Лаба. Лаб.условия электробезопасности. Сопротивление заземления нейтрали 0 источника электроэнергии, r

• Название: Сопротивление заземления нейтрали 0 источника электроэнергии, r
• Дата: 18.12.2021
• Размер: 174.51 Kb.
• Имя файла: Лаб.условия электробезопасности.docx
• Тип: Документы; #308425

Общие сведения

Трехфазные четырехпроводные сети с за­земленной нейтралью - наиболее часто применяемый в на­родном хозяйстве вид электрических сетей. Такие сети име­ют большое экономическое преимущество: наряду с трехфаз­ными приемниками напряжением 380 В (станки, насосы, вен­тиляторы и пр. силовое оборудование) от них могут получать питание без применения трансформаторов и однофазные при­емники напряжением 220 В (сети освещения, переносные потребители и т.п.). С точки зрения электробезопасности данная сеть является не лучшей, так как в ней может создаваться целый ряд опасных ситуаций. Именно в таких сетях возникает большинство электротравм.

К наиболее опасным относится режим однофазного прикосновения, когда человек касается какой-либо токоведущей части (нарушает правила техники безопасности). Или касается корпуса приемника электроэнергии, не зная о том, что в нем есть неисправность типа замыкания фазы на корпус (здесь он пра­вил техники безопасности не нарушает). Такой режим показан на рисунке



Рис. 1. Эквивалентная схема режима однофазного при­косновения
Здесь через а, b, с, 0 обозначены фазные провода и нулевой провод сети, R_o - сопротивление заземления ней­трали 0 источника электроэнергии, r_а, r_b, r_c - сопротивления изоляции фаз, R_h=l кОм - сопротивление тела человека, O1 - точка с потенциалом земли. В сетях напряжением 380/220 В согласно действующим нормам R_o ≤ 4 Ом, т. е. всегда сопротивление Ro существенно меньше сопротивлений изоляции фаз. Поэтому в этих сетях токами утечки через изо­ляцию можно пренебречь, полагая, что в основном контур тока, проходящего через тело человека, замыкается через сопротивление R_o. Тогда в этом контуре напряжение, прило­женное к телу человека (напряжение прикосновения) будет

(1)

так как R_h >> R_o, т. е. в сетях с глухим заземлением нейтрали сопротивление изоляции не ограничивает величину напряже­ния прикосновения. Ток через тело человека в режиме одно­фазного прикосновения всегда будет опасным для жизни.

Если в сети есть неисправности изоляции типа замыканий на землю, то опасность режима однофазного прикосновения возрастает. В качестве примера на приведена векторная диаграмма напряжений для случая прикосновения человека к фазе а при замыкании фазы с на землю через сопротивление R_зам.


Рис 3. Эквивалентная схема режима прикосновения че­ловека к заземленному корпусу неисправного приемника электроэнергии
Защитное заземление корпусов приемников электроэнер­гии, выполненное с соблюдением требований к заземляющему устройству (R_з ≤ 4 Ом), из-за влияния цепи заземления нейтрали R_o в этих сетях оказывается неэффективным:



т. е. всегда напряжение прикосновения к корпусу неисправ­ного приемника будет больше допустимого; при этом опас­ные потенциалы относительно земли появляются и на нулевом проводе. Опасность режима существенно повышается, когда в качестве заземлителей используют батареи отопления, водопроводные трубы или другие металлические конструкции, слу­чайным образом связанные с землей (>100 Ом).

Действенной мерой защиты от поражения током в режиме замыкания фазы на корпус является зануление - электриче­ская связь корпуса с нулевым проводом. При занулении за­мыкание фазы на корпус приводит к однофазному короткому замыканию. Ток короткого замыкания, протекающий по петле «фаза - нуль», должен вызывать срабатывание макси­мальной защиты и отключение поврежденного приемника. В случае неправильного выполнения зануления могут воз­никнуть различные опасные для жизни людей ситуации, изу­чаемые в настоящей лабораторной работе.


Основная часть
Установили схему стенда в исходное состояние: включили S1, S2, S5, S10, выключили S7, S8, S11, S16, переключатели S4, S6 перевели в нейтральное положение. Определили фазные напряжения источника электоэнергии U_ф=24В. Убедились, что напряжение смешения нейтрали равно нулю.
Анализ условий прямого прикосновения в системе TN

1. 
   Переключателем S6 установили режим прямого прикосновения человека к фазе А.
   
2. 
   Установили переклчатель S13, S14, S15 в левое положение, измерили напряжения соответствующих фаз относительно земли, напряжение на корпусах и напряжение прикосновения. Результаты занесли в табл.1 №1.
   
