3. Аварийный режим работы сетей

Рассмотрим ситуацию, когда одна из фаз сети (например, фаза С) замкнулась на землю через относительно малое активное сопротивление , например, при обрыве и падении провода на землю. В схемах сети (см. рисунок) это обстоятельство отразится включением параллельно проводимости ( на рисунке не показана). Следовательно, между фазой С и землей проводимость составит Y_С+Y_зм . С учетом этого, выражение (4) примет вид:

(17)

Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью.

В этой сети обычно выполняется условие (5), поэтому выражение (17) можно упростить:

(18)

Учитывая соотношения (2), а также что R₀<<R_h, получим

(19)

Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью

Для данной сети Y_N = Y₀= 0. Кроме того, обычно <<Y_зм, тогда выражение (17) примет вид

(20)

или, с учетом выражения для а и соотношений (2),

(21)

В аварийном режиме часто реализуется ситуация, при которой R_зм существенно больше R₀ и одновременно R_зм<< R_h. При этом условии сравнительный анализ формул (19) и (21) показывает, что в сети с изолированной нейтралью человек оказывается под напряжением прикосновения U_пр, близким к линейному U_л, что более опасно, нежели в сети с глухозаземленной нейтралью, где U_np не превышает фазного напряжения. Для обоих видов сетей характерно уменьшение опасности поражения током при увеличении R_h.

Практическая часть

Нормальный режим работы сети

Задание № 1. Исследовать зависимость тока, проходящего через тело человека при прямом прикосновении к фазному проводу, от активного сопротивления изоляции проводов сети с изолированной, а затем с глухозаземленной нейтралью при постоянном значении емкости проводов относительно земли, соблюдая условие: и .

Рассчитать ток I_h по формуле (13) или (14) в сети с изолированной нейтралью, и по формуле (8) – в сети с глухозаземленной нейтралью. Значения R_E брать в соответствии с номиналами, указанными на стенде около переключателей S6, S8, S10 (в формулы подставлять в омах). Значения фазного напряжения сети U_ф, сопротивления R_h, и емкости С_Е взять по указанию преподавателя (например, U_ф = 220 В, R_h = 1000 Ом и С_Е= 0). Результаты расчета занести в отчет о лабораторной работе. Построить график .

Устанавливая переключателями S6, S8 и S10 последовательно значения : 1,0; 2,5; 10; 25; 100 кОм, измерить ток в цепи тела человека, выбирая соответствующий току предел измерения. Считывая показания индикатора амперметра, занести их в табл. 1.

Таблица 1 – Зависимость тока I_h, мА, от сопротивления R_E изоляции проводов сети при С_Е = 0

Режим нейтрали сети	RE, кОм	1,0	2,5	10	25	100
Изолированная	Ih, теор.	330	188	60	25,38	6,53	0
	Ih, эксп.	171	123	50	24	5	0
Глухозаземленная	Ih, теор.	220	220	220	220	220	220
	Ih, эксп.	228	229	228	228	228	228

Вывод:

Задание № 2. Исследовать зависимость тока, проходящего через тело человека при прямом прикосновении к фазному проводу, от емкости проводов относительно земли в сети с изолированной, а затем с глухозаземленной нейтралью при постоянном значении активного сопротивления изоляции проводов, соблюдая условия: и .

Рассчитать ток I_h, по формуле (13) или (16) в сети с изолированной нейтралью, и по формуле (8) – в сети с глухозаземленной нейтралью. Значения С_Е брать в соответствии с номиналами, указанными на стенде около переключателей S7, S9, S11 (в формулы подставлять в фарадах). Значения фазного напряжения сети U_ф, сопротивлений R_h и R_E взять по указанию преподавателя (например, U_ф = 220 В, R_h = 1000 Ом и R_E = ). Результаты расчета записать в отчет о лабораторной работе и построить график .

Проверить расчетные зависимости экспериментально.

Устанавливая переключателями S7, S9 и S11 последовательно значения С_АЕ= С_ВЕ= С_СЕ = С_Е: 0; 0,02; 0,1; 0,25; 0,5; 1,0; 2,5 мкФ, измерить ток в цепи человека, считывая показания индикатора амперметра и занося их в табл. 2.

Таблица 2 – Зависимость тока I_h, мА, от емкости С_Е проводов сети относительно земли при R_E =∞

Режим нейтрали сети	СЕ, мкФ	0	0,02	0,1	0,25	0,5	1,0	2,5
Изолированная	Ih, теор.	0	220	220	220
	Ih, эксп.	0	4	20	52	94	155	212
Глухозаземленная	Ih, теор.	220	220	220	220	220	220	220
	Ih, эксп.	228	229	228	229	229	229	229

Вывод:

Задание № 3. Исследовать влияние активного сопротивления в цепи тела человека R_h на значение тока I_h, проходящего через человека, прикоснувшегося к фазному проводу сети с изолированной и с глухозаземленной нейтралью при нормальном режиме ее работы.

