МИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра безопасности жизнедеятельности ОТЧЕТ по лабораторной работе №1 по дисциплине «БЖД» Тема: Исследование условий электробезопасности в трехфазных сетях с изолированной и с компенсированной нейтралями Студент гр. 7372 . Студент гр. 7372 И.И. Студент гр. 7372 И.И. Преподаватель Маловский А.И. Санкт-Петербург 2020 Цели работы. Исследование опасности при однофазном прикосновении человека. Изучение основных принципов защиты от поражения электрическим током. Изучение опасности при аварийных режимах работы сети. Ход работы. 1. Анализ условий опасности прямого прикосновения к сети IT 1. Переключателем S4 устанавливаем режим прямого прикосновения человека к фазе А. 2. Устанавливаем переключателями S8, S10, S12 емкости фаз C=0.1 мкФ и, изменяя переключателями S9, S11, S13 одновременно сопротивления изоляции фаз от минимального (положение 1) до максимального (положение 5), измеряем напряжение смещения нейтрали, соответствующих фаз относительно земли и напряжение прикосновения. 3. Измерения, аналогичные п.2, проводим и для C размерностью 1 мкФ, 10 мкФ. Результаты представлены в Таблице 1. 2 Таблица 1. № п/п Параметры сети Ёмкость, Сопротивление, мкФ кОм Результаты измерений напряжений относительно земли, В Сф, мкФ 𝑹𝒂 𝑹𝒃 𝑹𝒄 𝐔𝟎𝟎𝟏 𝐔𝐚𝟎𝟏 𝐔𝒃𝟎𝟏 𝐔𝐜𝟎𝟏 𝑼𝒉 0 2 2 2 0,3 24 23 25 0 2 2 2 9,1 14 28 31,3 14 10 10 10 18 5 34 39 6 50 50 50 22,5 2,5 38 43 2.5 250 250 250 24 2 38.5 43.5 2 500 500 500 24 2 39 44 2 2 2 2 8,5 16 32,5 16 10 10 10 14 1,2 2,5 48,5 16 50 50 50 16 16,5 24 45 17 250 250 250 16 17 24 41 17,4 2 2 2 6,5 19,5 21 32 20 10 10 10 9 21,5 18,5 34,5 22 50 50 50 9,3 22,5 17,5 35 23 250 250 250 9,5 23 17,5 35 23 Нач. значения 1 2 3 0,1 1 10 25 Зависимость напряжения прикосновения 𝑈ℎ от сопротивления 𝑅 представлена на рисунке 1. 3 Зависимость напряжения прикосновения Uh от сопротивления R Uh, В 25 20 15 10 5 0 2 10 50 0,1 мкФ 1 мкФ 250 R, кОм 10 мкФ Рисунок 1 Выводы. График показывает, что при низкой емкости напряжение прикосновения зависит от сопротивления изоляции. Однако при высокой емкости напряжение прикосновения не только не снижается, но даже немного увеличивается: наблюдается обратная зависимость. Зависимость напряжения прикосновения Uh от ёмкости фаз относительно земли Сф представлена на рисунке 2. 4 Зависимость напряжения прикосновения Uh от ёмкости фаз относительно земли Сф 25 20 Uh, В 15 10 5 0 0,1 1 10 Сф, мкФ 2 кОм 10 кОм 50 кОм 250 кОм Рисунок 2 Выводы. График показывает, что при высокой емкости напряжение не зависит от сопротивления изоляции: все четыре графика стремятся к общему значению и находятся в промежутке от 20В до 23В. При значении ёмкости 0,1 мкФ наблюдается разница напряжений в промежутке от 2В до 14В. Это связано с влиянием сопротивления изоляции. 4. Получаем у преподавателя задание на расчет напряжения прикосновения при несимметричных активных сопротивлениях фаз и определяем его экспериментально для последующего сравнения. Данные представлены в Таблице 2. 