Сгруппированные практические задачи с сайта и не только (сборка на момент 20.03.2020) / Электробезопасность / нашалаба1

Защитное заземление в сетях с изолированной нейтралью обеспечивает условия электробезопасности при прикоснове­нии человека к корпусу приемника электроэнергии, оказав­шемуся под напряжением в результате повреждения изоля­ции одной из фаз. Напряжение прикосновения (а следовательно и ток ) при этом снижается до безопасного значения вследствие перераспределения напряжений между фазами сети и землей: за счет малого значения сопротивления защит­ного заземления эквивалентное сопротивление поврежденной фазы относительно земли существенно уменьшается, соответ­ственно уменьшается напряжение между этой фазой и зем­лей (напряжение прикосновения) и увеличиваются до линей­ного напряжения на сопротивлениях изоляции здоровых фаз. В этом режиме напряжение прикосновения определяется формулой

где — сопротивление защитного заземления.

Экспериментальная установка:

IT

.

Этот стенд имитирует трёхфазную сеть, работающую в режиме с изолированной или компенсированной нейтралью.

Переменные резисторы Ra, Rb, Rc и конденсаторы Са, Cb, Cc имитируют сопротивления изоляции и емкости фаз сети относительно земли; их значения 2, 10, 50, 250, 500 кОм, ∞ и 0; 0,1; 0,3; 0,5; 1,0; 10 мкФ устанавливаются переключателями S8-S13. Выключателем S7 устанавливается режим замыкания фазы b на землю через сопротивление Rзам = 100 Ом. Однофазное прикосновение человека имитируется подключением резистора R_h = 1 кОм к фазе а сети или корпусу приемника электроэнергии (переключатель S4); выключателем S5 выполняется замыкание фазы а на корпус электроприемника. Последний может быть заземлен через сопротивление Rз, значения которого 0,1; 1 или 100 Ом устанавливается переключателем S6. С помощью вольтметра и переключателя S3 можно измерить напряжение смещения нейтрали U₀, напряжения фаз сети относительно земли U_ф-з и напряжения U_пр.

_{Обработка результатов:}

1)Исследование зависимостей условий электробезопасности от состояния изоляции и величины ёмкости от состояния изоляции и величины ёмкости фаз сети относительно земли

Условия безопасности рассматриваются в двух случаях – при исправной изоляции фаз сети (когда ) и при наличии в ней неисправностей типа замыканий на землю.

Схема: “Прикосновение человека к ТВЧ”

Зависимость напряжения прикосновения Uпр от сопротивления фаз rф

В результате сравнения значений напряжения прикосновения расчётного с экспериментальными данными, можно прийти к выводу, что U_{пр расч} при C_ф=0,3мкФ несущественно отличается от U_пр экспериментального.

Напряжение прикосновения рассчитывалось по след формуле:

Где - фазное напряжение источника электроэнергии; - активные проводимости изоляции фаз; , .

2) Изучение принципа действия защитного заземления

Схема: “Прикосновение человека к заземлённому корпусу”

№ опыта	Параметры сети				Результаты измерений						Результаты расчёта
	Сф,мкФ	ra,кОм	rb,кОм	rc,кОм	U0,В	Ua-з,В	Ub-з,В	Uc-з,В	Uпр,В	Uпр.расч.,В
II. Защит режим 1) Rз=0;0,1; 10;100 Ом	10	50	50	50	10	10,5	35	21	20	0,00
					24	0	42	42	0,5	0,01
					23,5	1	42	42	1	1,03
					27,5	5,5	44	41	40	7,54
2) Rз=0;0,1; 10;100 Ом	0,5	2	2	2	21	39	2,5	40	37	0,00
					16	5,5	35	39	5,5	0,00
					13	13	28	37	13	0,17
					15	31	10,5	37,5	31	1,73

Напряжение прикосновения рассчитывалось по след формуле:

Устанавливаем режим прикосновения человека к корпусу электроприёмника и замыкаем фазу a на корпус.

1). Устанавливаем

Измеряем напряжения U_0, U_a-з, U_b-з, U_c-з, U_пр при трёх различных значениях защитного

сопротивления R_з.

0

0

U_a

U_a

U_c

U_c

U_b

U_b

С = 10 мкФ

С = 0,5 мкФ

3)Ознакомление с принципом компенсации ёмкостных токов утечки

Схема: “Случай полной компенсации”

№ опыта	Параметры сети					Результаты измерений						Результаты расчёта
	Сф,мкФ	ra,кОм	rb,кОм	rc,кОм	U0,В		Ua-з,В	Ub-з,В	Uc-з,В	Uпр,В	Uпр.расч.,В
4)	1	50	50	50						21	9,92
										7	9,92
										2	9,92

1). Устанавливаем режим однофазного прикосновения к сети с изолированной нейтралью.

2). Измеряем напряжение прикосновения U_пр при и произвольном равном значении сопротивлений изоляции фаз ().

3). Включаем реактор L с регулируемой индуктивностью. Измеряем напряжение U_пр при трёх значениях индуктивности реактора.

Таблица №5: Результаты измерений

L	Uпр, В
1	21
2	7
3	2

Рассчитаем значение L при полной компенсации и сопоставим его с полученным результатом:

, но в режиме полной компенсации , и следовательно , откуда:

что вполне соответствует экспериментальным данным (при U_пр=0 В L=3 Гн)

Заключение:

1)Исследование зависимостей условий электробезопасности от состояния изоляции и величины ёмкости от состояния изоляции и величины ёмкости фаз сети относительно земли

При сопоставлении графиков выделим закономерность протекающих процессов: при увеличении ёмкостей фаз C_ф напряжение прикосновения становится больше с каждым разом.

2) Изучение принципа действия защитного заземления

Из полученных результатов эксперимента видно, что в случае прикосновения человека корпусу он оказывается под напряжением прикосновения значительно меньше фазного. Хотя при увеличении сопротивления защитного заземления (от 0,1 кОм до 100 кОм) напряжение прикосновения возрастает (от 0,5 В до 11 В). И это не странно: например бесконечное увеличение сопротивления защитного заземления уже будет эквивалентно полному его отсутствию. Следовательно, не стоит его делать слишком большим.

3)Ознакомление с принципом компенсации ёмкостных токов утечки

Компенсация емкостных токов путем заземления нейтрали через катушку индуктивности позволяет уменьшить ток Ih в сетях с большой емкостью. По отношению к сопротивлению Rh контур “катушка индуктивности L – емкости фаз относительно земли” должен находиться в режиме резонанса токов. Таким образом, в зависимости от величины емкости и состояния электрической изоляции фаз напряжение прикосновения может изменяться от безопасного значения ( около 0 ) до равного линейному напряжению.