Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лаба 2 / БЖД_Лабораторная_работа_№2

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
26.06.2025
Размер:
673.71 Кб
Скачать

МИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра БЖД

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №2 по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»

ТЕМА: «Исследование условий электробезопасности в трёхфазных сетях с заземлённой нейтралью»

Студенты гр. 0421

 

Токарев А.А.

 

 

 

Терентьева А.С.

Трофимова А.В.

Преподаватель

 

Павлов В.Н.

 

 

 

Санкт-Петербург

2024

Цели работы:

исследование режимов однофазного прикосновения человека;

изучение принципа действия зануления;

ознакомление с опасностями непрямого прикосновения при использовании защитного заземления и зануления.

Основные теоретические сведения

Согласно существующим правилам электроустановки напряжением до 1000 В жилых,

общественных и промышленных зданий, а также наружные установки, должны получать питание от источника (генератора или трансформатора), как правило, с глухозаземлённой нейтралью. Общий вид таких сетей для анализа приведён на рисунке 1.

Рисунок 1 – Электрическая схема сети для анализа безопасности с контурами возможных токов

Системы, состоящие из сети и электроприемников, условно могут быть обозначены как

TN-C, TN-S и TN-C-S. Первая буква означает отношение нейтрали к земле: нейтраль источника соединена с землёй (Т – terra), то есть выполнено рабочее заземление, а вторая буква – отношение корпуса электроприёмника к нейтрали: по существующим правилам электробезопасности он должен быть соединён с нейтралью (N – neutro). Обозначение N-C

означает, что нейтральный и защитный провод являются общими; N-S – нейтральный и защитный провода отделены друг от друга (C – commune, S – separate); N-C-S – защитный провод на каком-то участке сети отделен от общего. Применение защитного заземления

в такой системе запрещено!

Трёхфазные четрёхпроводные сети с заземлённой нейтралью имеют большое экономическое преимущество: наряду с трёхфазными приемниками сети 380 В (станки,

насосы, вентиляторы и другое силовое оборудование) от них могут получить питание без применения трансформаторов и однофазные приемники напряжением 220 В (сети

2

освещения, переносные потребители и т.п.). По условиям электробезопасности данная сеть является не лучше, поскольку в ней может создаваться целый ряд опасных ситуаций.

Прямое однофазное прикосновение в такой системе очень опасно. Напряжение прикосновения определяется в основном значением фазного напряжения Uф из-за малого сопротивления рабочего заземления нейтрали R0 (нормируемое значение R0 ≤ 4 Ом для 220

В) и практически не зависит от сопротивлений и емкостей фаз относительно земли:

= ф 0 + ф.

При замыкании в такой сети какой-либо фазы на землю, например фазы С, напряжение прикосновения становится больше фазного, но может быть скорее всего ближе к фазному,

чем к линейному:

 

(1 − ) замС + 0

> .

 

 

ф

 

ф

 

 

замС + 0

Здесь = 120 = − 12 + 23 – оператор поворота (единичный вектор); = √−1; g0 = 1/R0, gзам = 1/Rзам, См (См = 1/Ом) – соответственно, активные проводимости относительно земли рабочего заземления и замыкания.

Прикосновение к корпусу электрооборудования, даже исправного, не всегда оказывается безопасным. Часто люди удивляются и не могут понять, почему при прикосновении к корпусу системного блока, утюга или к ручке холодильника бьёт электрическим током, хотя электрооборудование исправно, и кроме этого они сделали дополнительную защиту – заземлили или занулили корпус, как этого требуют правила устройства электроустановок (ПУЭ).

Как упоминалось, защитное заземление без зануления корпуса запрещено, однако что делать, если в инструкции на зарубежное оборудование данная позиция записана как обязательное условие безопасности. При выполнении защитного заземления с соблюдением требований к заземляющему устройству (Rзаз = 4 Ом) напряжение м.б.

уменьшено максимум в 2 раза, а если заземлить корпус на элементы, случайным образом связанные с землей (Rзаз =100 Ом), то напряжение прикосновения практически не будет отличаться от фазного напряжения:

заз

= ф 0 + заз = (0,5 − 0,96) ф.

Опасность использования защитного заземления в электроприёмнике не ограничивается тем, где оно применено. Гораздо более опасным оказывается прикосновение к правильно зануленным корпусам исправных электроприемников. При

3

фазном напряжении 220 В на них появится напряжение, которое определяется падением напряжения на рабочем заземлении R0:

000 = ф 0 + заз = (0,04 − 0,5) ф.

