1.2. Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью

В сетях с глухозаземленной нейтралью сопротивление между нулевой точкой силового трансформатора (генератора) и землей равно сопротивлению заземления нулевой точки (сопротивлению рабочего заземления R_o). Величина R_o колеблется в зависимости от величины напряжения сети и удельного сопротивления грунта от 2 до 80 Ом, что значительно меньше величин активной и емкостной составляющей сопротивления изоляции фазных проводов относительно земли. Поэтому можно считать, что проводимости фаз относительно земли равны нулю. Тогда ток, протекающий через тело человека, прикоснувшегося к фазному проводу, определяется с помощью выражения:

I_h = U_ф/(R_h+R₀) (3)

Как видно из уравнения (3), человек при нормальном режиме работы сети попадает под фазное напряжение независимо от величины активной и емкостной составляющей сопротивления изоляции.

В сети с глухозаземленной нейтралью при аварийном режиме напряжение, под которым оказывается человек, меньше, чем в сети с изолированной нейтралью. Это объясняется тем, что переходное сопротивление замыкания на землю r_зм соизмеримо с сопротивлением рабочего заземления нулевой точки R_o. Кроме того, величина напряжения прикосновения будет меньше при использовании повторного заземления нулевого провода. Поэтому в сетях с глухозаземленной нейтралью нулевой провод заземляется на вводах в объекты, а также (на воздушных линиях) через каждые 150...200 м линии.

2. Исследование опасности трехфазных электрических сетей с помощью лабораторного стенда

Лабораторная работа выполняется на стенде путем моделирования основных параметров исследуемых трехфазных сетей напряжением до 1000 В (с изолированной и с глухозаземленной нейтралью) и определения величины тока, протекающего через тело человека при его соприкосновении с токоведущими частями. Электрическая принципиальная схема стенда приведена на рис. 4.

Рис. 4. Электрическая принципиальная схема лабораторного стенда

для исследования опасности поражения током в трехфазных сетях

напряжением до 1000 В

Реально существующие распределенные активные и емкостные составляющие сопротивления изоляции проводов относительно земли имитируется на стенде сосредоточенными по фазам сопротивлениями (r_a, r_b, r_c) и емкостями (c_a, c_b, c_c) (резисторы с переменным сопротивлением и конденсаторы с переменной емкостью). Меняя их величину, а также соотношение между ними, можно имитировать сеть с необходимыми параметрами. Переключатели SA10, SA11_, SA12 (на 10 позиций каждый) позволяют изменять величину емкостей фазных проводов. Переключатели SA7, SA8, SA9 (на 10 позиций каждый) позволяют изменять величину активного сопротивления изоляции фазных проводов. Величины сопротивлений и емкостей, соответствующие позициям 1...10 переключателей SA7...SA12, приведены в табл. 1. Сопротивление тела человека имитируется активным сопротивлением R_h, величина которого изменяется переключателем в пределах от 500 до 1500 Ом (табл. 1).

Нулевой провод подключается к сети выключателем SA2, сопротивление нейтрали R_o и переходное сопротивление замыкания на землю r_зм – соответственно выключателями SA3 и SA4. Повторное заземление нулевого провода осуществляется выключателями SA5 и SA6.

Имитация однофазного прикосновения человека во всех случаях осуществляется с помощью кнопки SA13 (см. рис. 4). Таким образом, человек прикасается к металлическому корпусу электроустановки с поврежденной изоляцией фазы А (фаза А "пробита" на корпус). Ток, проходящий через тело человека, измеряется миллиамперметром с тремя пределами измерений (50, 100 и 200 мА). Стенд к сети присоединяется с помощью автоматического выключателя SF.

Перед, началом работы необходимо установить заданное преподавателем сопротивление R_h (табл. 1) и подключить миллиамперметр. Предел измерений необходимо установить 200 мА. Рекомендуется начинать исследование сетей с нормального режима работы, поэтому выключатель SA4 необходимо отключить. После этого включить схему под напряжение выключателем SF.

