Лабораторная работа: Исследование условий электробезопасности в трехфазных сетях с изолированной и с компенсированной нейтралями

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра безопасности жизнедеятельности

отчет

по лабораторной работе

по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»

Тема: Исследование условий электробезопасности в трехфазных сетях с изолированной и с компенсированной нейтралями

Санкт-Петербург 2021

Цель работы

· Исследование опасности при однофазном прикосновении человека;

· Изучение основных принципов защиты от поражения электрическим током;

· Изучение опасности при аварийных режимах работы.

Основные теоретические положения

Сети с изолированной или с компенсированной нейтралями применяются во многих ответственных электроустановках, в частности, на судах, в шахтах, карьерах, больницах, лабораториях и т.д., где недопустимо отключение питания даже при аварийной ситуации, например при замыкании фазы на землю. При нормальной работе сети прямое однофазное прикосновение человека к токоведущей части или непрямое (косвенное) прикосновение к токопроводящему корпусу приёмника электроэнергии, на который произошло замыкание фазы, менее опасно, чем подобные прикосновения в сети с глухозаземлённой нейтралью.

В работе исследуются следующие физические величины: напряжение однофазного прикосновения U_h, сопротивление изоляции фаз (R_A, R_B, R_C), ёмкость фаз относительно земли (C_А, С_В, С_С), сопротивление защитного заземления R_заз.

Напряжение прикосновения может быть от близкого к нулю до фазного при неаварийном режиме: 0<U_h<U_ф, и только при замыкании другой фазы на землю - от фазного до линейного: U_ф<U_h<U_л.

При большой ёмкости сети эквивалентные сопротивления фаз относительно земли равны между собой (сопротивление R_h не нарушает их симметрию), поэтому напряжение прикосновения равно фазному напряжению. Если ёмкость C_ф невелика, то эквивалентные сопротивления становятся неравными (меньше у фазы A при прикосновении к ней человека); напряжение U_А01 становиться меньше фазного, а напряжения U_В01, U_С01 возрастают и становятся больше фазных. В случае замыкания фазы на землю при небольших C_ф напряжение U_В01 близко к нулю, а U_А01 и U_С01 близки к U_л.

Защитное заземление - преднамеренное соединение токопроводящих частей электрооборудования с землёй. Напряжение прикосновения при этом снижается до безопасного значения вследствие перераспределения напряжений между фазами сети и землёй.

Согласно ГОСТ 12.1.030-84 сопротивление защитного заземления корпуса электрооборудования R_заз в системе IT при напряжении до 1 кВ не должно превышать 4 Ом (если мощность генератора или трансформатора больше 100 кВ*А) либо 10 Ом (если мощность меньше 100 кВ*А).

Допустимое напряжение прикосновения U_hдоп= 20 В. Допустимая сила тока прикосновения I_hдоп = 6 мА.

Рис 1. Схема установки

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

Переменные резисторы R_a, R_b, R_c и конденсаторы С_а, C_b, C_c 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 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 устанавливается переключателем S6. С помощью вольтметра и переключателя S3 можно измерить напряжение смещения нейтрали U₀, напряжения фаз сети относительно земли U_ф-з и напряжения U_пр.

Протокол измерений (вариант 3)

Таблица 1. Анализ условий опасности прямого прикосновения к сети IT

Таблица 2. Изучение условий безопасности при непрямом прикосновении

Таблица 3. Анализ условий опасности прямого прикосновения к сети CT

Анализ условий опасности прямого прикосновения к сети IT

Рис 2. Электрическая схема

1. Переключателем S4 устанавливаем режим прямого прикосновения человека к фазе А.

2. Устанавливаем переключателями S8, S10, S12 емкости фаз C=0.1 мкФ и, изменяя переключателями S9, S11, S13 одновременно сопротивления изоляции фаз от минимального (положение 1) до максимального (положение 5), измеряем напряжение смещения нейтрали, соответствующих фаз относительно земли и напряжение прикосновения. Результаты заносим в таблицу, представленную ниже.

3. Измерения, аналогичные п.2, проводим и для C размерностью 1 мкФ, 10 мкФ.

Таблица 4. Измерение напряжения смещения нейтрали относительно земли, напряжений смещения соответствующих фаз относительно земли, напряжения прикосновения при заданных емкостях фаз относительно земли и сопротивлений изоляции фаз.

где - фазное напряжение источника электроэнергии

Вывод: экспериментально определенное напряжение прикосновения отличается от рассчитанного аналитически незначительно, что говорит о достаточно высокой для данного опыта точности измерительных приборов в лаборатории. Также, разницу можно списать на паразитные токи и емкости в системе.

Рис 3. Векторная диаграмма

Если емкость сети невелика, то эквивалентные сопротивления становятся неравными (меньше у фазы А при прикосновении к ней человека); соответственно напряжение фазы А относительно земли становиться меньше фазного.

Вывод: по графику 4 зависимости напряжения прикосновения от сопротивления изоляции можно сделать вывод о том, что тенденция к падению напряжения прикосновения с ростом сопротивления изоляции не свойственна при высокой емкости фаз относительно земли.

Рис. 4 Зависимость напряжения прикосновения Uh от сопротивления изоляции R.

Рис. 5 Зависимость напряжения прикосновения Uh от емкости фаз относительно Сф.

Вывод: по графику 5. зависимости напряжения прикосновения от емкости фаз относительно земли можно сделать вывод о том, что на напряжение прикосновения не влияет значение сопротивления изоляции при высокой емкости фаз напряжения.

4. Получаем задание на расчет напряжения прикосновения при несимметричных активных сопротивлениях фаз и определяем его экспериментально для последующего сравнения.

Таблица 5.

41,76

Вывод: экспериментально определенное напряжение прикосновения отличается от рассчитанного аналитически всего на 4,13 В, что говорит о достаточно высокой для данного опыта точности измерительных приборов в лаборатории. Также, разницу можно списать на паразитные токи и емкости в системе.

5. Устанавливаем выключателем S7 замыкание фазы В на землю. При емкости C=0.5 мкФ и сопротивлениях фаз 2кОм измеряем напряжения. Убеждаемся, что напряжение прикосновения становится больше фазного.