При однофазном включении (при прикосновении к одной из фаз) (рис.3) в сеть с изоли-

рованной нейтралью создается цепь тока через тело человека и изоляцию проводов

двух других фаз. В этом случае ток через человека определяется по выражению

A

Рис.3. Прикосновение к трехфазной сети с изолированной нейтралью

где R = RA = RB = RC - сопротивление изоляции фаз относительно земли.

Таким образом, при прикосновении к одной из фаз трехфазной сети с изолированной нейтралью человек находится под защитой изоляции R других фаз относительно земли.

В случае прикосновения к одной из фаз при наличии замыкания на землю любой другой фазы ток, протекающий через человека, равен

где Uл - линейное напряжение.

Таким образом, изоляция фаз теряет свое защитное свойство, и человек оказывается под линейным напряжением.

Однополюсное прикосновение к трехфазной сети с большой емкостью

При обслуживании трехфазной сети с изолированной нейтралью опасным является однофазное прикосновение даже при наличии очень большого сопротивления изоляции, но при значительной емкости фаз относительно земли. Величина емкости зависит главным образом от конструкции сети (кабельная или воздушная) и ее протяженности.

Если допустить, что равномерно распределенные емкости фаз относительно земли сосредоточены в одном месте и равны между собой (СA = СB = СC = С), а сопротивление изоляции R равно бесконечности, то при однополюсном прикосновении ток, проходящий через тело человека, определяется по выражению

где ω = 2πf - угловая частота переменного тока; f - частота переменного тока (50 Гц); С - емкость фазы относительно земли.

Если учесть сопротивление изоляции проводов, то при RА = RВ = = RС = R величина тока через тело человека определяется по выражению

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

В электрических сетях с большой емкостью этот ток может оказаться опасным для жизни. Поэтому к сетям с изолированной нейтралью, обладающим большой емкостью, необходимо предъявлять повышенные требования к защите персонала при их обслуживании.

Выбор режима нейтрали

Анализ случаев прикосновения к трехфазным сетям показывает, что степень опасности прикосновения к одной фазе сети напряжением до 1000 В во многом определяется режимом нейтрали.

При равенстве сопротивлений изоляции всех фаз ток, проходящий через тело человека, в сети с изолированной нейтралью всегда меньше, чем в сети с заземленной нейтралью. В общем случае, когда сопротивления изоляции всех фаз не равны между собой, напряжение, под которое попадает человек в сети с изолированной нейтралью, зависит от соотношения результирующего сопротивления тела человека и изоляции фазы, которой он касается, а также от сопротивления двух других фаз. При этом ток, протекающий через тело человека, может оказаться больше, чем в сети с заземленной нейтралью, где сопротивление изоляции совершенно не имеет защитного значения.

Впредельном случае, когда человек касается фазы при одновременном замыкании ка- кой-либо другой фазы на землю, протекающий через него ток в сети с изолированной нейтралью больше в 1,75 раз, чем в сети с заземленной нейтралью, если пренебречь переходным сопротивлением в точке замыкания на землю.

Исходя из этих соображений, решается вопрос о режиме нейтрали в трехфазной сети с напряжением до 1000 В. На предприятиях, где осуществляется постоянный контроль за электрооборудованием и обеспечены высокий уровень сопротивления изоляции и немедленное устранение возможных замыканий на землю, целесообразно иметь трехфазную сеть с изолированной нейтралью.

Втех случаях, когда возможны понижения сопротивлений изоляции отдельных фаз или частые замыкания на землю и отсутствует постоянный контроль за сопротивлением изоляции, целесообразно иметь трехфазную сеть с заземленной нейтралью.

Лабораторный стенд подключается к реальной четырехпроводной сети трехфазного тока и включается автоматом S2 при переводе переключателя в положение 1. При этом загораются индикаторы желтого, зеленого и красного цветов, расположенные рядом с фазными проводами А, В, С соответственно. Значения активных сопротивлений RA, RB, RC,

RPEN (переключатели S4, S6, S8, S10) и емкостей CA, CB, CC, CPEN (переключатели S5, S7, S9, S11) фазных проводов А, В, С и нулевого (PEN) провода относительно земли могут

изменяться в зависимости от лабораторного задания.

Переключатель S3 предназначен для подключения к стенду PEN-провода. Переключатель S1 служит для изменения режима нейтрали исследуемой сети: левое

положение - изолированная нейтраль, правое - заземленная нейтраль. Значение сопротивления заземления нейтрали, установленное на стенде, равно 4 Ом.