Далее исследуем сеть с изолированной нейтралью при условии, что емкости всех трех фаз равны между собой и минимальны. Минимальная емкость, которую позволяет получить стенд, составляет 0,01 мкФ. Поэтому переключатели SA10, SA11, SA12 должны быть установлены в положение 1 (табл. 1). После этого измеряем ток I_h, проходящий через тело человека, при изменяемых поочередно с помощью переключателей SA7, SA8, SA9 сопротивлениях (в позиции 10 измерение не производится). Нажимаем кнопку SA13 и наблюдаем за отклонением стрелки миллиамперметра. Если стрелка остается в начальном секторе шкалы, необходимо перейти на меньший предел измерений. Не рекомендуется, во избежание излишнего нагрева резисторов, удерживать кнопку нажатой более пяти секунд. Результаты измерений занести в табл. 2.

Следующие измерения проводят при условии, что величины активных составляющих сопротивления изоляции равны между собой и максимальны. Максимальное сопротивление, которое позволяет получить стенд, составляет 100 кОм. В этом случае переключатели SA7, SA8, SA9 должны быть установлены в положение 9 (табл. 1). Измеряем ток I_h при изменяемых поочередно с помощью переключателей SA10, SA11, SA12 емкостях (в позиции 10 измерение не производится). Результаты измерений занести в табл. 3.

Далее исследуем сеть в аварийном режиме. Для этого вновь проводим описанные выше измерения при включенном выключателе SA4. Результаты измерений занести в табл. 2 и 3.

Таблица 1

Параметры схемы сети лабораторной установки

Позиция переключателя	Rиз, кОм	Сиз, мкФ	Rh, Ом
1	1,5	0,01	500
2	3	0,02	1000
3	6,2	0,04	1500
4	7,8	0,1	–
5	19,8	0,25	–
6	40	0,5	–
7	53	1	–
8	80	2	–
9	100	5	–
0	0	0	–

Для оценки опасности поражения человека при прикосновении к металлическому корпусу электроустановки в нормальном и аварийном режимах в сети с глухозаземленной нейтралью необходимо включить SA2 (подключение нулевого провода), SA3 (заземление нулевой точки силового трансформатора) и SA14 (зануление металлического корпуса электроустановки). Так как на величину тока I_h, протекающего через тело человека, не влияют ни активная, ни емкостная составляющие сопротивления изоляции, переключатели SA7…SA12 выставляем в нулевое положение. После этого измеряют ток I_h в нормальном и аварийном режимах. Результаты измерений занести в табл. 4.

Таблица 2

Сеть с изолированной нейтралью при c_a=c_b=c_c=const

Позиция переключателя	ra = rb = rc, кОм	ca = cb =cc, мкФ	Rh, Ом	Режим сети, мА
				нормальный	аварийный
1	r = var	c = constmin	1500
2	то же	то же	1500
3	“	“	1500
4	“	“	1500
5	“	“	1500
6	“	“	1500
7	“	“	1500
8	“	“	1500
9	“	“	1500
0	“	“	1500

Таблица 3

Сеть с изолированной нейтралью при r_a=r_b=r_c=const

Позиция переключателя	ra = rb = rc, кОм	ca = cb =cc, мкФ	Rh, Ом	Режим сети, мА
				нормальный	аварийный
1	r = constmax	c = var	1500
2	то же	то же	1500
3	“	“	1500
4	“	“	1500
5	“	“	1500
6	“	“	1500
7	“	“	1500
8	“	“	1500
9	“	“	1500
0	“	“	1500

Включить SA5 (имитация повторного заземления нулевого провода на вводе в объект) и повторяем процесс измерений в нормальном и аварийном режимах.

Включить SA6 (имитация повторного заземления нулевого провода на воздушной линии) и так же повторить процесс измерений.

Включить SA15 (имитация диэлектрического коврика, на котором стоит человек) и повторить процесс измерений.

Таблица 4

Сеть с глухозаземленной нейтралью

Вид защиты	Нормальный режим сети, мА	Аварийный режим сети, мА	Rh, Ом
Зануление			1500
Зануление + + повторное заземление нулевого провода на вводе в объект			1500
Зануление + + повторное заземление нулевого провода на вводе в объект + повторное заземление нулевого провода на воздушной линии			1500
Зануление + повторные заземления + + диэлектрический коврик			1500