Одной из мер защиты от поражения током в режиме замыкания фазы на корпус является зануление – преднамеренное электрическое соединение корпуса с нулевым проводом. При пробое изоляции на корпус приемника по петле «фаза – ноль» протекает ток короткого замыкания, который должен вызвать срабатывание максимальной токовой защиты (автоматического выключателя или предохранителя) и отключение поврежденного электроприемника. При использовании системы TN-C могут возникнуть и другие опасные для жизни людей ситуации, которые изучаются в лабораторной работе.

Лабораторный стенд, внешний вид которого представлен на рисунке 2, имитирует трехфазную сеть, работающую в режиме с глухозаземленной нейтралью.

Резисторы RA, RB, RC (5 или 150 кОм) имитируют сопротивления изоляции фаз относительно земли и устанавливаются переключателями S13, S14 и S15, а резистор Rзам

(сопротивление замыкания фазы С на землю 50 или 100 Ом) устанавливается переключателем S12; резистор Rповт (сопротивление повторного заземления нулевого провода 10 Ом) устанавливается переключателем S12. В сети имеется осветительная нагрузка Н, подключаемая к фазе с выключателем S10. Корпуса приемников электроэнергии К1 и К2 занулены; корпус К3 может быть только заземлен через Rзаз (4

или 100 Ом) с помощью выключателя S8. Режим однофазного прикосновения человека имитируется подключением переключателем S6 сопротивления Rh к фазе А или к корпусу К3; режим замыкания фазы А на корпус К3 устанавливается переключателем S7.

Вольтметр V, снабженный переключателем S3, служит для измерения напряжений фаз сети и корпусов приемников относительно земли, а также напряжения смещения нейтрали.

4

Рисунок 2 – Внешний вид стенда

5

1. Анализ условий опасности прямого прикосновения в системе TN

Таблица 1 – Анализ условий опасности прямого прикосновения в системе TN

 

Значение сопротивлений, Ом

Напряжение фаз и корпусов относительно

 

 

 

земли, В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

,

 

 

 

 

зам

заз

01

01

01

1

0

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

-

-

25

26

22

0

0

25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

150к

150к

150к

-

-

25

26

22,5

0

0

25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

150к

150к

150к

50

-

32

33

11,5

9

9

32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

150к

150к

150к

100

-

25

26

22,5

0,5

0,5

26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1 Прямое прикосновение к фазе А

Схема прямого прикосновения к фазе А представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Схема замещения прямого прикосновения человека к фазе А По формуле делителя напряжения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

h = фА

 

 

 

 

 

 

h

 

 

= фА

 

 

 

 

 

 

h

=

 

 

 

 

 

 

 

 

∙ + ∙ + ∙

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

+

 

 

 

h

0

 

A 0 h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= фА

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∙ + ∙ + ∙

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

0

 

A

0

h

 

 

Рассчитаем напряжение прикосновения при RA = 5000 Ом:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5000 ∙ 1000

 

 

h = фА

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

= 220 ∙

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 218,9[В]

 

+

+

 

5000 ∙ 1000 + 4 ∙ 5000 + 4 ∙ 1000

 

 

h

0

 

 

A

 

 

0

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассчитаем напряжение прикосновения при RA = 150 кОм:

6

 

 

 

 

 

 

 

150000 ∙ 1000

h = фА

 

 

 

h

 

 

= 220 ∙

 

=

 

+

+

150000 ∙ 1000 + 4 ∙ 150000 + 4 ∙ 1000

 

 

h

0

A

0

h

 

 

= 219,1[В]

Построим векторную диаграммы напряжений для измерения 1. Векторная диаграмма представлена на рисунке 4. Для измерения 2 векторная диаграмма будет идентична.

Рисунок 4 – Векторная диаграмма для измерения 1

Как видно из расчетов, напряжение прикосновения будет равно напряжению фазы А и почти не будет зависеть от сопротивления изоляции фаз.

1.2 Прямое прикосновение при замыкании фазы С на землю

Схема прямого прикосновения при замыкании фазы С на землю представлена на рисунке

5.

