Исследование электробезопасности трехфазных электрических сетей

       

Задание на работу


На одном из лабораторных стендов необходимо провести следую­щие опыты:

1. В трехпроводной сети с изолированной нейтралью исследовать однофазное прикосновение:

 а)  при изменении активного сопротивления изоляции фаз относи­тельно земли (rA=rB=rC=var) при заданном значении сопротивления тела человека (Rh= const) и пренебрежении емкостями фаз относитель­но земли (CА=CB=CC=0), т.е. для воздушных сетей малой протяжен­ности, снять зависимости Ih = f(rиз) и Uпр = f(Ih);

 б)  при изменении емкости фаз относительно земли (CA=CB=CC=var) и больших значениях активных сопротивлений изоляции фаз по сравнению с емкостными (т.е. rA=rB=rC=rиз> ?), что имеет место для кабельных сетей, и заданном значении сопротивления тела человека (Rh=const) снять зависимости Ih = f(C) и Uпр = f(Ih).

2. В четырехпроводной сети с заземленной нейтралью исследовать однофазное прикосновение при изменении значения сопротивления тела человека (Rh=var) при условии, что CA=CB=CC=0, т.е. для воздуш­ной сети малой протяженности, и rA=rB=rC=rиз> ?, так как сопро­тивление изоляции много больше сопротивления заземления нейтрали r0 и ток, минуя rиз, замыкается через малое сопротивление r0. В этом опыте снимаются зависимости Ih = f(Rh) и Uпр = f(Ih).

3. В трехпроводной сети с изолированной нейтралью исследуются две защитные меры:

    а)  компенсация емкостной составляющей тока, для чего при заданном значении сопротивления тела человека (Rh=const), rA=rB=rC=rиз> ? и CA=CB=CC=C=0,6 мкФ, что характерно для протяжен­ных воздушных сетей, устанавливают индуктивность L (дроссель) тум­блером в нейтраль трансформатора и снимают зависимость Ih = f{L), предварительно измерив ток Ih без компенсации.

б)  защитное заземление электроустановки, для чего устанавливают СА=СB=СC=0, rA=rB=rC=rиз=const и Rh=const (в соответствии с заданием) и при Rз=var снимают зависимость Ih = f(rз).

 В настоящее время на стендах не исследуется защита занулением, широко применяемая в четырехпроводных сетях с заземленной нейтра­лью, т.к.
при этом должны перегорать согласно заложенному в кон­струкцию принципу предохранители и при каждом опыте надо устанав­ливать новые. Переход на автоматические отключающие устройства вместо предохранителей не реализован из-за технических трудностей и больших конструктивных переделок.


2.2 Порядок выполнения работы
Получите задание и разрешение от преподавателя на выполнение работы.
Работа на стенде СЭБ-1
Приведите стенд (рис. 10) в исходное положение, для чего:
–  ручки переключателей СА, СВ, СС, rA, rB, rC  установите на нулевые деления, а переключателей ПV и ПФ – в положение А;
– тумблеры "устройство", "шунтирующий", "компенсация", "за-нуление", rо, rр, rз в положение "выкл.";
– поворотом ручки переключателя 1 включите стенд.
1.    Однофазное прикосновение в сети с изолированной нейтралью.
При соприкосновении с корпусом электроустановки, на которую
произошло замыкание фазы, через человека протекает ток, значение которого зависит от параметров сети. Чем ниже сопротивление изоля­ции rиз и чем больше емкость С сети относительно земли, тем больше опасность поражения.
Определите опытным путем значение тока Ih, проходящего через тело человека.
а) при СА=СB=СC= 0 и  rA=rB=rC=rиз= var, для этого:
– двумя тумблерами на стенде включите "устр.";                
– установите ручку Rh (сопротивление тела человека) согласно заданию;
– нажмите кнопку "замыкание", что означает замыкание фазы на корпус электроустановки;
– установите ручку переключателей rA, rB, rC  последовательно на деления 1, 2, 5 и т.д., что соответствует активному сопротивлению изо­ляции фаз относительно земли;
– внесите показания приборов: вольтметра V и миллиамперметра A2 в бланк отчета в виде таблицы;
б) при rA= rB= rC  = ? и СА = СB = СC = var, для этого:
– установите ручки переключателей СА, СВ, СС последовательно на деления 0,1; 0,2 и т.д., что соответствует емкости фаз относительно зем­ли, и показания приборов впишите в таблицу;