Переключатели S12, S14 предназначены для моделирования аварийных режимов работы исследуемой сети. Положение “0” переключателя S12 соответствует нормальному режиму работы сети. Положения “А”, “В”, “С” переключателя S12 соответствуют замыканию фазных проводов А, В, С на землю, при этом сопротивление растеканию тока в месте замыкания на землю Rзм может иметь различные значения. Изменяя положение переключателя S14 можно задать следующие значения сопротивления Rзм: 10, 100, 1000 Ом.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

Сопротивление тела человека в схеме стенда имитируется переменным сопротивлением Rh, величина которого может плавно изменяться в пределах от 0 до 100 кОм. Значение сопротивления тела человека может быть задано дискретно (1, 5, 10 кОм) с помощью переключателя S13 при нулевом значении переменного резистора. Стенд позволяет моделировать подключение человека к каждому фазному проводу сети или к проводу сети на стороне потребителя электроэнергии, подключенного к сети через устройство защитного отключения (УЗО) посредством переключателя S15. Положение “0” переключателя S15 означает что, человек не касается фазного провода сети. Положения “А”, “В”, “С”, “PEN” переключателя S15 имитируют касание человеком соответственно фазных проводов А, В, С или PEN-провода. Положение “УЗО” переключателя S15 соответствует касанию человека фазного провода на стороне трехфазного потребителя электроэнергии при нажатой кнопке

S16.

Трехфазный потребитель электроэнергии показан на лицевой панели стенда в виде корпуса, подключенного к сети с помощью УЗО, которое реагирует на дифференциальный (остаточный) ток.

Корпус трехфазного потребителя может быть занулен с помощью переключателя S18 (правое положение). Нажатием кнопки S17 моделируется замыкание фазного провода на корпус потребителя электроэнергии, при этом на корпусе загорается индикатор красного цвета.

На лицевой панели УЗО расположена кнопка “ПУСК”, при нажатии которой трехфазный потребитель электроэнергии подключается к сети, при этом загорается индикатор красного цвета. Кнопка “Стоп” отключает трехфазный потребитель электроэнергии от сети; кнопкой “Контроль” осуществляется оперативный контроль работоспособности УЗО.

Значения активных сопротивлений изоляции и емкостей фазных проводов относительно земли в зоне защиты УЗО установлены на стенде изготовителем и не меняются в процессе выполнения работы.

Кроме того, в правой части стенда размещены следующие измерительные приборы: миллисекундомер, предназначенный для измерения времени срабатывания УЗО, сра-

батывает при нажатии кнопки S16; кнопкой “Сброс” его показания обнуляются; амперметр, имеющий четыре предела измерений и предназначенный для измерения

тока (мА) в цепи тела человека (положение “Ih” переключателя амперметра) и измерения тока в системе УЗО (положение “Iуст” переключателя амперметра);

вольтметр, предназначенный для измерения напряжения (В) фазных проводов А, В, С относительно земли; подключается к фазным проводам с помощью переключателей А, В,

С.

Примечание. Поскольку стенд подсоединен к реальной сети трехфазного тока МИЭТ, то в момент проведения лабораторной работы возможна различная нагрузка на фазные провода и, как следствие, различное напряжение в фазных проводах А, В, С.

Методика выполнения работы

1. Сравнить опасность прямого прикосновения человека к проводам двух типов трехфазных сетей напряжением до 1 кВ: трехпроводной с изолированной нейтралью и четырехпроводной с заземленной нейтралью для двух режимов работы сетей - нормального и аварийного (при замыкании одного из фазных проводов на землю).

1.1. Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью при нормальном режиме работы:

а) изолировать нейтраль - перевести переключатель S1 в левое положение; отключить PEN-провод, переведя переключатель S3 в нижнее положение; переключатель S12 перевести в нулевое положение;

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

б) установить значения активных сопротивлений изоляции (переключатели S4, S6, S8, S10) и емкостей (переключатели S5, S7, S9, S11) фазных проводов относительно земли одинаковыми в соответствии с заданием преподавателя;

в) переключателем S13 в соответствии с заданием преподавателя установить значение сопротивления тела человека Rh, при этом ручка регулятора резистора Rh должна находиться в нулевом положении;

г) установить переключатель S15 в положение “А”;

д) включить стенд, переведя переключатель S2 в положение “1”;

е) измерить величину тока IhА в цепи тела человека с помощью амперметра, выбрав необходимый предел измерений. Положение переключателя амперметра - “Ih”;

ж) повторить измерения тока в цепи тела человека IhВ, IhС при касании им фазных проводов В, С, для чего переключатель S15 последовательно перевести в положения “В” и “С”;

з) выключить стенд, переведя переключатель S2 в положение “0”;

и) подсчитать значение тока в цепи тела человека по выражению (4) и сравнить расчетные данные с экспериментальными.