5 Таблица 2 № Результаты измерений напряжений Параметры сети п/п Ёмкость, мкФ 4 относительно земли, В Сопротивление, кОм Сф, мкФ 𝑹𝒂 𝑹𝒃 𝑹𝒄 𝐔𝟎𝟎𝟏 𝐔𝐚𝟎𝟏 𝐔𝒃𝟎𝟏 𝐔𝐜𝟎𝟏 𝑼𝒉 0,5 2 10 10 19 7,5 39 41 8 1 𝑈ф = 29,2 В; 𝑅ℎ = 1000 Ом; 𝜔 = 2𝜋 ∗ 50 = 314 ( ) с 𝑈ℎ расч 2 1 1 2 1 1 𝑈ф 9 (𝑅𝐵 + 𝑅𝐶 ) + [√3 (𝑅𝐵 + 𝑅𝐶 ) + 6𝜔𝐶ф ] √ = , 2 1 1 1 1 2 2 2 (𝑅 + 𝑅 + 𝑅 + 𝑅 ) + 9𝜔 𝐶ф 𝐵 𝐶 𝐴 ℎ 2 2 1 1 1 1 9 + + [ 3 + + 6 ∗ 2𝜋 ∗ 50 ∗ 5 x 10^ − 7] ( ) √ (10000 10000) 29,2 √ 10000 10000 = 2 1 1 1 1 2 (10000 + 10000 + 2000 + 1000) + 9(2𝜋 ∗ 50)2 (5 x 10^ − 7)2 = 7.85В Рассчитаем ток, который будет протекать через человека в таком случае: 𝐼ℎ расч = 𝑈ℎ расч 𝑅ℎ = 7,85 1000 = 0,00785A Выводы. Напряжение прикосновения, найденное экспериментальным путем (8 В), почти не отличается от рассчитанного аналитически (7.85 В). Это говорит об исправности установки, а также о том, что эксперимент проведен корректно. Найденное напряжение показывает, что в ходе эксперимента возможно были допущены незначительные погрешности при фиксировании показаний. Эту погрешность можно было бы снизить, производя серию измерений вместо одного с последующей обработкой. 6 5. Устанавливаем выключателем S7 замыкание фазы В на землю. При емкости C=0.5 мкФ и сопротивлениях фаз 2кОм измеряем напряжения. Убеждаемся, что напряжение прикосновения становится больше фазного. Результаты представлены в Таблице 3. Таблица 3. № п/п Ёмкость, мкФ 5 Результаты измерений напряжений Параметры сети относительно земли, В Сопротивление, кОм Сф, мкФ 𝑹𝒂 𝑹𝒃 𝑹𝒄 𝐔𝟎𝟎𝟏 𝐔𝐚𝟎𝟏 𝐔𝒃𝟎𝟏 𝐔𝐜𝟎𝟏 𝑼𝒉 0,5 2 2 2 11 30 10,5 34 30,5 Выводы. Напряжение на фазе B, равное 10.5 В. Действительно значительно меньше, чем напряжение прикосновения и напряжения на других фазах. 6. Отключаем выключателем S7 замыкание фазы В на землю. 2. Изучение условий безопасности при непрямом прикосновении. 1. Переключателем S4 устанавливаем режим непрямого прикосновения человека к фазе А, а выключателем S5 замыкаем фазу на корпус. Устанавливаем переключателями S8, S10, S12 емкости фаз C = 10мкФ, а переключателями S9, S11 и S13 сопротивления изоляции фаз 50 кОм. Измеряем напряжения сначала при отсутствии дополнительной защиты, а после этого при использовании защитного заземления для всех возможных сопротивлений 0.1, 1 и 100 Ом (переключатель S6) и заносим их в таблицу. Результаты представлены в Таблице 4. 7 Таблица 4. № Параметры сети п/п Ёмкость, Сопротивление, мкФ кОм Сф, мкФ 6 Результаты измерений 𝑹𝒂 10 𝑹𝒃 50 50 𝑹𝒄 50 напряжений относительно земли, В Защитное заземление, ом 𝐔𝟎𝟎𝟏 𝐔𝐚𝟎𝟏 𝐔𝒃𝟎𝟏 𝐔𝐜𝟎𝟏 𝑼𝒉 𝑹заз 10 22,5 17,5 35 23 ∞ 24,5 0 41 43 0 0,1 24,5 0 40,5 43,3 0 1 24 4 37 45 4 100 Зависимость напряжений прикосновения от сопротивления заземления представлена на рисунке 3. Зависимость напряжения прикосновения Uh от сопротивления заземления R заз при замкнутой на землю фазе В 5 4 Uh 3 2 1 0 -20 -1 0 20 40 60 80 100 120 R заз Рисунок 3 Выводы. Заземление снижает напряжение прикосновения до безопасного значения вследствие перераспределения напряжений между фазами сети и землей. При этом напряжение прикосновения будет увеличиваться с увеличением сопротивления заземления. 