и, особенно, верхний роговой слой ее, лишенный кровеносных сосудов. Характер сопротивления кожи – активно-емкостной. Сопротивление кожи зависит от ее состояния, плотности и площади контактов, величины приложенного напряжения, протекающего тока и времени воздействия тока. Наибольшее сопротивление оказывает чис¬тая сухая неповрежденная кожа. Увеличение площади и плотности контактов с токоведущими частями снижает сопротивление кожи. С увеличением приложенного напряжения сопротивление кожи уменьша¬ется в результате пробоя верхнего слоя. Увеличение силы тока и времени его протекания вызывает увеличения нагрева верхнего слоя кожи и потовыделения в местах контакта, что также снижает элек¬трическое сопротивление кожи. Таким образом величины Rp и Rk (рис.1), т.е. сопротивление кожи на руке в месте контакта и сопротивления коли поверхности тела сильно зависят от влажности. Так Rр составляет 200-300 0м, если кожа влажная, и десятки килоом при сухом состоянии кожи.
Сопротивление внутренних органов также имеет активно-емкост¬ной характер. Однако эта емкость незначительна и ею можно пренебречь.
Рис.1. Схема замещения сопротивления человека:
Rp – сопротивление кожи на руке в месте контакта;
Rk – сопротивление кожи поверхности тела;
Rвн – со¬противление внутренних ор¬ганов;
Rоб – сопротивление обуви;
Rп – сопротивление пола на площади, равной поверхности ступеней ног.
Таблица 3
Ориентировочные значения сопротивления пола, Ом
Материал пола Сухой пол Влажный
пол Мокрый
пол Материал
пола Сухой пол Влажный
пол Мокрый пол
Металл Кирпич
Земля
Метлахская плитка 0,01
10
20
25 0
1,5
0,8
2,0 0
0,8
0,3
0,3 Дерево
Ксилит Линолеум Бетон Асфальт 30
100
1500
2000
2000 3,0
10,0
10,0
0,9
10,0 0,3
0,5
0,5
0,1
0,8
Таблица 4
Ориентировочные значения сопротивления обуви при различном напряжении в сети, кОм
Помещение Материал
подошвы
Напряжение в сети, В
до 65 127 220 Выше 220
Сухое кожа
кожимит
резина 200
150
500 150
100
500 100
50
500 50
25
500
Влажное
и сырое кожа
кожимит
резина 1,6
2,0
2,0 0,8
1,0
1,8 0,5
0,7
1,5 0,2
0,5
1,0
Контрольные вопросы:
1.Какие причины могут вызвать поражение электротоком.
2. Какие по физиологической реакции организма человека различают токи.
3.Характер воздействия переменного и постоянного тока на организм человека
4. От чего зависит опасность поражения при прикосновении к токоведущим частям.
5. Под допустимым током через человека понимается
6. Что называют петлями тока.
7. Что представляет собой электрическое сопротивление тела человека.
Глоссарий: переменный ток, постоянный ток, петля тока, электротравма, электрическое сопротивление.
Задачи для самостоятельного решения
1. Определить общее электрическое сопротивление тела челове¬ка. Исходные данные (варианты) для расчета общего электрического сопротивления тела человека приведены в табл.5.
2. Определить величину тока, проходящего через тело человека при случайном касании токоведущих частей электрооборудова¬ния. Негодные данные (варианты) для расчета величины тока приве¬дены в табл.6. Напряжение принять везде равным 220 В.
Рассчитанная по условиям задачи 2. величина тока сопос¬тавляется с нормативами допустимых параметров (табл.1 и 2), после чего делается вывод об опасности воздействия электрического тока.
Таблица 5
Исходные данные для определения общего электрического со-противления человека (Ом) при протекании тока по контуру рука-ноги (к задаче 1).
Но-мер варианта Сопротивление кожи в месте контакта, Rp Сопротивление кожи поверхности тела, Rк Сопротивление внутренних тканей орга¬низма, Rвн
Материал пола Степень
влажности
помещения Материал
подошвы
обуви Наложение сети, В
1 2 3 4 5 6 7 8
1. 200 1000 500 металл сухое кожа 330
2. 250 2000 525 кирпич сухое кожимит 220
3. 210 3000 550 дерево влажное резина 127
4. 215 4000 575 линолеум мокрое кожа 36
5. 220 5000 600 бетон влажное кожимит 380
6. 225 6000 625 металл сухое резина 220
7. 230 7000 650 кирпич сухое кожа 127
8. 235 8000 675 дерево влажное кожимит 36
9. 240 9000 700 линолеум мокрое резина 380
10. 245 10000 725 бетон влажное кожа 220
11. 250 11000 750 асфальт мокрое кожимит 127
12. 255 12000 775 метлахс¬кая плит¬ка сухое резина 36
13. 260 13000 800 дерево влажное кожа 380
14. 265 14000 825 линолеум мокрое кожимит 220
15. 270 15000 850 бетон влажное резина 127
16. 275 16000 875 дерево влажное кожа Зо
17. 280 17000 900 металл сухое кожимит 380
18. 285 18000 910 дерево влажное резина 220
19. 290 19000 920 линолеум мокрое кожа 127
20. 295 20000 930 кирпич сухое кожимит 36
21. 300 21000 940 бетон влажное резина 380
22. 305 22000 950 дерево влажное кожа 220
23. 310 23000 960 линолеум мокрое кожимит 127
24. 315 24000 970 бетон мокрое резина 36
25. 320 25000 1000 дерево влажное кожа 380
Таблица 6
Исходные данные для определения величины тока, проходящего через тело человека при случайном касании, мА (к задаче 2)
Номер варианта
Оголенный фазный зажим
R4, Ом При замыкании двух зажимов Провод с исправ¬ной изоляцией Провод с ухудшенной изоляцией
Uл, В Rr, Ом Rr, Ом Rиз∙ 106,Ом Rr, Ом Rиз ∙103,Ом
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25 500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200
2300
2400
2500
2600
2700
2800
2900 380
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“- 1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200
2300
2400
2500
2600
2700
2800
2900
3000
3100
3200
3300
3400 1000
380
960
940
920
900
880
860
840
820
800
780
760
740
720
700
680
660
640
620
600
580
560
540
520 0,50
0,51
0,52
0,53
0,54
0,55
0,50
0,51
0,52
0,53
0,54
0,55
0,50
0,51
0,52
0,53
0,54
0,55
0,50
0,51
0,52
0,53
0,54
0,55
0,50 1000
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“-
-“- 20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9,75
9,5
9,25
9
8,75
8,5
8,25
8
7,75
7,5
7,25
7
6,75
6,5
Примеры расчета параметров электробезопасности
Задача 1. Определить общее сопротивление тела человека, если сопротивление кожи на руне рабочего в месте контакта Rp = 200 Ом, сопротивление кожи поверхности теля Rk = 1000 Ом, сопротивление внутренних органов Rвн = 600 Ом. Работа произво¬дится при напряжении сети 380 В на бетонном мокром полу, матери¬ал подошв обуви рабочего – кожа.
