Р ОСЖЕЛДОР

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗАВАНИЯ СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (ФГБОУВПО СГУПС)

КАФЕДРА

«БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ»

АВТОР: профессор. В.Д БАЛАНЧУК

:

РУКОВОДСТВО К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

«ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ В ТРЕХФАЗНЫХ СЕТЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

С ЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ»

БЖД-01

НОВОСИБИРСК 2013

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ БЖД-01

ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ В ТРЕХФАЗНЫХ СЕТЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

С ЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

Цель работы: Изучение влияния режима нейтрали, параметров сети и сопротивления тела человека на исход поражения электрическим током.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Нейтраль (нулевая точка) является центром симметрии сети трехфазного тока. В трансформаторах, а также на генераторах, электродвигателях или иных устройствах предусматривается нулевой вывод. В симметричных системах токов и напряжений этот вывод имеет практически потенциал земли и при этом не имеет значения, соединена ли нейтраль с землей и если да, то каким образом это выполнено.

Трехфазные электрические сети в зависимости от их режима нейтрали разделяются на сети с изолированной и заземленной нейтралью. Электрической сетью с заземленной нейтралью считается такая сеть, в которой хотя бы одна из нейтралей генераторов или силовых трансформаторов заземлена непосредственно или через устройство с малым сопротивлением по сравнению с сопротивлением нулевой последовательности сети.

Под исследованием опасности поражения электрическим током будем понимать определение возможных значений напряжений прикосновения и токов через тело человека в сети с нормальным состоянием изоляции, а также при повреждении изоляции (при замыкании одной из фаз на землю).

Определим напряжение прикосновения. Для сети с заземленной нейтралью (рисунок 1) согласно закону Кирхгофа можно записать

I _O = I_L1 + I_L2 + I_L3 + I_h , (1)

или

Рисунок 1 - Сеть с заземленной нейтралью

Считая напряжение фазы симметричным, запишем:

,

где а – поворотный множитель.

Тогда

. (2)

Так как

, (3)

то подставив в уравнение (3) выражение (2), получим

. (4)

Проводимость нейтрали значительно больше проводимостей фазных проводов, потому уравнение (4) в результате преобразований можно представить в следующем виде:

, (5)

Или, переходя к действительной форме,

. (6)

В сети напряжением до 1000 В Ом, а поскольку Ом, то можно считать, что максимальное значение напряжения прикосновения равно фазному напряжению.

Можно сделать вывод, что в сети с заземлённой нейтралью в нормальном режиме при прикосновении одной из фаз напряжение прикосновения близко к фазному ( значительно больше ), а ток через тело человека определяется его собственным сопротивлением.

В аварийном режиме, например, когда фаза L3 замкнута на землю, напряжение прикосновения определится по формуле

(7)

Рисунок 2 - Векторная диаграмма напряжений для аварийного режима работы

сети с заземленной нейтралью

Из рисунка 2 видно, что величина U_пр в случае замыкания одной из фаз на землю зависит от соотношения R_зaм и R₀ и лежит в диапазоне: U_ф < U_пр < Г_л. Таким образом, в аварийном режиме напряжение прикосновения несколько увеличивается, причем это увеличение определяется сопротивлением замыкания поврежденной фазы.

Описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд (рисунок 3, далее стенд) представляет собой модель трехфазной электрической сети, выполненную на низком, безопасном для учащихся напряжении. В качестве источника используется генератор трехфазного напряжения. Стенд может быть использован в лабораторном практикуме различных специальностей для проведения лабораторных работ по курсу «Безопасность жизнедеятельности». Под исследованием опасности поражения электрическим током будем понимать определение возможных значений напряжений прикосновения и токов, протекающих через тело человека в сети с нормальным состоянием изоляции, а также при повреждении изоляции (при замыкании одной из фаз на землю).

Для изучения эффективности средств защиты от поражения электрическим током имитируются различные покрытия пола и различные типы обуви. Стенд оснащен встроенными приборами для измерения тока, протекающего через человека, и напряжения в контрольных точках.

Приборы измеряют эффективное значение, и градуированы с учетом коэффициента масштабирования (приборы показывают значения, которые возникнут в сети с напряжением 220/380 вольт). Ток и напряжения должны измеряться только приборами, встроенными в стенд. Для измерения напряжения в любой из точек необходимо подключить ее к входному гнезду вольтметра.

1 – выключатель с подсветкой «Сеть» (замыкание/размыкание переключателя SA₁) для включения/выключения стенда; 2 – светодиодные индикаторы наличия напряжения в линиях L_I, L₂, L₃ трехфазной сети; 3 – гнезда «1», «2», «3» для измерения напряжения в линиях L_I, L₂, L₃ трехфазной сети; 4 – переключатель активного сопротивления изоляции фаз сети относительно земли R_L1 = R_L2 = R_L3 (KОм); 5 – переключатель ёмкости фаз сети относительно земли «С_L1 = С_L2 = C_L3, (мкФ); 6 – гнездо «4» для измерения напряжения, приложенного к человеку, и напряжения на человеке относительно земли при его прикосновении к фазному проводу; 7 – кнопка с подсветкой «АВАРИЯ» замыкания одной из фаз на землю (замыкание переключателя SA₂); 8 – переключатель сопротивления замыкания одной из фаз на землю при аварии « R_3АM (Ом)»; 9 – переключатель сопротивления обуви человека « R_об (кОм)»; 10 – переключатель сопротивления пола «R_пола (кОм)»; 11 – гнезда подключения входов вольтметра; 12 – индикатор тока протекающего через тело человека и напряжения между контрольными точками, подключенными к вольтметру; 13 – гнездо «Земля»; 14 – гнездо «5» для измерения напряжения, приложенного к человеку, прикоснувшемуся к фазному проводу.

Рисунок 3 – Внешний вид и органы управления стендом

(заземленная нейтраль)

Стенд позволяет изменять сопротивление изоляции фаз и емкость фаз относительно земли, значение сопротивления пола, сопротивления обуви человека прикасающегося к фазному проводу. Изменяется также и величина сопротивления замыкания одной из фаз на землю при аварии. Установка необходимых значений сопротивлений и емкости производится с помощью соответствующих переключателей. Включение стенда производится выключателем «СЕТЬ». Во включенном состоянии выключатель подсвечивается.

Замыкание одной из фаз на землю производится нажатием кнопки «АВАРИЯ». В нажатом состоянии кнопка подсвечивается. Для выключения замыкания кнопку необходимо нажать повторно.