2. Устанавливаем выключателем S7 замыкание фазы В на землю. При емкости С=0.5 мкФ и сопротивлениях фаз 2 кОм повторяем измерения по п.1, убедившись, что напряжение прикосновения становится больше, чем 8 без замыкания. Тот же эксперимент проводим с сопротивлениями фаз 500 кОм. Результаты представлены в таблице 5. Таблица 5. № п/п напряжений относительно земли, В Ёмкость, Сопротивление, мкФ кОм Сф, мкФ 0,5 RA 2 RB Защитное заземление, ом RC 2 2 𝐔𝟎𝟎𝟏 𝐔𝐚𝟎𝟏 𝐔𝒃𝟎𝟏 𝐔𝐜𝟎𝟏 Uh 𝑹заз 23,3 45,4 2,9 48,4 46,3 ∞ 22,9 5,6 42,4 49,3 6,0 0,1 15,9 14,8 33,9 46,2 15,2 1 15,5 36,4 12,3 45,4 36,8 100 Зависимость напряжений прикосновения от сопротивления заземления при замкнутой на землю фазе В представлена на рисунке 4. Зависимость напряжения прикосновения Uh от сопротивления заземления R заз при замкнутой на землю фазе В Uh 7 Результаты измерений Параметры сети -20 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 20 40 60 80 100 120 R заз Рисунок 4 Выводы. Напряжение прикосновения растет с увеличением сопротивления заземления, как и в прошлом эксперименте, однако в данном случае значение напряжение является большим, опасным для человека. 9 3. Анализ условий опасности прикосновения к сети СТ. 1. Переключателем S4 устанавливаем режим прямого прикосновения человека к фазе А. 2. Устанавливаем переключателями S8, S10, S12 емкости фаз C=1 мкФ и переключателями S9, S11, S13 сопротивления изоляции фаз 50 кОм, измеряем напряжения смещения нейтрали, фаз относительно земли и напряжение прикосновения. Результаты заносим в Таблицу 6. 3. Выключателем S2 включаем между нейтралью источника и землей реактор L с регулируемой индуктивность. Измеряем и записываем напряжение прикосновения при трех значениях индуктивности реактора. № п/п Ёмкост ь, мкФ 9 Результаты измерений напряжений Параметры сети относительно земли, В Сопротивление, кОм Сф, мкФ RA RB RC 𝐔𝟎𝟎𝟏 𝐔𝐚𝟎𝟏 𝐔𝒃𝟎𝟏 𝐔𝐜𝟎𝟏 Uh 1 50 50 50 16 10,5 29,5 39 17 L1 50 50 50 18,5 6 33,5 40,5 7 L2 50 50 50 20 4 36 41 4 L3 50 50 50 83,5 0,3 40 43 0,3 Выводы. Компенсация емкостных токов подключением нейтрали к земле с помощью катушки с регулируемой индуктивностью позволяет уменьшить ток прикосновения в сетях с большой емкостью. Ток, протекающий через место замыкания фазы на землю, имеет две составляющие – емкостную и индуктивную. Так как емкостной ток опережает по фазе на 90 градусов напряжение, а индуктивный отстает на 90 градусов, то эти два тока оказываются в противофазе и взаимно компенсируют друг друга. Из это следует, что 10 подобный способ защиты эффективен, однако требует строгого контроля номиналов L и C элементов сети, иначе подобный эффект наблюдаться не будет. 11