– приведите стенд в исходное положение, для чего установите все ручки переключателей и тумблеры, как указано в начале опыта на стен­де СЭБ-1.
2.  Однофазное прикосновение в сети с заземленной нейтралью.
В сети с заземленной нейтралью напряжения отдельных фаз по отношению к земле, как уже указывалось ранее, остаются практически постоянными в аварийном режиме и равны фазному напряжению. При соприкосновении с корпусом электроустановки, находящимся под на­пряжением, человек включается в электрическую цепь. Значение тока, проходящего через тело человека Ih, не зависит от электрических пара­метров сети, поскольку емкостное сопротивление и активное сопротив­ление изоляции фаз зашунтированы глухим соединением нейтрали с землей, имеющей очень малое сопротивление (для сети 380В r0 ? 4 Ом), которым можно спокойно пренебречь. При равенстве нулю сопротив­ления обуви и сопротивления основания (пола) ток, проходящий через тело человека, зависит только от его собственного сопротивления и мо­жет достичь смертельных для жизни значений.
Определите значение тока Ih через тело человека, для чего:
– включите "устр.";
– включите тумблер r0, что означает нейтраль трансформатора за­землена;          
– нажмите кнопку "замыкание";
– ручку переключателя Rh последовательно установите в положе­ние 1, 2, 4 и т.д.
– показания приборов внесите в таблицу, при этом вольтметр дол­жен показывать фазное напряжение.
– приведите стенд в исходное положение.
3.  Защитные меры в трехпроводной сети с изолированной нейтра­лью.
а) Компенсация емкостной составляющей тока в сети с изолиро­ванной нейтралью.
В протяженной сети с изолированной нейтралью, в которой ем­кость часто превышает 0,3 мкФ на фазу, для уменьшения (компенса­ции) емкостного тока замыкания на землю, а также тока через человека при его прикосновении к одной из фаз в нейтраль источника питания включают компенсирующее устройство в виде катушки индуктивности или дросселя.


В зависимости от значения индуктивности, которое в принципе можно регулировать, емкостной ток может быть полностью компенсирован либо недокомпенсирован или перекомпенсирован.
В данном опыте на стенде следует:
– двумя тумблерами включить "устр.";
–  ручки переключателей СА, СB, СС установить в положение 0,6 мкФ, Rh –согласно заданию;
– нажать кнопку "замыкание" и показания приборов вписать в таблицу;
– включить тумблер "компенсация" и показания приборов внести в ту же таблицу, где указывается заданное сопротивление тела человека Rh и значения тока Ih и напряжения прикосновения Uпр без компенса­ции и с компенсацией;
–  привести стенд в исходное положение.
б) Оценка эффективности защитного заземления.
Для обеспечения безопасности обслуживающего персонала от по­ражения электрическим током при пробое фазы на корпус в сети с изо­лированной нейтралью (U < 1000 В) на электроустановках устраивается защитное заземление, которое представляет собой преднамеренное со­единение с землей металлических нетоковедущих частей электроуста­новки, нормально не находящихся под напряжением, посредством заземляющих проводников и заземлителей (см. работу "Исследование защитного заземления"). При правильно выполненном заземлении (т.е. правильно выбранном и реализованном заземляющем устройстве с со­ответствующим значением сопротивления заземления, для UА=380В rз? 4 Ом) напряжение прикосновения на корпусе и напряжение шага у корпуса основания при стекании тока через заземлитель должны быть меньше предельно допустимых, и тогда ток через человека будет мень­ше порогового отпускающего, т.е. меньше 10—15 мА.
Определите эффективность защитного, заземления, для этого:
–  двумя тумблерами включите "устр.";
– переключатель Rh поставьте согласно заданию;
– установите ручки переключателей rA, rB, rC в соответствии с заданием;
– нажмите кнопку "замыкание" и снимите показание миллиам­перметра A2, представляющего ток через человека Ih;


– включите тумблер rз, что означает подключение корпуса оборудования к защитному заземлению, и вновь запишите показания миллиамперметра, которое будет представлять значение тока через челове­ка при наличии заземления электроустановки;
– приведите стенд в исходное положение.
 
