ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ ТРЕХФАЗНЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В
Методические указания к лабораторной работе
Ростов - на -Дону
Составители: д.т.н., доцент Булыгин Ю.И.
Доцент, к.т.н. Щекина Е.В.
Доцент, к.х.н. Лоскутникова И.Н.
Доцент, к.т.н. Михайлов А.Н.
Ассистент Алексеенко Л.Н.
Ассистент Мозговой А.В.
Ассистент Лебеденко В.Г.
Ассистент Сухов М.В.
УДК:
Электробезопасность трехфазных электрических сетей переменного тока напряжением до 1000 В: Методические указания к лабораторной работе./ ДГТУ. Ростов-на-Дону, 2007. 16 с.
Данные методические указания предназначены для студентов всех специальностей ДГТУ, проходящих лабораторный практикум на кафедре “БЖ и ЗОС”.
Печатается по решению методической комиссии гуманитарного факультета.
Научный редактор – д.т.н., доцент Булыгин Ю.И.
Рецензент – доцент, к.т.н., Холодова С.Н.
© Издательский центр ДГТУ.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью работы является оценка опасности прикосновения человека к фазным проводам электрических сетей напряжением до 1000 В, а также определение влияние активного сопротивления изоляции и емкости фазных проводов относительно земли на опасность поражения человека электрическим током при нормальном и аварийном режимах работы двух типов сети.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1.Сравнить опасность прямого прикосновения человека к проводам двух трехфазных сетей напряжением до 1000 В:
- трехпроводной с изолированной нейтралью;
- четырехпроводной с заземленной нейтралью (параметры сетей задает преподаватель).
Измерения проводятся для двух режимов работы сетей: нормального и аварийного (при замыкании одного из фазных проводов на землю).
2.При нормальном и аварийном режимах работы для каждого типа сети определить зависимость тока, проходящего через тело человека, при прямом прикосновении к фазному проводу в зависимости от:
- активного сопротивления изоляции фазных и PEN – провода (нейтраль) относительно земли при постоянном значении емкости проводов относительно земли (сеть симметричная);
- емкость фазных и PEN – провода (нейтраль) относительно земли при постоянном значении активного сопротивления изоляции проводов относительно земли (сеть симметричная).
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Стенд лабораторный “Электробезопасность трехфазных сетей переменного тока” позволяет моделировать работу любой встречающейся на практике электрической сети трехфазного тока. В стенде смонтированы сосредоточенные проводимости и емкости сетей относительно земли.
Изменяя величины и проводимости относительно земли, а также соотношения между ними, можно имитировать работу любой трехфазной сети переменного тока с разными режимами нейтрали.
В зависимости от режима нейтрали каждая из сетей характеризуется своими технико-экономическими, эксплуатационными и другими показателями, в том числе и показателями по электробезопасности, от которой зависит исход поражения электрическим током.
Тяжесть поражения зависит от величины тока, его рода и частотных характеристик, значения сопротивления тела человека, пути протекания тока через тело человека, длительности воздействия, индивидуальных особенностей человека и некоторых других факторов.
Трехфазные электрические сети по опасности поражения человека, прикоснувшегося к фазе, делятся на три типа: сети с изолированной нейтралью источника питания; сети с глухозаземленной нейтралью; сети с нейтралью, заземленной через компенсирующее устройство.
В установках напряжением до 1000 В сети с изолированной нейтралью безопаснее сетей с заземленной нейтралью только при условии хорошей изоляции фаз относительно земли и сравнительно небольшой протяженности сети, так как чем длиннее провода, тем больше емкостных токов и токов утечки.
Когда же сети разветвлены, они имеют большую протяженность, и даже при хорошей изоляции имеют большие токи утечки и емкостные токи. В этих условиях сеть с изолированной нейтралью лишается преимуществ.
В трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью сила тока Ih, проходящего через тело человека, при прикосновении его к одной из фаз сети в период ее нормальной работе и при относительно малой емкости проводов, определяется следующем выражением:
, (1)
где Uф – фазное напряжение, В;
- сопротивление тела человека, Ом;
– сопротивление изоляции проводов, Ом;
Если же емкость велика, а проводимость изоляции мала, т.е. ≈ ∞, то сила тока, проходящего через человека, будет определяться:
(2)
где w - угловая частота переменного тока (
=2πd).
