Лабораторная работа №11 / Laba1

Санкт-Петербургский

Государственный электротехнический университет

Отчет

по лабораторной работе №1

«Исследование условий электробезопасности в трёхфазных сетях с изолированной и компенсированной нейтралью»

Выполнил: XXXX

Группа:0331

Факультет КТИ

Санкт-Петербург

2000г.

Цель работы: Исследование режимов однофазного прикос­новения и изучение основных принципов защиты от пораже­ния электрическим током.

Исследуемые закономерности. В работе предлагается ис­следовать зависимость напряжения, под которым оказыва­ется человек в режиме однофазного прикосновения, от со­стояния изоляции и величины емкости фаз сети относительно земли, изучить принцип работы защитного заземления и оз­накомиться с принципом действия устройств компенсации ем­костной составляющей тока утечки.

Экспериментальная установка. Работа выполняется на ла­бораторном стенде № 1, принципиальная схема которого при­ведена на рис. 4 Этот стенд имитирует трехфазную сеть, ра­ботающую в режиме с изолированной или компенсированной нейтралью.

Переменные резисторы r_а, r_ь, r_с и конденсаторы С_а, С_b, С_с имитируют сопротивления изоляции и емкости фаз сети отно­сительно земли; их значения 2, 10, 50, 250, 500 кОм, ??? и 0; 0,1; 0,3; 0,5; 1,0; 10 мкФ устанавливаются переключателями S8—S13 Выключателем S7 устанавливается режим замыкания фазы b на землю через сопротивление R_зам=100 Ом. Од­нофазное прикосновение человека имитируется подключением резистора R_h=1 кОм к фазе а сети или к корпусу приемника электроэнергии (переключатель S4); выключателем S5 вы­полняется замыкание фазы а на корпус электроприемника. Последний может быть заземлен через сопротивление R_з, значения которого 0,1; 1 или 100 Ом устанавливаются переключателем S6. С помощью вольтметра У и переключателя S3 можно измерить напряжение смещения нейтрали U₀, на­пряжения фаз сети относительно земли U_ф-з и напряжение прикосновения U_пр.

Рис. 3 Компенсация емкостного тока в режиме однофаз­ного прикосновения:

а — принципиальная схема; б—г — векторные диаграммы токов при полной компенсации, недокомпенсации и пере­компенсации

Рис. 4. Принципиальная схема лабораторного стенда №1

Порядок выполнения работы

Установить схему стенда в исходное состояние: выключа­тели S2, S4, S5 и S7 выключены, S1 включен, переключатели S3, S6, S8—S13 в крайнем левом положении. Затем опреде­лить фазные напряжения источника электроэнергии. Они равны напряжениям ссответствующих фаз сети относительно земли при больших значениях емкостей Сф (например, 10 мкФ).

Исследование зависимости условий электробезопасности

от состояния изоляции и величины, емкости фаз сети

относительно земли

Условия безопасности рассматриваются в двух случаях — при исправной изоляции фаз сети (когда r_а = r_b = r_с = r_ф) и при наличии в ней неисправностей типа замыканий на землю.

1. Переключателем S4 установить режим прикосновения человека к фазе а.

2. Переключателями S8, S10, S12 установить Сф = 0,1 мкФ и изменять значения сопротивлений изоляции фаз r_ф от ми­нимального до максимального (переключатели S9, S11 и S13 одновременно переводятся в положения 1—5); для каждого значения r_ф измерять напряжение смещения нейтрали U₀, на­пряжения фаз относительно земли U_a-з, U_b-з, U_c-з и напря­жение прикосновения U_пр.

3 Выполнить аналогичные измерения при других значе­ниях емкостей С_ф (0,3; 0,5; 1,0 и 10,0 мкФ).

4. Выключателем S7 установить замыкание фазы b на землю. При прикосновении человека к фазе а и С_ф = 0,5 мкФ измерить напряжения U₀, U_a-з, U_b-з, U_c-з, U_пр для следую­щих четырех режимов: а) r_а = r_с = 2 кОм; б) r_а = 2 кОм, r_с= = 500 кОм; в) r_а=500 кОм, r_с=2 кОм; г) r_a = r_c = 500 кОм. Значение сопротивления изоляции r_b может быть любым.

5. По данным измерений пп. 2 и 3 построить семейство кривых зависимости U_пр(r_ф) при фиксированных значениях С_ф и по формуле (2) рассчитать значения напряжения U_пр. Сравнить результаты измерений и расчетов.

6. По данным измерений пп. 2, 3, 4 построить векторные диаграммы напряжений U_ф-з и U_пр (по п. 4 диаграммы стро­ятся для всех режимов, а режимы пп. 2 и 3 — по указанию преподавателя).

Методика построения векторных диаграмм изложена в описании лабораторной работы № 3.

7. По векторным диаграммам пп. 2 и 3 проследить, как изменяются значения напряжения прикосновения и напряже­ний фаз относительно земли с изменением сопротивлений r_ф и емкостей С_ф, и на основе сделанных выводов объяснить физический смысл зависимости U_пр(r_ф). По диаграммам п. 4 показать независимость распределения напряжений фал от­носительно земли и значения U_пф от сопротивления изоляции фаз.

Изучение принципа действия защитного заземления

1. Установить переключателем S4 режим прикосновения человека к корпусу электроприемника и выключателем S5 замкнуть фазу а на корпус.

