Лабораторная работа №1 / бжд №1!

Санкт-Петербургский Государственный Электротехнический университет «ЛЭТИ»

Кафедра БЖД

Отчёт

По лабораторной работе №1

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

Студент: Семёнов Ю.В.

Еремеев А.

Ларченко С.

Группа: 1211

Факультет: ЭЛ

Преподаватель:

Санкт-Петербург, 2004г.

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

Экспериментальная установка:

Этот стенд имитирует трёхфазную сеть, работающую в режиме с изолированной или компенсированной нейтралью.

Переменные резисторы Ra, Rb, Rc и конденсаторы Са, Cb, Cc 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 Rзам = 100 Ом. Однофазное прикосновение человека имитируется подключением резистора Rh = 1 кОм к фазе а сети или корпусу приемника электроэнергии (переключатель S4); выключателем S5 выполняется замыкание фазы а на корпус электроприемника. Последний может быть заземлен через сопротивление Rз, значения которого 0,1; 1 или 100 Ом устанавливается переключателем S6. С помощью вольтметра и переключателя S3 можно измерить напряжение смещения нейтрали Uo, напряжения фаз сети относительно земли Uф-з и напряжения Uпр.

Исследование 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.

Обработка результатов

1. Определение фазных напряжений источника электроэнергии

Параметры сети				Результаты измерений
Сф, мкФ	ra, кОм	rb, кОм	rc, кОм	Uo, B	Uа-з, В	Ub-з, В	Uс-з, В	Uпр, В
10				6	18	24	30	18

2. Исследование зависимости условий электробезопасности от состояния изоляции и величины емкости фаз сети относительно земли

Параметры сети				Результаты измерений					Результаты расчета
Сф, мкФ	ra, кОм	rb, кОм	rc, кОм	Uo, B	Uа-з, В	Ub-з, В	Uс-з, В	Uпр, В	Uпр.расч., В
0,1	2	2	2	23	42	42	0	12	10,813602
0,1	10	10	10	17	5	36	37	5	4,34242401
0,1	50	50	50	22	2	39	42	2	1,88910047
0,1	250	250	250	23	2	40	42	2	1,68176412
0,1	500	500	500	23	2	40	43	2	1,68154669
1,0	2	2	2	7	11	26	30	17	11,9340001
1,0	10	10	10	11	16	15	35	16	11,0844155
1,0	50	50	50	13	17	24	37	17	11,9812032
1,0	250	250	250	13	17	24	37	17	12,2650856
1,0	500	500	500	13	17	24	37	17	12,3033676

3. Изучение принципа действия защитного заземления.

Схема: “Прикосновение человека к заземлённому корпусу”

Устанавливаем режим прикосновения человека к корпусу электроприёмника и замыкаем фазу a на корпус.

1). Устанавливаем

Измеряем напряжения U_0, U_a-з, U_b-з, U_c-з, U_пр при различных значениях защитного сопротивления R_з.

Параметры сети	Результаты измерений
Rз, Ом	U0, В	Ua-з, В	Ub-з, В	Uc-з, В	Uпр, В
∞	16	33,5	7	35	34
0,1	21,5	0,5	39	40	0,5
10	21	1	38	40	1
100	14,5	10,5	29	37	10,5

4. Ознакомление с принципом компенсации ёмкостных токов утечки.

Схема: “Случай полной компенсации”

1). Устанавливаем режим однофазного прикосновения к сети с изолированной нейтралью.

2). Измеряем напряжение прикосновения U_пр при и произвольном равном значении сопротивлений изоляции фаз ().

3). Включаем реактор L с регулируемой индуктивностью. Измеряем напряжение U_пр при трёх значениях индуктивности реактора.

Таблица №3: Результаты измерений

L	Uпр, В
1	12
2	6
3	0.5

Рассчитаем значение L при полной компенсации и сопоставим его с полученным результатом:

, но в режиме полной компенсации , и следовательно , откуда:

что вполне соответствует экспериментальным данным (при U_пр=0 В L=3 Гн)

Выводы:

1). При сопоставлении графиков выделим закономерность протекающих процессов: при увеличении ёмкостей фаз C_ф напряжение прикосновения становится больше с каждым разом.

2). Из полученных результатов эксперимента видно, что в случае прикосновения человека корпусу он оказывается под напряжением прикосновения значительно меньше фазного. Хотя при увеличении сопротивления защитного заземления (от 0,1 кОм до 100 кОм) напряжение прикосновения возрастает (от 0,5 В до 10,5 В). И это не странно: например бесконечное увеличение сопротивления защитного заземления уже будет эквивалентно полному его отсутствию. Следовательно, не стоит его делать слишком большим.

3). При подключении реактора L с регулируемой индуктивностью нам удалось существенно снизить напряжение прикосновения.

Вопрос по лабораторной работе №1

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

Вопрос №10: Компенсация емкостных токов через тело человека. Зачем и каким образом обеспечивается?

Ответ: Ток замыкания на землю, а значит, и ток через человека в сети с изолированной нейтралью зависят не только от сопротивления изоляции, но и от емкости сети относительно земли.

Увеличение сопротивления изоляции не повышает полного сопротивления фазы относительно земли и не снижает ни тока замыкания на землю, ни тока через человека.

Поскольку невозможно уменьшить ёмкость сети, снижение тока замыкания на землю достигается путём компенсации его емкостной составляющей индуктивностью. В трехфазной сети нет необходимости включать индуктивность между каждой фазой и землёй; компенсирующая катушка включается между нейтралью и землёй, как показано на рисунке.

При замыкании на землю в трехпроводной сети с изолированной нейтралью ток проходит через переходное сопротивление r` (проводимость g`) и далее через сопротивления изоляции двух других фаз r_b и r_c (проводимости g_b и g_c) и параллельно через ёмкости Сb и Cс (проводимости b_b и b_c). Этот ток имеет две составляющие – активную Ir и емкостную Ic. На векторной диаграмме показана сумма токов в «компенсированной» сети. К активной и емкостной составляющим тока замыкания на землю добавляются активный и индуктивный токи компенсирующей катушки (наличие активной составляющей объясняется активными потерями в катушке). Емкостная и индуктивная составляющие находятся в противофазе и при настройке в резонанс взаимно уничтожают друг друга, активные составляющие складываются, и ток замыкания на землю остаётся равным этой сумме: Iзк = Ir + Iка. Ток замыкания на землю уменьшается, как это видно из сравнения абсолютных значений векторов тока Iз и Iзк на диаграмме.