с - емкость проводов
Сеть с глухозаземленной нейтралью характеризуется тем, что нейтральная точка источника питания соединена с землей через малое сопротивление R0. Следовательно, в расчетах можно применить:
Тогда, ток, проходящий через тело человека, прикоснувшегося к фазе, будет равен:
(3)
Таким образом, напряжение прикосновения в сетях с глухозаземленной нейтралью практически не зависит от состояния изоляции проводов и равно фазному напряжению источника питания.
Аварийный режим работы сети (замыканием фазы на землю) представляет собой резкое снижение сопротивления (повышением проводимости) изоляции одной из фаз относительно земли, что влияет на значение тока, проходящего через тело человека. Наибольшее влияние на опасность поражения оказывает на землю в сети с изолированной нейтралью. Причем при замыкании на землю той фазы, к которой прикоснулся человек (когда проводимость 
и проводимость человека 
) ток, проходящий через тело человека, уменьшается. Следовательно, замыкание на землю фазы, которой коснулся человек, обладает защитными свойствами, а увеличением проводимости этой фазы относительно земли можно снизить ток, проходящий через тело человека, до безопасной величины. Если при наличии в сети замыкания на землю человек касается одной из исправных фаз, то он окажется под напряжением, близким к линейному напряжению источника питания. В этом случае:
(4)
В сети с глухо заземленной нейтралью, где величина проводимости нулевого провода соизмерима с проводимостью фазных проводов (
или 
) при наличии замыкания соответствующей фазы на землю, прикосновение к различным фазам не имеет столь существенного отличия, как в сети с изолированной нейтралью. Например, при замыкании фазы A, если 
то
(5)
В данном случае напряжение прикосновения равно половине фазного напряжения.
ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
При выполнении лабораторной работы «Электробезопасность трёхфазных сетей переменного тока» используется стенд БЖ 6/1 М, который представляет собой настольную конструкцию с вертикальной передней панелью. На лицевой панели стенда изображена (рис. 1) мнемосхема системы «трёхфазная электрическая сеть - человек», которая содержит изображение источника питания (трёхфазная сеть), фазных и защитных проводников, электропотребителя, устройств защитного отключения (УЗО) и цепи, имитирующие прикосновение человека к фазным проводам.
Рисунок 1 - Мнемосхема системы «трёхфазная электрическая сеть - человек»
Индикация наличия фазных напряжений осуществляется тремя светодиодными индикаторами – жёлтым (фаза А), зелёным (фаза В) и красным (фаза С).
Реально существующие распределённые сопротивления изоляции и ёмкости проводов (фазных и нулевого) относительно земли изображены на мнемосхеме в виде сосредоточенных элементов – резисторов и конденсаторов, расположенных слева вне защиты УЗО. Трёхфазный электропотребитель показан на мнемосхеме в виде корпуса, подключённого к системе через УЗО, реагирующего на дифференциальный (остаточный) ток.
В изображение человека помещён светодиодный индикатор, сигнализирующий о превышении предельно допустимого длительного тока через человека.
На поле мнемосхемы, рядом с изображениями элементов моделируемой сети, размещены коммутационные элементы и регуляторы с соответствующими буквенно-цифровыми обозначениями.
По принципу работы стенд является цифровым микропроцессорным устройством, вычисляющим по существующим формулам параметры сети в зависимости от комбинаций коммутационных элементов на передней панели стенда. Результаты вычислений выводятся на цифровые индикаторы. Индикаторы отображают «измеренные» (вычисленные) значения параметров по нажатию кнопки «Измерение», показания сбрасываются нажатием кнопки «Сброс». При работе с УЗО кнопку «Измерение» нажимают, удерживая кнопки «Контроль» либо «S кз к».
Включение и выключение стенда производится тумблером «ВКЛ - ВЫКЛ».