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

Замыканием фазы В на землю мы добиваемся создания аварийного режима в сети, который сопровождается возрастанием напряжения прикосновения до линейного напряжения.

Таблица 6.

6. Отключаем выключателем S7 замыкание фазы В на землю!

Изучение условий безопасности при непрямом прикосновении

Рис 6. Электрическая схема исследуемых средств защиты

Для защиты человека при переходе напряжения на нетоковедущие части установок применяют защитное заземление. Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Защитное заземление осуществляется с помощью специальных заземляющих устройств (ЗУ). Назначение ЗУ заключается в том, чтобы создать между корпусом и землей соединение с достаточно малым сопротивлением. Согласно ПУЭ в электроустановках напряжением до 1000 В сопротивление ЗУ R не должно превышать 4 Ом. При мощности источника 100 кВА и менее сопротивление ЗУ может быть увеличено до 10 Ом.

1. Переключателем S4 устанавливаю режим непрямого прикосновения человека к фазе А, а выключателем S5 замыкаем фазу на корпус. Устанавливаем переключателями S8, S10, S12 емкости фаз C=10мкФ, а переключателями S9, S11 и S13 сопротивления изоляции фаз 50 кОм. Измеряем напряжения сначала при отсутствии дополнительной защиты, а после этого при использовании защитного заземления для всех возможных сопротивлений 0.1, 1 и 100 Ом (переключатель S6) и заносим их в таблицу.

2. Устанавливаем выключателем S7 замыкание фазы В на землю. При емкости С=0.5 мкФ и сопротивлениях фаз 2 кОм повторяем измерения по п.1, убедившись, что напряжение прикосновения становится больше, чем без замыкания.

Таблица 7.

Рис. 7

5,80

Вывод: экспериментально определенное напряжение прикосновения отличается от рассчитанного аналитически всего на 2,65 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.

Рис. 8 Зависимость напряжения прикосновения Uh от сопротивления заземления R_заз.

Вывод: Напряжение прикосновения в данном случае снижается до безопасного значения вследствие перераспределения напряжений между фазами сети и землей, т.к. за счет малого значения сопротивления защитного заземления эквивалентное сопротивление поврежденной фазы относительно земли понижается достаточно заметно, а потому и уменьшается напряжение между этой фазой и землей, но напряжения других фаз увеличиваются до линейных. Также наблюдаем тенденцию повышения напряжения прикосновения при увеличении сопротивления заземления.

Вывод: По графикам и таблице делаем практический вывод о том, что замыкание фазы на землю приводит к более значительному повышению напряжения прикосновения

Рис. 9 Зависимость напряжения прикосновения Uh от сопротивления заземления R_заз. при замкнутой на земле фазе В

Анализ условий опасности прикосновения к сети СТ

Рис 10. Электрическая схема исследуемых средств защиты

Компенсация емкостных токов подключением нейтрали к земле с помощью катушки с регулируемой индуктивностью позволяет уменьшить ток прикосновения в сетях с большой емкостью.

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

2. Устанавливаем переключателями S8, S10, S12 емкости фаз C=1 мкФ и переключателями S9, S11, S13 сопротивления изоляции фаз 50 кОм, измеряем напряжения смещения нейтрали, фаз относительно земли и напряжение прикосновения. Результаты заносим в таблицу.

3. Выключателем S2 включаем между нейтралью источника и землей реактор L с регулируемой индуктивность. Измеряем и записываем напряжение прикосновения при трех значениях индуктивности реактора.

Таблица 8.

Вывод: Компенсация емкостных токов подключением нейтрали к земле с помощью катушки с регулируемой индуктивностью позволяет уменьшить ток прикосновения в сетях с большой емкостью. Что мы, собственно, и наблюдаем в данной ситуации. Ток, протекающий через место замыкания фазы на землю, имеет две составляющие - емкостную и индуктивную. Т.к. емкостной ток опережает по фазе на 90 градусов напряжение, а индуктивный отстает на 90 градусов, то эти два тока оказываются в противофазе и взаимно компенсируют друг друга.

Выполнить расчет и сравнить с экспериментом

При С = 1 мкф

Вывод: это соответствует экспериментальным данным, т.к. при L=3, Uh стремится к 0. Следовательно, показания приборов корректны.

При полной компенсации ток I_h не зависит от емкостей C_ф и уменьшается до значения, ограничиваемого сопротивлениями изоляции фаз.

Рис 11.

прикосновение напряжение фаза

Заключение

В ходе выполнения работы было изучено влияние сопротивления изоляции фаз и фазной ёмкости сети с изолированной нейтралью на значение напряжения прикосновения (при и без прикосновении к одной из фаз). Компенсация емкостных токов подключением нейтрали к земле с помощью катушки с регулируемой индуктивностью L позволяет уменьшить ток, протекающий через тело человека, в сетях с большой ёмкостью.