Рассчитать по формуле (8), а также по формуле (13) или (14) ток I_h в сетях с глухозаземленной и изолированной нейтралью при значениях R_h= 1; 5; 10 кОм (значения сопротивлений подставлять в формулы в Омах), указанных на стенде около переключателя S13. Значения фазного напряжения сети U_ф, сопротивления R_E и емкости С_Е взять по указанию преподавателя (например, U_ф = 220 В, R_E = 100 кОм и С_Е = 0). Результаты расчета записать в отчет о лабораторной работе и построить графики для обоих видов сетей.

Проверить расчетные зависимости экспериментально.

Устанавливая переключателем S13 последовательно значения сопротивления в цепи тела человека R_h = 1; 5; 10 кОм, измерить ток I_h и напряжение U_A между фазным проводом А и землей (считывать показания индикаторов амперметра и вольтметра и заносить их в табл. 3).

Таблица 3 – Зависимость тока I_h, мА, и напряжения U_А, В, от сопротивления R_h при R_E = 100 и

С_Е = 0

Режим нейтрали сети	Rh, кОм	1	5	10
Изолированная	Ih, теор.	6,53	6,29	6
	Ih, эксп.	5	5	4
	UА,эксп.	110	110	113
Глухозаземленная	Ih, теор.	220	44	22
	Ih, эксп.	230	45	21
	UА,эксп.	210	211	211

Вывод:

Задание № 4. При аварийной ситуации (замыкании фазного провода на землю через сопротивление растеканию тока R_зм) провести сравнительный анализ опасности прикосновения человека к исправному фазному проводу в сетях с изолированной и заземленной нейтралью. Исследовать характер влияния сопротивления R_зм на значение тока I_h, протекающего через человека.

Рассчитать по формулам (19) и (21) зависимость I_h = I (R_зм) для сетей с глухозаземленной и изолированной нейтралью при заданном преподавателем фазном напряжении (например, U_ф = 220 В). Принять R₀ = 4 Ом, R_h= 1000 Ом, а R_зм значения, указанные на стенде около переключателя S14. Результаты расчета занести в отчет о лабораторной работе и начертить график I_h = I (R_зм) для обоих видов сетей.

Проверить расчетные зависимости экспериментально.

Устанавливая переключателем S14 последовательно значения R_зм = 10; 100 и 1000 Ом, измерить ток I_h в цепи тела человека и напряжение U_A междуфазным проводом А и землей (считывать показания индикаторов амперметра и вольтметра и заносить их в табл. 4).

Таблица 4 – Зависимость тока I_h, мА, и напряжения U_А, В, от сопротивления замыкания R_зм фазы В или С на землю

Режим нейтрали сети	Rзм, Ом	10	100	1000
Изолированная	Ih, теор.	377,3	346,4	173,2
	Ih, эксп.	397	362	198
	UА,эксп.	336	311	185
Глухозаземленная	Ih, теор.	266,0	226,2	220,6
	Ih, эксп.	267	234	230
	UА,эксп.	241	215	210

Вывод:

Задание № 5. При аварийной ситуации (замыкании фазного провода на землю через сопротивление растеканию тока R_зм) выполнить исследование характера влияния сопротивления в цепи тела человека, прикоснувшегося к исправному фазному проводу в сетях с изолированной и заземленной нейтралью, на значение тока I_h, протекающего через человека.

Рассчитать по формулам (19) и (21) зависимость I_h = I (R_h) для сетей с

глухозаземленной и изолированной нейтралью при заданном преподавателем фазном напряжении (например, U_ф = 220 В). Принять R₀ = 4 Ом, R_зм = 100 Ом, a R_h значения указанные около переключателя S13. Результаты расчета занести в отчет о лабораторной работе и начертить графики I_h = I (R_h) для обоих видов сетей.

Проверить расчетные зависимости экспериментально.

Определить и записать в табл.5 значения тока I_h в зависимости от сопротивления в цепи тела человека R_h при постоянном значении R_зм для сети с изолированной и заземленной нейтралью.

Таблица 5 – Зависимость тока I_h, мА, и напряжения U_А, В, от сопротивления R_h в цепи тела человека

Режим нейтрали сети	Rh, кОм	1	5	10
Изолированная	Ih, теор.	346,4	74,7	37,7
	Ih, эксп.	363	77	36
	UА,эксп.	312	336	339
Глухозаземленная	Ih, теор.	226,2	45,2	22,6
	Ih, эксп.	235	46	21
	UА,эксп.	215	215	215

Вывод: