Санкт-Петербургский

Государственный электротехнический университет

Подготовка

к лабораторной работе №2

«Исследование условий электробезопасности в трёхфазных четырехпроводных сетях с заземленной нейтралью»

Выполнили:

студенты гр. 3311

Бутусов Д.Н.

Дмитриев А.С.

Тихонов П.И.

Санкт-Петербург,

2006

Цель работы: изучить способы защиты от поражения током.

Общие сведения. Трехфазные четырехпроводные сети с заземленной нейтралью — наиболее часто применяемый в на­родном хозяйстве вид электрических сетей. Такие сети име­ют большое экономическое преимущество: наряду с трехфаз­ными приемниками напряжением 380 В (станки, насосы, вен­тиляторы и пр. силовое оборудование) от них могут получать питание без применения трансформаторов и однофазные при­емники напряжением 220 В (сети освещения, переносные потребители и т. п.). С точки зрения электробезопасности дан­ная сеть является не лучшей, так как в ней может создавать­ся целый ряд опасных ситуаций. Именно в таких сетях воз­никает большинство электротравм.

К наиболее опасным относится режим однофазного при­косновения, когда человек касается какой-либо токоведущсй части (нарушает правила техники безопасности) или корпуса приемника электроэнергии, не зная о том, что в нем есть не­исправность типа замыкания фазы на корпус (здесь он пра­вил техники безопасности не нарушает). Такой режим показан на рис. 1, где через а, b, с, 0 обозначены фазные провода и нулевой провод сети, R₀ — сопротивление заземления ней­трали 0 источника электроэнергии, r_а, r_b, r_с — сопротивления изоляции фаз, R_h = l кОм — сопротивление тела человека, O₁—точка с потенциалом земли. В сетях напряжением 380/220 В согласно действующим нормам R<4 Ом, т. е. всегда сопротивление R₀ существенно меньше сопротивлений изоляции фаз. Поэтому в этих сетях токами утечки через изо­ляцию можно пренебречь, полагая, что в основном контур тока I_h проходящего через тело человека, замыкается через сопротивление R₀. Тогда в этом контуре напряжение, прило­женное к телу человека (напряжение прикосновения) будет так как R_h>>R₀, т. е. в сетях с глухим заземлением нейтрали сопротивление изоляции не ограничивает величину напряже­ния прикосновения. Ток через тело человека в режиме одно­фазного прикосновения всегда будет опасным для жизни:

Если в сети есть неисправности изоляции типа замыканий на землю, то опасность режима однофазного прикосновения возрастает. В качестве примера на рис. 2 приведена векторная диаграмма напряжений для случая прикосновения чело­века к фазе а при замыкании фазы с на землю через сопро­тивление R_зам. Здесь напряжение смещения нейтрали опреде­ляется выражением и соответственно напряжение прикосновения будет т. е. опасность режима возрастает по сравнению с (1).

Защитное заземление корпусов приемников электроэнер­гии, выполненное с соблюдением требований к заземляющему устройству (R_э<4 Ом), из-за влияния цепи заземления нейтрали R₀ в этих сетях оказывается неэффективным (рис.3):

т. е. всегда напряжение прикосновения к корпусу неисправ­ного приемника будет больше допустимого; при этом опас­ные потенциалы относительно земли появляются и на нулевом проводе. Опасность режима существенно повышается, когда в качестве заземлителей используют батареи отопления, водо-

проводные трубы или другие металлические конструкции, слу­чайным образом связанные с землей (R₃>100 Ом).

Действенной мерой защиты от поражения током в режиме замыкания фазы на корпус является зануление — электриче­ская связь корпуса с нулевым проводом. При занулении за­мыкание фазы на корпус приводит к однофазному короткому замыканию. Ток короткого замыкания I_к. ₃, протекающий по петле «фаза—нуль», должен вызывать срабатывание макси­мальной защиты и отключение поврежденного приемника. В случае неправильного выполнения зануления могут воз­никнуть различные опасные для жизни людей ситуации, изу­чаемые в настоящей лабораторной работе.

Начальные условия:

U_c=22,5 U_b=23 U_a=23

R_зам1=50 (Ом) R_зам2=100 (Ом)

R_з1=4 (Ом) R_з2=100 (Ом)

Общий вид схемы Начальная установка схемы

Оценка напряжений при однофазном прикосновении

Ra	Rb	Rc	Rзам	Rз	Uа-з	Uб-з	Uc-з	U0	Uk2	Uk3
5	5	5	-	-	22,0	23,3	23,0	0,5	-	22,0
150	150	150	-	-	22,1	23,3	23,0	0,5	-	22,0

Начальная установка схема Схема измерений при замкнутой фазе

5 кОм 150 кОм

При изменении сопротивления изоляции проводов напряжения прикосновения к фазе не меняется.

Ra	Rb	Rc	Rзам	Rз	Uа-з	Uб-з	Uc-з	U0	Uk2	Uk3
150	150	150	50	-	29,8	30,1	11,9	9,2	9,1	9,9
150	150	150	100	-	23,0	24,2	21,0	0,9	0,9	23,0

50 Ом 100 Ом

При замыкании фазы с на землю происходит перекос фаз, а отсюда и увеличения напряжения на человеке при увеличении сопротивления перекос сводится к минимуму, и соответственно увеличится напряжение на человеке.

Оценка опасности заземления корпусов электроприемников.

Ra	Rb	Rc	Rзам	Rз	Uа-з	Uб-з	Uc-з	U0	Uk2	Uk3
150	150	150	-	4	9,2	31,8	31,8	12,0	11,9	9,2
150	150	150	-	100	19,6	24,5	24,3	2,0	2,0	19,5

Схема измерений при замкнутой фазе

R_з=4 Ом R_з=100

При заземлении установки происходит деление напряжения между R₀ и R_з при этом напряжение прикосновения было равным половине фазного. При увеличении сопротивления заземления человек оказывается под линейным напряжением фазы, что является опасным для человека.

Изучение принципа действия зануления.

Ra	Rb	Rc	Rзам	Rз	Uа-з	Uб-з	Uc-з	U0	Uk2	Uk3
150	150	150	-	-	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0

Схема измерений

При замыкании переключателя S4 возникает короткое замыкание, так как показано на рисунке. Соответственно срабатывает система защиты F, и мы наблюдаем отключение стенда.

Вынос потенциала при неисправном или неправильно выполненном занулении.

Неисправность 1

Ra	Rb	Rc	Rзам	Rз	Uа-з	Uб-з	Uc-з	U0	Uk2	Uk3
150	150	150	-	-	-	-	-	17,5	17,5	19,9

Схема измерений

Мы убедились, что при увеличении сопротивления проводника R система защиты не срабатывает, а отсюда следует, что присутствую опасные напряжения на корпусах электроприемниках, и напряжение прикосновения немного меньше чем напряжения фазы, что является опасным для человека.

Неисправность 2

Ra	Rb	Rc	Rзам	Rз	Uа-з	Uб-з	Uc-з	U0	Uk2	Uk3
150	150	150	-	-	-	-	-	17,8	24,8	19,8
150	150	150	-	-	-	-	-	12,0	12,0	23,2