
Лаба 2 / БЖД_Лабораторная_работа_№2
.pdf
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 |
5к |
5к |
5к |
- |
- |
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