2. Переключателями S8—S13 установить r_a = r_b = r_с= = 50 кОм и С_ф=10 мкФ. Измерить напряжения u₀, u_а-з, Uh-ч, и_с-э и i/,,p при трех различных значениях сопротивле­ния защитного заземления R₃ (устанавливаются переключа­телем S6).

3. Переключателями S8—S13 установить r_а = r_b = r_с= = 2 кОм и С_ф = 0,5 мкФ, а выключателем S7 замкнуть фазу b на землю. Выполнить измерения аналогичные п. 2.

4. Для всех режимов пп. 2 и 3 рассчитать значения на­пряжения U_пp по формуле (3) и сравнить их с полученными экспериментально.

5. Построить векторные диаграммы напряжений U_a-з, U_b-з, U_c-з и U_пр для всех режимов п. 2 и 3. Сравнить их с диаграммами для тех же параметров сети, полученными в предыдущем опыте. Объяснить, почему при наличии защит­ного заземления напряжение прикосновения существенно уменьшается.

6. По данным п. 2 построить график зависимости U_пр(R_з). С помощью векторных диаграмм (п. 5) объяснить, почему с уменьшением R_з напряжение U_пр также уменьшается.

Ознакомление с принципом компенсации емкостные токов утечки

1. Переключателем S4 установить режим однофазного прикосновения к сети с изолированной нейтралью

2. Измерить напряжение прикосновения U_пр при С_ф = = 1,0 мкФ и произвольном равном значении сопротивлений изоляции фаз r_ф.

3. Выключателем S2 между нейтралью источника и зем­лей включить реактор L с регулируемой индуктивностью. Из­мерить напряжение U_np при трех значениях индуктивности реактора (устанавливаются переключателем S14).

4. Рассчитать L_peз по формуле wL=1/ЗwС_ф. Сравнить и объяснить результаты выполненных в пп 2 и 3 измерений.

Векторные диаграммы:

П.2.

П.3.

6. Прикосновение к фазе a, Сф=0,5 мкФ

а) Ra = Rc = 2 кОм, Rb = 10 кОм U0 = 11 В Ua = 28,5 В Ub = 11,5 В Uc = 32,5 В Uпр = 29 В

б) Ra = 2 кОм, Rc = 500 кОм, Rb = 10 кОм U0 = 14 В Ua = 29,5 В Ub = 10 В Uc = 35,5 В Uпр = 30 В

в) Ra = 500 кОм, Rc = 2 кОм, Rb = 10 кОм U0 = 13 В Ua = 31 В Ub = 9,5 В Uc = 32,5 В Uпр = 31,5 В

г) Ra = Rc = 500 кОм, Rb = 10 кОм U0 = 16 В Ua =32,5 В Ub = 7 В Uc = 36 В Uпр = 33 В

7. Векторные диаграммы:

а б

в г

При большой емкости сети эквивалентные сопротивления фаз относительно земли равны между собой, поэтому напряжения фаз относительно земли и напряжение прикосновения равны фазному напряжению. Если емкость Сф невелика, то эквивалентные сопротивления становятся неравными; а значит напряжение Uа-з = Uпр становится меньше фазного, а напряжения Ub-з и Uс-з возрастают.

1. Изучение принципа действия защитного заземления.

N опыта		Параметры сети				Результаты измерений					расчет
		Сф, мкФ	Ra, кОм	Rb, кОм	Rc, кОм	U0, В	Uа-з, В	Ub-з, В	Uc-з, В	Uпр, В	Uпр.р, В
1		10	50	50	50	10	21	18	34	21
Rз0м	0,1					22	0	39,5	40	0	0,022
	10					22	0	39,5	40	0	2,186
	100					21,5	4	37	41,5	4	15,981
2		0,5	2	2	2	12	29	11	33	29,5
Rз0м	0,1					21	0	38,5	39,5	0,5	0,0037
	10					21	1	38	39,5	1	0,366
	100					13	10,5	28	35	11	3,659

R=Rз, r=Rф, Uф=23,3 В

3. Векторные диаграммы:

В случае замыкания фазы b на землю при Rb = Rзам << Rh напряжение Ub-з – 0, а значения напряжений Uа-з и Uс-з возрастают до линейных.

2. Ознакомление с принципом компенсации емкостных токов утечки.

Сф = 1 мкФ, rф = 2 кОм Uпр = 30 В

Uпр1 = 12,5 В, Uпр2 = 7 В, Uпр3 = 1 В

Компенсация емкостных токов путем заземления нейтрали через катушку индуктивности позволяет уменьшить ток Ih в сетях с большой емкостью. По отношению к сопротивлению Rh контур “катушка индуктивности L – емкости фаз относительно земли” должен находиться в режиме резонанса токов. При полной компенсации ток не зависит от емкостей, и уменьшается до значения, ограничиваемого сопротивлениями изоляции фаз. При неполной компенсации ток Ih зависит также от результирующего реактивного тока.

Таким образом, в зависимости от величины емкости и состояния электрической изоляции фаз напряжение прикосновения может изменяться от безопасного значения ( около 0 ) до равного линейному напряжению

ПРОТОКОЛ НАБЛЮДЕНИЙ

для лабораторной №1

«Исследование условий электробезопасности в трёхфазных сетях с изолированной и компенсированной нейтралью».

№	Параметры сети				Результаты измерений
	Сф мкФ	ra, кОм	rb, кОм	rc, кОм	U0, В	Uа-з, В	Ub-з, В	Uc-з, В	Uпр, В	Uпр.расч., В
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15