3. 
   Установили переключатель S13, S14, S15 в правое положение с другим сопротивлением фаз, измерили и записали результаты в табл.1 №2. Получили результаты, аналогичные п.2.
   
4. 
   Установили выключателем S11 замыкание фазы С на землю. Измерили напряжение и записали в табл. 1 №3, 4 результаты при двух возможных сопротивлениях заыкания 50 и 100 Ом (устанавливаются переключателем S12). Получили, что U_h > U_ф (U_ф=24В).
   

№ п/п	Значение сопротивления, Ом						Напряжения фаз и корпусов относительно земли, В
	RA	RB	RC	Rзам	Rзаз	U (A)		U(B)	U(C)	U(K-1), Uo	U(K-2)	U(K-3), Uh
1. Система в исправном состоянии
1.1	-	-	-	-	-	27		27	24	0	0	0
2. Анализ опасности прямого прикосновения
2.2	5000	5000	5000	-	-	27		27	24	0	0	27
2.3	150 000	150 000	150 000	-	-	27		27	24	0	0	27
2.4	5000	5000	5000	50	-	29		29	20	2	2	29
	5000	5000	5000	100	-	27		27	24	0	0	27
3. Анализ опасности при непрямом прикосновении
3.1	5000	5000	5000	-	-	27		27	24	0	0	27
3.2	5000	5000	5000	-	4	16		34	31	9	9	15
3.3	5000	5000	5000	-	100	25		29	25	2	2	25
4. Изучение принципа действия зануления
4.1	5000	5000	5000	-	-	0		0	0	0	0	0
5. Оценка опасности зануления корпусов
5.1	5000	5000	5000	-	-	27		27	24	13	13	0
5.2	5000	5000	5000	-	-	-		-	-	0	0	-
	5000	5000	5000	-	-	-		-	-	0	23	-
	5000	5000	5000	-	-	-		-	-	0	0	-
	5000	5000	5000	-	-	-		-	-	1	2	-
5.3	5000	5000	5000		-	-		-	-	24	24	-
	5000	5000	5000		-	-		-	-	3	3	-

Рис 1.1 Схема прямого прикосновения человека к фазе A



Рис 1.2. Схема прямого прикосновения человека к фазе A при замыкании фазы C на землю
Оценка опасности заземления корпусов при непрямом прикосновении

1. 
   Переключателем S6 установили режим прикосновения человека к корпусу КЗ, а выключателем S7 замкнули фазу на корпус (выключатель S11 должен быть отключен). Результаты измерений занесли в табл.2 №1. Убедились, что напряжение при непрямом прикосновении такое же, как и напряжение при прямом прикосновении к фазе А (табл.1 №1).
   
2. 
   Выключателем S8 заземлили корпус, переключателем S9 установили R_заз = 4 Ом. Измерили и занесли в табл. 2 значения соответствующих напряжений. Убедились, что при наличии заземления напряжение прикосновения уменьшается примерно до половины фазного напряжения, а на корпусах К1 и К2 появляется большое напряжение.
   
3. 
   Переключателем S9 установили сопротивление заземления 100 Ом. Измерили напряжения и занесли их в табл. 2, убедились, что напряжение прикосновения становится близким к фазному, а на нулевом проводе значительно уменьшается. Выключателем S7 сняли замыкание фазы на корпус.
   

Таблица 2

№ п/п	Значения сопротивлений, Ом					Напряжения фаз и корпусов относительно земли, В
	Rа	Rb	Rc	Rзам	Rзаз	UA01	UB01	UC01	U0, Uк1	Uк2	Uк3 Uh
1	150	150	150	150		24	26	22	0	0	24
2	150	150	150	150	4	10	35	32	13	13	10
3	150	150	150	150	100	21	27	24	2	2	21

Рис 2 Схема непрямого прикосновения человека к корпусу прибора

Защитное заземление без зануления корпуса запрещено. При выполнении защитного заземления ( = 4 Ом) напряжение прикосновения уменьшается, но незначительно (максимум в 2 раза).

.

Если заземлить корпус на элементы, случайным образом связанные с землей (Rзаз = 100 Ом), то напряжения прикосновения практически не будет отличаться от фазного, что крайне опасно:

.

Изучение принципа действия зануления

1. 
   Переведя переключатель S4 в положение 1, замкнули фазу А на занулённый корпус К1-1. Убедились в автоматическом снятии напряжения состенда (вольтметром измерили напряжения во всех положениях переключателя S3) и записали полученные результаты в табл. 3 №1.
   