Рисунок 5 – Схема замещения при замыкании фазы С на землю

7

 

= ∙

 

 

+ ∙

 

0

 

 

 

 

 

 

0

+

 

0

+ зам

 

 

 

Т.к. Rзам << RC, то весь ток пройдет через Rзам. Рассчитаем напряжение прикосновения при

Rзам = 50 Ом:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

+

 

0

= 220 ∙

1000

 

+ 220 ∙

4

 

= 235,4 [В]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 +

 

 

 

 

0 + зам

 

 

4 + 1000

 

 

4 + 50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассчитаем напряжение прикосновения при Rзам = 100 Ом:

 

 

 

 

 

=

 

 

 

+

 

 

0

= 220 ∙

 

1000

+ 220 ∙

 

4

 

= 227,6 [В]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 +

 

 

 

0 + зам

 

4 + 1000

 

 

4 + 100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Построим векторную диаграммы напряжений для измерения 3. Векторная диаграмма представлена на рисунке 6. Для измерения 4 векторная диаграмма будет идентична,

отличаться будет только длина вектора U0.

Рисунок 6 – Векторная диаграмма для измерения 3

Как видно из расчетов, напряжение прикосновения при замыкании фазы С на землю будет больше фазного, но меньше линейного. Величина напряжения будет зависеть от сопротивления замыкания. Чем больше сопротивление замыкания, тем больше падение напряжения на нем, и тем меньше напряжение прикосновения.

8

2. Оценка опасности заземления корпусов при непрямом прикосновении

Таблица 2 – Оценка опасности заземления корпусов при непрямом прикосновении

 

Значение сопротивлений, Ом

Напряжение фаз и корпусов относительно

 

 

 

земли, В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

,

 

 

 

 

зам

заз

01

01

01

1

0

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

150к

150к

150к

4

-

11

36

34

13,5

13,5

10,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

150к

150к

150к

100

-

22

28

24

2

2

22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема заземления корпусов при непрямом прикосновении представлена на рисунке 7

Рисунок 7 – Схема замещения для заземления корпусов при непрямом прикосновении По формуле делителя напряжения:

 

 

 

 

 

 

 

 

зам

 

 

 

 

 

 

 

 

зам

 

 

h = фА

 

 

 

+ зам

 

 

= фА

 

 

 

 

 

+ зам

 

 

=

 

 

 

 

+

+ ∙ + ∙

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зам

 

 

 

 

 

зам

 

0 0 зам

 

 

 

 

 

 

 

 

+ зам

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ зам

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= фА

 

 

 

 

зам

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ ∙ + ∙

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зам

 

0

 

 

0 зам

 

 

Рассчитаем напряжение прикосновения при Rзам = 4 Ом:

 

 

h = фА

 

 

 

 

 

зам

 

 

 

 

 

= 220 ∙

 

 

 

 

1000 ∙ 4

= 109,8[В]

+

+ ∙

1000 ∙ 4 + 4 ∙ 1000 + 4 ∙ 4

 

 

зам

 

 

 

0

 

 

 

0

 

зам

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассчитаем напряжение прикосновения при Rзам = 100 Ом:

 

 

h = фА

 

 

 

 

 

зам

 

 

= 220 ∙

 

 

 

 

1000 ∙ 100

 

=

 

 

 

 

+ ∙

 

+

 

 

1000 ∙ 100 + 4 ∙ 1000 + 4 ∙ 100

 

 

 

зам

 

 

0

 

0

зам

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 210,7[В]

Построим векторную диаграмму напряжений для измерения 7. Векторная диаграмма представлена на рисунке 8. Для измерения 8 векторная диаграмма будет идентична,

отличаться будет только длина вектора U0.

9

Рисунок 8 – Векторная диаграмма для измерения 7

Как видно из расчетов, напряжение прикосновения при непрямом прикосновении к заземленному корпусу зависит от сопротивления заземления. Чем меньше сопротивление заземления, тем меньше напряжение прикосновения.

3. Изучение принципа действия зануления

Таблица 3 – Изучение принципа действия зануления

 

Значение сопротивлений, Ом

Напряжение фаз и корпусов относительно

 

 

 

земли, В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

,

 

 

 

 

зам

заз

01

01

01

1

0

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

150к

150к

150к

-

100

0

0

0

0

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема зануления представлена на рисунке 9

Рисунок 9 – Схема замещения для зануления

10

Соседние файлы в папке Лаба 2