1.2. Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью при аварийном режиме

работы (при замыкании одного из проводов на землю):

а) в дополнение к вышеописанным действиям перевести переключатель S12 в любое из трех положений - “А”, “В”, “С”. Переключателем S14 установить значение Rзм в соответствии с указанием преподавателя;

б) включить стенд;

в) произвести измерения токов в цепи тела человека IhА, IhВ, IhС в соответствии с положениями переключателя S15 “А”, “В”, “С”;

г) выключить стенд; д) по выражению (5) подсчитать значение тока в цепи тела человека и сравнить рас-

четные данные с экспериментальными (в данном случае вольтметр показывает величины линейного напряжения);

е) сравнить оба случая касания человека к трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью по степени их опасности.

1.3. Трехфазная четырехпроводная сеть с заземленной нейтралью при нормальном ре-

жиме работы:

а) заземлить нейтраль, переведя переключатель S1 в правое положение;

б) подключить PEN-провод, переведя переключатель S3 в верхнее положение. Переключатель S12 перевести в положение “0”;

в) установить значения активных сопротивлений изоляции и емкостей фазных проводов в соответствии с заданием преподавателя;

г) установить значение сопротивления цепи тела человека Rh в соответствии с заданием преподавателя;

д) установить переключатель S15 в положение “А”; е) включить стенд;

ж) измерить величину тока IhА в цепи тела человека с помощью амперметра, выбрав необходимый предел измерений. Положение переключателя амперметра - “Ih“;

з) для положений “В”, “С” переключателя S15 повторить измерения токов в цепи тела

человека IhВ, IhС;

и) подсчитать значение тока в цепи тела человека по выражению (1) и сравнить расчетные данные с экспериментальными;

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com

к) выключить стенд.

1.4. Трехфазная четырехпроводная сеть с заземленной нейтралью при аварийном режиме работы (один из фазных проводов замкнут на землю):

а) в дополнение к вышеописанным действиям перевести переключатель S12 в любое из трех положений - “А”, “В”, “С”. Переключателем S14 установить значение Rзм в соответствии с указанием преподавателя;

б) включить стенд;

в) произвести измерения токов в цепи тела человека IhА, IhВ, IhС в соответствии с положениями переключателя S15 “А”, “В”, “С”;

г) подсчитать значение тока в цепи тела человека по выражению (1), заменив в нем напряжение Uф на Uч, подсчитанное по выражению (2) с привлечением выражения (3), и сравнить расчетные данные с экспериментальными;

д) выключить стенд.

2. Определить изменение величины тока, проходящего в цепи тела человека, при прямом прикосновении к фазному проводу сети в зависимости от активного сопротивления изоляции фазных проводов относительно земли при заданной емкости фазных проводов относительно земли для двух типов сетей при нормальном режиме работы (Ih = f(R)).

2.1. Трехфазная трехпроводная сеть:

а) изолировать нейтраль - перевести переключатель S1 в левое положение; отключить PEN-провод, переведя переключатель S3 в нижнее положение; перевести переключатель S12 в положение “0”;

б) установить переключатель S15 в одно из положений (“А”, “В”, “С”) по указанию преподавателя;

в) переключателем S13 в соответствии с заданием преподавателя установить значение сопротивления тела человека Rh, при этом ручка регулятора резистора Rh должна находиться в положении “0”;

г) установить значения емкостей (переключатели S5, S7, S9) фазных проводов относительно земли одинаковыми в соответствии с заданием преподавателя;

д) включить стенд, переведя переключатель S2 в положение “1”;

е) произвести измерения тока Ih в цепи тела человека с помощью амперметра при касании им одной из фаз (по указанию преподавателя), устанавливая поочередно одинаковые значения активных сопротивлений фазных проводов относительно земли (переклю-

чатели S4, S6, S8) и равные 1; 2,5; 10; 25; 100 кОм;

ж) выключить стенд; з) построить график искомой функциональной зависимости.

2.2. Трехфазная четырехпроводная сеть:

а) заземлить нейтраль, переведя переключатель S1 в правое положение;

б) подключить PEN-провод, переведя переключатель S3 в верхнее положение; переключатель S12 перевести в положение “0”;

в) переключателем S11 установить значение емкости PEN-провода, равное значению фазных проводов;

г) повторить пп. б) - г) п. 2.1; д) включить стенд;

е) произвести измерения тока Ih в цепи тела человека с помощью амперметра при касании им одной из фаз (по указанию преподавателя), устанавливая поочередно одинаковые значения активных сопротивлений фазных проводов и PEN-провода относительно земли (переключатели S4, S6, S8, S10) и равные 1; 2,5; 10; 25; 100 кОм;

ж) выключить стенд; з) построить график искомой функциональной зависимости.

3. Определить изменение величины тока, проходящего в цепи тела человека, при прямом прикосновении к фазному проводу сети в зависимости от емкости фазных проводов

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com