Исследование безопасности в сетях трехфазного тока напряжением до 1000 В

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ В СЕТЯХ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА НАПРЯЖЕНИЕМ  ДО 1000 В

Цель работы:

Изучить влияние различных  факторов и параметров сети на исход  поражения человека электрическим  током в сетях с изолированной и глухозаземленной нейтралью.

Электрические сети и  электроустановки принято разделять  на две группы: напряжением до 1000 В и напряжением свыше 1000В.

По количеству токонесущих  проводов электросети подразделяются на однопроводные, двухпроводные, трехпроводные и четырехпроводные.

Трехпроводные сети переменного  тока - сети трехфазного тока с изолированной нейтралью; четырехпроводные сети - сети трехфазного тока с заземленной нейтралью и нулевым проводом.

В сетях с напряжением  до 1000 В величина тока, протекающего через человека, зависит прежде всего от режима нейтрали цепи, активной и емкостной проводимости проводов относительно земли, а также условий прикосновения и параметров электрической сети.

Ток, протекающий через  тело человека, при прикосновении к одной из фаз сети в период ее нормальной работы (рисунок) определяется по формуле

где Z_С - комплекс полного сопротивления изоляции по отношению к земле.

Сети с изолированной (а) и глухозаземленной (б) нейтралью При симметричной изоляции фаз, т.е. при

получим

Ток, проходящий' через человека, тем меньше, чем больше сопротивление между проводами и землей.

Если емкостью фаз  пренебречь, что возможно для сетей напряжением до 1000В и протяженностью до 1 км, и принять, сопротивление фазы равно активному сопротивлению, то величину тока через человека можно определить по формуле

При большой емкости  фаз,  т.е.  при большой протяженности сети, ток через человека определяется по формуле

Из формулы видно, что  в сети с изолированной нейтралью, при емкости фаз равной или близкой к нулю, ток через человека при однополосном прикосновении зависит от величины r. При большом r ток через человека может не превышать значения порогового неотпускающего тока (ГОСТ 12.1.038-82) и при хорошей изоляции фазных проводов (r), но больших значениях емкости между фазами и землей может достигать опасных для жизни значений. Следовательно, чтобы сеть с изолированной нейтралью считалась относительно безопасной, должно выполнятся условие: сопротивление изоляции проводов относительно земли должно иметь максимальное значение, а емкость минимальное.

При замыкании одной  из фаз на землю (т.е. аварийный режим) в сетях с изолированной нейтралью  опасность поражения резко возрастает. При этом напряжение поврежденной фазы составляет небольшую часть от фазного напряжения, напряжение исправных фаз резко возрастает до линейного значения. В этом случае ток через человека при его прикосновении к исправной фазе определяется по формуле

При нормальном режиме работы сети с глухозаземленной нейтралью сила тока, проходящего через тело человека при прикосновении к одной из фаз сети (рис. 1.1) будет равна

где R₀ - сопротивление заземления нейтрали.

По ГОСТ 12.1.030-81 сопротивление заземления нейтрали составляет несколько Ом, сопротивление тела человека не ниже 1000 Ом. Следовательно, без большой ошибки сопротивлением r_О можно пренебречь и считать, что человек оказывается под фазным напряжением. Тогда

и ток, проходящий через  человека, не зависит от сопротивления изоляции и емкости относительно земли и может достигнуть величины, опасной для жизни человека.

При аварийном режиме, когда одна из фаз замкнута на землю через относительно малое сопротивление, ток, проходящий через человека, касающегося нормальной фазы, определяется следующим уравнением:

где r  - сопротивление замыкания.

При этом напряжение фаз  относительно земли мало изменяется. Напряжение, приложенное к человеку, определяется по формуле

и мало отличается по величине от фазного напряжения источника.

 

Вариант 7:

Зависимости величины протекающего через человека тока для трехпроводной сети с изолированной нейтралью (А) и с глухозаземленной нейтралью (Б) от следующих величин:

а) величины сопротивления  изоляции фаз  , при и . Результаты в таблице 1

Таблица 1

	1	2	5	10	400	∞
А	150	125	78	50	3	0
Б	195	198	199	199	199	200

 

График зависимости 

б) величины емкости фаз  относительно земли при и . Результаты в таблице 2

 

Таблица 2

	0	0,1	0,2	0,5	1	1,5
А	0	29	60	104	155	175
Б	199	200	200	200	200	200

 

График зависимости 

в) сопротивления тела человека, и . Результаты в таблице 3

Таблица 3

	1	2	4	5	10	∞
А	150	97	51	40	21	0
Б	200	115	55	42	22	0

График зависимости 

Вывод:

В ходе лабораторной работы мы проводили исследование безопасности в сетях трехфазного тока с  напряжением до 1000В. Мы изучали влияние  различных факторов и параметров сети на исход поражения человека электрическим током в сетях  с изолированной и глухозаземленной нейтралью. В ходе работы были сняты зависимости величины протекающего через человека тока от следующих величин:

а) величины сопротивления изоляции. Мы установили, что при схеме с глухозаземленной нейтралью значение силы тока, проходящего через человека практически не изменяется и равно 200мА. При схеме с изолированной нейтралью максимальное значение 150мА, а минимальное 0мА при бесконечно большой величине сопротивления фаз, что является наиболее безопасным вариантом.

б) величины емкости фаз. Мы установили, что при схеме с глухозаземленной нейтралью значение силы тока, проходящего через человека практически не изменяется и равно 200мА. При схеме с изолированной нейтралью максимальное значение 175мА, а минимальное 0мА при использовании проводов с нулевой емкостью фаз, что является наиболее безопасным вариантом.

в) сопротивления тела человека. Мы установили, что при схеме с глухозаземленной нейтралью значение силы тока, проходящего через человека, имеет наибольшее значение при минимальном значении сопротивления человека 1кОм и равно 200мА, а минимальное при бесконечно большом сопротивлении человека. При схеме с изолированной нейтралью максимальное значение 150мА, а минимальное 0мА при бесконечно большой величине сопротивления человека, что является самым безопасным вариантом.