2. 
   Нарисовали схему замещения режима и показали на ней контур тока короткого замыкания и аппаратуру защиты, которая должна была сработать.
   
3. 
   Переключатель S4 установили в среднее положение.
   

Таблица 3

№ п/п	Значения сопротивлений, Ом					Напряжения фаз и корпусов относительно земли, В
	Rа	Rb	Rc	Rзам	Rзаз	UA01	UB01	UC01	U0, Uк1	Uк2	Uк3 Uh
1	150	150	150			0	0	0	0	0	0

Рис 3. Схема действия принципа зануления
Оценка опасности зануления корпусов при непрямом прикосновении

1. 
   Случай неправильно выбранной (завышенной) уставки срабатывания максимальной токовой защиты. Переведя переключатель S4 в положение 2, замкнули фазу А на занулённый корпус К1-2. В данном случае ток замыкания недостаточен для срабатывания предохранителя F: он не отключил повреждённый электроприёмник, автоматическое снятие напряжения со стенда не произошло. При этом напряжение на нулевом проводе и, соответственно, на всех корпусах неповреждённых электроприёмников К1-2 и К2 оказывается большим. Записали результаты в табл.4 №1. Переключатель S4 установили в среднее положение, отключив замыкание фазы А на корпус К1-2.
   

Рис 4.1. Схема с неправильно выбранной (завышенной) установки срабатывания максимальной токовой защиты

2. 
   Случай обрыва нулевого провода или неправильной установки в нём выключателя нагрузки. Отключили выключателем S5 осветительную нагрузку Н. Измерили напряжения на занулённых корпусах К1 и К2 (возможное напряжение прикосновения при касании их человеком) при отключённом и включённом S10. С помощью S16 включили повторное заземление нулевого провода. Повторили измерения напряжений. Отключили S16 и включили S5.
   

Рис 4.2. Схема обрыва нулевого провода или неправильной установки в нем выключателя нагрузки

3. 
   Случай обрыва цепи заземления нейтрали источника при наличии замыкания фазы на землю. Выключателем S11 замкнули фазу С на землю и S2 отключили рабочее заземление. Измерили напряжения на занулённых корпусах К1 и К2 исправных приёмников относительно земли при отключённом повторном заземлении нулевого провода. Повторили опыт, включив S16. Результаты занесите в табл. 4.
   

Таблица 4

№ п/п	Значения сопротивлений, Ом					Напряжения фаз и корпусов относительно земли, В
	Rа	Rb	Rc	Rзам	Rзаз	UA01	UB01	UC01	U0, Uк1	Uк2	Uк3 Uh
1	150	150	150			25	25	22	15	15	0
2	150	150	150			25	25	22	0	22	0
3	150	150	150			25	25	22	0	0	0
4	150	150	150			28	29	16	5	11	0
5	150	150	150			25	25	22	0	0	0
6	150	150	150			42	42	0	22	22	0
7	150	150	150			36	36	7	14	14	0

Рис 4.3. Схема обрыва цепи заземления нейтрали источника при наличии замыкания фазы на землю
Вывод
Оценка напряжений при однофазном прикосновении

При изменении сопротивления изоляции проводов напряжение прикосновения к фазе не меняется. При замыкании фазы С на землю происходит увеличение напряжения на человеке.

Опасности заземления корпусов электроприемников.

При заземлении установки происходит деление напряжения между R0 и Rзаз, тогда напряжение прикосновения становится равным половине фазного. При увеличении сопротивления заземления человек оказывается под напряжением фазы, что является опасным.

Изучение принципа действия зануления.

При замыкании фазы на корпус зануленного приемника ток протекает по контуру фаза-ноль и ток достигает максимального значения, что приводит к срабатыванию защиты и снятию напряжения со стенда.

Опасности зануления корпусов при непрямом прикосновении.

1. В случае неправильно выбранной (завышенной) установки срабатывания максимальной токовой защиты:

При присутствии дополнительного сопротивления в цепи ток не достигает значения при котором срабатывает защита и напряжение со стенда не снимается.

2. В случае обрыва нулевого провода или неправильной установки в нем выключателя нагрузки:

При выключенной нагрузке, в независимости от того включено или выключено повторное заземление нулевого провода, напряжение на обоих зануленных корпусах равно нулю.

3. Случай обрыва цепи заземления нейтрали источника при наличии замыкания фазы на землю:

При выключенном повторном заземление нулевого провода напряжение на обоих зануленных корпусах опасно, т.к. стремится к U_ф.

При включенном повторном заземление нулевого провода напряжение на обоих зануленных гораздо меньше, но все еще опасно..