Работа на стенде СЭБ-2
Пояснения к содержанию каждого из опытов не даются, т.к. они уже приведены при работе на стенде СЭБ-1. Приводится лишь порядок выполнения работы.
1.  Однофазное прикосновение в сети с изолированной нейтралью.
а)  – включите тумблер "Сеть";
– переключатели СА, СB, СС поставьте в положение "0", переклю­чатель Rh – в положение, соответствующее варианту задания;
– нажмите на кнопку Sкп, что соответствует замыканию фазы на корпус, и изменяя последовательно активное сопротивление изоляции фазных проводов относительно земли (rA=rB=rC=1; 2; 10 и 400 кОм) снимите значения тока, протекающего через человека Ih, по показанию миллиамперметра А2;                                                   
– результаты наблюдений занесите в бланк отчета;
– верните все переключатели и тумблеры в исходное положение, т.е. в положение "Выкл.".
б)  – включите тумблер "Сеть";
– переключатели rA, rB, rC поставьте в положение ?, переключа­тель Rh– в положение, соответствующее варианту задания;
– нажмите на кнопку Sкп и, изменяя последовательно емкость фазных проводов относительно земли (СА=СB=СC=0,1; 0,2; 0,6; 1,0; 1,6 мкФ), снимите значения тока, протекающего через человека, с при­бора А2. Показания для 0,1 и 0,2 мкФ возьмите по верхней шкале мил­лиамперметра, для остальных значений емкости – по нижней шкале;
– верните все тумблеры и переключатели в исходное положение.
2.     Однофазное прикосновение в сети с заземленной нейтралью.
– включите тумблер "Сеть", а также Во, что соответствует включе­нию четвертого (нейтрального) провода, Ro, Sш1, что соответствует со­единению нейтральной точки с землей;


– тумблер Rрб поставьте в положение 4 Ом, что соответствует под­ключению сопротивления рабочего заземления;
– нажмите на кнопку Sкп и, изменяя последовательно значения Rh, снимите значения тока, протекающего через человека, с прибора A2 (по нижней шкале);
– верните все тумблеры и переключатели в исходное положение.
3.  Защитные меры в трехпроводной сети с изолированной нейтра­лью.                                                       
а) Компенсация емкостной составляющей тока в сети с изолированной нейтралью.
– включите тумблер "Сеть";
– установите ручки переключателей СА,  СВ, СС в положение 0,6 мкФ, Rh — согласно заданию;    
– нажмите на кнопку Sкп и изменяя значения L (для чего устано­вите ручку тумблера SL в положения 0; 1; 2) снимите зависимость Ih = f(L);
– верните все тумблеры и переключатели в исходное положение.
– б) Оценка эффективности защитного заземления.
– включите тумблер "Сеть";
– поставьте переключатели Rh, rA, rB и rC  в положение, соответст­вующее варианту задания;
– нажмите на кнопку Sкп и снимите значение тока, протекающего через человека при его прикосновении к незаземленному корпусу, с прибора А2 (по нижней шкале);
– включите тумблер Rз (сопротивление заземления) и при нажа­той кнопке Sск снимите с прибора А2 значения тока, протекающего че­рез человека, при изменении R3 4, 10 и 75 Ом (для Rз = 4 и 10 Ом показания берите с верхней шкалы прибора A2);
– верните все тумблеры и переключатели в исходное положение.
Обработка экспериментальных данных
1.  По результатам исследования сети с изолированной нейтралью:
а) постройте графики зависимостей Iк = f(rиз) и Uпр  = f(Ih); сделайте анализ полученных кривых. Рассчитайте по заданному значению Rh значения тока Ih = Uф/(Rh + rиз/3) и напряжение прикосновения Uпр=Ih расRh и сравните с экспериментальными данными.
б) постройте графики зависимостей Ih = f(C) и Uпр = f(Ih) и сделай­те анализ полученных зависимостей кривых.
2. По результатам исследования сети с заземленной нейтралью постройте графики зависимости Ih = f(Rh) и Uпр = f(Ih) и сделайте анализ полученных кривых.
3.  По результатам опытов по компенсации емкостной составляю­щей тока и оценке эффективности защитного заземления сделайте со­ответствующие выводы.

Содержание раздела