Исследование электроопасности трехфазных сетей.
Цель работы
Изучить используемые в промышленности трехфазные схемы питания потребителей. Ознакомится с возможными вариантами однофазных включений человека в электрическую сеть и методикой оценки опасности таких включений. Изучить критерии электробезопасности.
Сведения из теории
Для питания электропотребителей используется два вида трехфазных сетей: а) с изолированной от земли нейтралью источника питания; б) с заземленной нейтралью. Опасность поражения человека при однофазном прикосновении в сети с изолированной нейтралью обусловлена распределенными по длине линии параметрами - активной (gиз) и емкостной (b) проводимостями проводов относительно земли. gиз=1/Rиз b=w*Cф где -- сопротивление изоляции фазного провода относительно земли, Ом.
Ток через человека с сопротивлением R замыкается по этим проводимостям на источник питания с фазным напряжением U (рис 1а)
Рис 1 Схемы прохождения токов однофазного прикосновения в трехфазных сетях с изолированной (а) и заземленной (б) нейтрального источника питания. В сети с заземленной нетралью ток через человека протекает по цепи, создаваемо в основном сопротивлением рабочего заземлителя Ro.
Для расчета тока через человека Ih используются следущие формулы: 1. В сети с изолированной нейтралью в симметричном режиме, когда сопртивления изоляци и емкости всех трех фаз относительно земли одинаковы
Ih=(Uф/Rh) * где Rиз - сопротивление изоляции фазного провода относительно земли, Ом; Rч - сопротивление человека, Ом Сф - емкость фазного провода относительно земли, Ф w - частота сети рад/c.
2. В сети с изолированной нейтралью в нессиметричном режиме при прикосновении к фазе а
где ga gb gc проводимости изоляции фаз, См gh - проводимость тела человека См 3. В сети с заземленной нейтралью
Правила устройства электроустановок ограничивают значение Rо. В сети напряжением 380/220 В Rо = 4 Ом, и им в формуле моно пренебреч (Rh>>Ro) Тогда
Для оценки опасности полученных в результате расчетов значений тока Ih необходимо воспользоватся критериями электробезопасности, которые установлены ГОСТ 12.1.038-82. 1. Предельно допустимые уровни напряжений прикосноввения, Uпр, В; 2.Предельно допустимые уровни токов через человека Ih, мА; 3. Длительность протекания тока чрез человека tлоп C.
3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА
Для проведения лабораторной работы используется стенд налицевой панели которго изображена принципиальная схема и выведены органы управления. Фазное напряжение Uф = 220 В. Стенд моделирует два основных выарианта однофазного прикосновения. Параметры схем могут быть заданы с помощью переключателей выведенных на лицевую панель. Переключатели Rа, Rb, Rc, Ca, Cb, Cc, изменяют значения сопротивлений изоляции и емкостей фаз соответсвенно. Переключатель Rh определяет величину сопротивления имитирующего тело человека. Тумблер Замыкание, переведенный в положение вверх имитирует пробой фазы на корпус электроустановки и одновреммено, касание человека к этому корпусу, формируя тем самым режим однофазного прикосновения. Перевод тумблера вниз размыкает цепь тока однофазного прикосновения. Тумблер Ro задает режим нейтрали сети. При положении тумблера вверх нейтраль сети заземлена через сопротивление рабочего заземления, равное 4 Ом. При отключении тумблера Ro сеть имеет изолированную нейтраль. Кнопка Сеть подает питание на моделируемый участок сети.
4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
Опыт 1. Сеть с изолированной нейтралью в симметричном режиме.
Расчитать по формулам токи Ih(Rиз) при Cф = 0 и Ih(Cф) при Rиз =. Исходные данные для расчета взять из таблиц 1 и 2, а результаты занести в эти же таблицы.
Изменяя Rиз, снять экспериментальную зависимость Ih(Rиз) при Cф = 0. Результаты занести в таблицу 1. Установить значение Rиз стремящееся к бесконечности. Изменяя величину Сф, снять экспериментальную зависимость Ih(Cф). Результаты занести в таблицу 2.
Таблица 1
Таблица 2
Опыт 2. Сеть с изолированной нейтралью в несимметричном режиме.
Таблица 3
Значения сопротивлений R1,R2,R3 задаются преподавателем. Емкость фаз относительно земли Сф =0. Зная эти величины, рассчитать по формуле (4) токи однофазного прикосновения в несимметричном режиме. При этом сопротивлениям Ra, Rb, Rc поочередно присваивается значения R1, R2, R3 с помощью переключателей Ra, Rb, Rc. В соответствии со строками таблицы 3 измерить токи однофазного прикосновения в несимметричном режиме. Результаты занести в таблицу 3. R1, R2, R3 задаются преподавателем.
Опыт 3. Сеть с заземленной нейтралью.
Вывод Если нейтраль заземлена, фазные напряжения по отношению к земле остаются постоянными и равными фазному напряжению. При нарушении изоляции одной из фаз по отношению к земле нейтраль может получить незначительное смещение. Прикосновение человека к одной из фаз создает цепь тока: проводник-тело человека-земля-заземленный нулевой провод-общая точка обмоток. Напряжение прикосновения человека будет частью фазного напряжения, и ток, проходящий через человека, не зависит от токов утечки и емкостных токов других фаз, так как цепь замыкания через сопротивление нейтрали имеет меньшее сопротивление, чем сопротивления утечки и емкостные сопротивления этих фаз, т. е. эти сопротивления оказываются зашунтированными. Прикосновение человека к токоведущей части может быть замыканием на заземленную часть электроустановки - замыканием на корпус, или замыканием непосредственно на землю. Здесь имеется различие, так как в последнем случае имеет значение большое переходное сопротивление в месте контакта человека с землей. В системе с заземленной нейтралью при замыкании провода на землю создается путь тока от места замыкания через землю и нулевую точку к обмоткам других фаз генератора или трансформатора, и защита срабатывает. В случае касания провода человеком он оказывается под фазным напряжением и не может оказаться под линейным напряжением. С точки зрения опасности прикосновения человека к токоведущей части система с изолированной нейтралью представляется более опасной по величине напряжения, под которым может оказаться человек, если не надежно работают устройства защиты.
|
