Исследование условий электробезопасности в трехфазных цепях с заземленной нейтралью

Цель работы:

- исследование  режимов однофазного прикосновения  человека;

- изучение  принципа действия зануления;

- ознакомление  с опасностями непрямого прикосновения  при использовании защитного  заземления и зануления.

 

Описание основных исследуемых  величин:

в работе количественно оценивается напряжение, под которым окажется человек при однофазном прикосновении к исправной и неисправной сети, величина протекающего через тело человека тока, изучаются опасности, возникающие при заземлении корпусов приемников электроэнергии, принципы действия зануления корпусов и рассматриваются различные случаи выноса опасного потенциала при неправильном выполнении зануления.

 

Виды воздействия тока на человека:

 

Предельно допустимые значения напряжения прикосновения и тока проходящего через тело человека, с учётом приемлемого риска (в соответствии с ГОСТ 12.1.038-82)

Применение	Род и частота тока	Нормируемая величина	Продолжительность воздействия, с
			0,01-0,08	0,1	0,2	0,5	1,0	>1
При аварийном режиме производственных электроустановок	» 50 Гц	Uh	550	340	160	105	60	20
		Ih	650	400	190	125	50	6
При аварийном режиме бытовых электроустановок		Uh	220	200	100	50	25	12
		Ih	220	200	100	50	25	2

 

Схема лабораторной установки

 

Протокол измерений.

№ п/п	Значения сопротивления, Ом					Напряжения фаз и  корпусов относительно земли, В
	RA	RB	RC	Rзам	Rзаз	UA01	UB01	UC01	UK1,U0	UK2	UКЗ,Uh
1	5	5	5			27	27	27	0	0	26
2	150	150	150			27	27	27	0	0	26
3	150	150	150	50		29	29	24	2	2	28
4	150	150	150	100		28	28	25	1	1	27
5	150	150	150			27	27	27	0	0	26
6	150	150	150		4	16	33	33	9	9	16
7	150	150	150		100	24	28	28	2	2	24
8	150	150	150			0	0	0	0	0	0
9	150	150	150			27	27	27	14	14	0
10	150	150	150			27	27	27	0	27
11	150	150	150			27	27	27	0	0
12	150	150	150			27	27	27	0	0
13	150	150	150			25	28	28	1	4
14	150	150	150			47	47	1	26	26
15	150	150	150			31	31	19	7	7

 

 

 

Строки 1 и 2 протокола измерений указывают на режим прямого прикосновения человека к фазе А при разном сопротивлении изоляции. По данным измерений сопротивление изоляции практически не влияет на напряжение прикосновения.

Строка 3, 4. Замыкаем фазу С на землю. По результатам показаний видим что напряжение прикосновения больше чем фазное напряжение (28>24 и 27>25).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Строка 5. Ситуация, когда происходит пробой фазы на корпус оборудования, а человек держится за этот корпус. Сравнивая строку 1 (человек прикасается к фазе А) и строку 4 (пробой фазы на корпус) видим, что напряжение прикосновения одинаковое.

 

Строка 6. Теперь ситуация отличается от предыдущей тем, что корпус К-3 заземлен. Сопротивление заземления 4 Ом. По результатам мы видим, напряжение прикосновения человека почти вдвое меньше фазного напряжения. При этом на корпусах заземленного оборудования появилось напряжение Uk1 и Uk2 равное 9 В. Так как ток потек по цепи наименьшего сопротивления (сопротивление заземления 4 Ом а сопротивление человека в лабораторной работе 1000 Ом), напряжение прикосновения стало меньше и составило 16В.

Подсчитаем напряжение прикосновения  если у нас фазное напряжение равно 220В.

U_h=U_ф*R_заз/(R_заз+R₀)

Где:

U_h – напряжение прикосновения

U_ф – фазное напряжение

R₀ – сопротивление рабочего заземления. По ПУЭ не более 4Ом.

R_заз – сопротивление защитного заземления. R_заз=4Ом.

U_h=220*4/(4+4)=110В.

I_h=U_h/R_h

где I_h – ток через тело человека

R_h – сопротивление тела человека

I_h=110/1000=110мА

Данное напряжение очень опасно, ток проходящий через тело человека при касании корпуса во много раз больше предельно допустимого, поэтому подобное защитное заземление без зануления корпуса запрещено.