Решение
1. Сопротивление параллельной цепочки Rk, Rвн равно
При Rk = 1000 Ом и Rвн = 600 Ом
- Электрическое сопротивление опорной поверхности ног на полу (сопротивление пола) зависит от материала и степени влаж¬ности пола. В табл. З приведены ориентировочные значения сопро¬тивления площадей пола, равных поверхности двух ступеней ног.
Для нашего случая (бетон мокрый) сопротивление пола Rп = 100 Ом - Электрическое сопротивление обуви зависит от материала подошвы, состояния помещения и напряжения сети (табл.4).
Для нашего случая (материал подошвы – кожа, помещение влаж¬ное) величина
Rоб = 200 Ом . - Общее сопротивление тела человека определяем по формуле
Задача 2 Колодка, через которую подается напряжение на электрический двигатель, не была закрыта съемной крышкой. Опре¬делить ток, проходящий через тело человека при случайном касании:
а – оголенного фазного зажима;
б – при замыкании человеком двух зажимов;
в – при прикосновении и проводу с исправной изоляцией;
г – при прикосновении к проводу с ухудшенной изоляций;
д – при прикосновении к двум проводам разных фаз с исправной изоляцией;
ч – при прикосновении к двум проводам разных фаз с ухудшенной изоляцией
Двигатель питается от трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью, сопротивление заземления нейтрали R0 = 4 Ома, ли¬нейное напряжение Vл = 380 В, сопротивление исправной изоля¬ции 0,5 МОм, сопротивление изоляции ухудшенного качества – 10 кОм. Расчетное сопротивление человека R4 = 1000 Ом.
Перечисленные в условиях задачи варианты охватывают боль-шинство случаев, которые могут привести к производственному злектротравматизму.
Решение
При случайном касании оголенного фазного зажима человек по-падает под действие фазного напряжения. Сила тока, проходящего через него, равна
Ток такой величины безопасен, если время его протекания через тело человека не более 0,2 с (такую быстроту отключения метет обеспечить автоматическая запита). При более длительном воздействии такой ток смертелен (табл.1 и 2). Самостоятель¬ное освобождение от такого тока исключено.
При замыкании двух зажимов человек попадает под линейное напряжение. Сила тока, проходящего через тело человека, состав¬ляет
ток такой величины представляет смертельную опасность.
При прикосновении к проводу с исправной изоляцией
По данным табл.1 переменный ток менее 0,6 мА не ощущается. При прикосновении к проводу с ухудшенной изоляцией
Переменный ток такой величины представляет безусловную опасность (табл.I и 2), тем более, что с течением времени сопротивле¬ние человека уменьшается и опасность смертельного поражения воз¬растает.
При прикосновении к проводам разных фаз с исправной изоля¬цией человек попадает под линейное напряжение, но последовательно с ним оказывается включенным сопротивление фазы. Сила тока, про¬ходящего через человека, в этом случае будет:
такой ток безопасен.
При прикосновении к двум проводам разных фаз с ухудшенной изоляцией сила тока, проходящего через человека, составит
величина тока значительна, руки трудно, но еще можно самостоя-тельно оторвать от электродов.
Блиц-тест:
1.На исход поражения электрическим током не влияет
A) автоматизация процесса электричества
B) сопротивление тела человека
C) продолжительность воздействия тока
D) род и частоты тока
E) индивидуальные свойства человека
2.Помещение без повышенной опасности при поражении электротоком это
A) сухие беспыльные помещения
B) Б) помещения влажностью 75%
C) помещения влажностью 100%
D) помещения с легковоспламеняющимися предметами Д) помещения с взрывчатыми смесями
3.Помещения с повышенной опасностью при поражении электротоком это
A) помещения влажностью 75%
B) помещения влажностью 100%
C) помещения с легковоспламеняющимися предметами
D) помещения с взрывчатыми смесями
E) сухие беспыльные помещения
-
Помещения особоопасные при поражении электрическим током это
A) помещения влажностью 100%
Б) помещения с легковоспламеняющимися предметами
C) помещения с взрывчатыми смесями
D) сухие беспыльные помещения
E) помещения влажностью 75% -
К основным защитным мерам по электр о безопасности не относятся
A) металлические плиты
B) Б) изоляция
C) электрозащитные средства
D) ограждающие защитные средства
E) предохранительные пояса
Литература - Долин П.А. «Справочник по технике безопасности» 5-е изд., М: Энергоизлат, 1982. 800 с.