 

Строка 7. В этой ситуации сопротивление заземления больше положенного и составляет 100 Ом. При этом напряжение прикосновения возросло с 16В. до 24 В.

U_h=220*100/(4+100)=211,53В.

I_h=211/1000=211мА

Из этого можно сделать что  при заземление на конструкции плохо  связанные с землей такие как  батареи отопления, водопроводы  и т. д. на них могут возникнуть потенциалы близкие к напряжению сети, а это смертельно опасно и недопустимо.

Строка 8. При замыкании фазы на корпус зануленного электроприемника формируется контур тока короткого замыкания «фаза – корпус - зануляющий проводник - нулевой провод - нейтраль обмотки трансформатора». Под действием тока короткого замыкания срабатываю защитные автоматы и отключают неисправный приемник от электросети.

 

Строка 9. Тут рассматривается случай пробоя фазы на корпус двигателя при неправильном выставлении уровня токовой защиты. В данном случае ток замыкания не достаточен для срабатывания предохранителя. На неповреждённых электроприёмниках оказывается опасное напряжение (14 вольт).

 

Строка 10, 11, 12, 13. Обрыв нулевого провода выключением S5 двигатель К2 и осветительная нагрузка остались без нуля и рабочего заземления. При этом перестает работать осветительная нагрузка. Причем при включении осветительной нагрузки на корпусе двигателя появляется опасное напряжение равное фазному.

При включении повторного заземления ток начинает течь через цепь заземления, а на корпусе К2 появляется напряжение, равное падению напряжения на сопротивлении заземления.

Оценим опасность данного напряжения.

U_h =(220/27)*4 =32,6В

I_h=32,6/1000=32,6мА

При прикосновение к корпусу  К2 через тело человека может протекать  неотпускающий ток, что может  быть потенциально опасным и привести к серьезному вреду здоровью но менее опасным чем если бы не было повторного заземления.

 

Строка 14, 15. При замыкании на землю фазы С напряжение между фазой С и землей становится равным нулю. Напряжения между двумя другими фазами и землей становятся равными линейным напряжениям. Защитный нулевой провод и все занулённые конструкции в случае обрыва цепи заземления нейтрали оказываются под напряжением равным напряжению смещения нейтрали.

Наличие повторного заземления нулевого провода снижает опасность непрямого прикосновения. Оно выступает как дублёр основного заземлителя в аварийной ситуации и снижает напряжение прикосновения за счёт перераспределения падения напряжения на сопротивлении заземления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выводы.

 

В сети TN прямое прикосновение человека к одной из фаз является смертельно опасным, напряжение прикосновения практически равно фазному и не зависит от сопротивления изоляции. В данном случае защитное заземление замыкает цепь земля – ноль – человек –фаза и только повышает риск попасть под опасное напряжение.

Непрямое прикосновение к корпусу  без защитного заземления, настолько  же опасно, как и прикосновение  к одной из фаз. Надлежащее заземление корпуса уменьшает потенциал  на нем до значения приблизительно равное половине фазного, что при  напряжение фазы 220В также является смертельно опасным. Ненадлежащее заземление с высоким сопротивлением, приводит к тому что напряжение на корпусе практически равно фазному и также смертельно опасно.

Защитное зануление в сетях TN практически сводят к 0 риск поражения электрическим током при касании зануленного корпуса, но при правильном расчете устройств автоматической защиты. Если же для устройств защитного отключения выбран слишком большой ток, то при коротком замыкании одной из фаз на корпус последствия могут иметь очень серьезный характер, такие как поражения электрическом током или возникновение пожара.

В случае обрыва нулевого провода  на зануленных корпусах электрооборудования могут появляться опасные для жизни напряжения, причем токи протекают по цепи фаза – включенное оборудование – корпус – сопротивление человека – земля – фаза. Повторное заземление нулевого провода в этом случае снижает потенциалы на корпусах оборудования, но не делают их полностью безопасными.

В итоге можно сделать вывод, что для данных сетей самыми эффективными средствами защиты – являются защитное зануление с выбором соответствующих устройств защитного отключения, совместно с повторным заземлением электрооборудования.