Исследование потенциальной опасности трехфазных сетей

Переменного тока с глухозаземленной нейтралью

 

Цель работы: изучение электрической опасности трехфазных сетей переменного тока с глухозаземленной нейтралью для человека: определение влияния сопротивления изоляции тела человека, обуви, пола помещения, зануления, аппаратов защиты.

 

Теоретическая часть

Рассмотрим потенциальную опасность для человека при соприкосновении с токоведущей частью одной фазы трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью. Такая возможная ситуация представлена на рис. 2.1, на котором видна замкнутая электрическая цепь: обмотка фазы С трансформатора – провод – человек – земля – сопротивление — начало обмотки трансформатора. Именно в подобных ситуациях происходят электротравмы, характеризуемые наибольшей частотой повторяемости.

Ток, протекающий через человека, можно определить из следующего уравнения:

 

(2.1)

 

 

где — сопротивление рабочего заземления нейтрали, Ом;

— сопротивление обуви человека, Ом;

— сопротивление растекания тока в земле, Ом.

 

А

 

В

С

U

O

 

R

R

R

 

Рис. 2.1. Схема прикосновения человека к одной фазе

 

Ориентировочно можно принять (последнее - для ботинок с утолщенной микропористой подошвой без гвоздей).

Снаружи помещения зависит от удельного сопротивления грунта, а в помещении оно равно сопротивлению пола, имеющего следующее значение, кОм:

Пол деревянный, сухой ;

То же, сырой 20-25;

Пол бетонный, сухой 75;

То же, сырой 1,5.

Значение принимают для случаев, когда пострадавший находится на металлическом полу, в емкости с водой или касается водопроводных труб, отопления и канализации, корпусов машин, механизмов, металлических или железобетонных конструкций, связанных электрически с землей.

В трехфазных четырехпроходных сетях напряжением до 1000 В переменного тока с заземленной нейтралью в качестве защитной меры используется зануление, представляющее собой преднамеренное электрическое сопротивление с нулевым проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением рис.2.2.

А

В

 

С

O

 

 

R

 

Рис. 2.2. Схема действия зануления

 

 

Защитный эффект зануления состоит в уменьшении напряжения на корпусе и снижении времени воздействия электрического тока на человека. При занулении пробой изоляции превращается в однофазное короткое замыкание (обмотка трансформатора фазы С – предохранитель – корпус электроустановки – зануляющий проводник – провод О – начало обмотки фазы С)

(2.2)

где Z – полное сопротивление цепи замыкания (фаза – нуль);

– сопротивление фазного провода и обмотки трансформатора, Ом;

– сопротивление нулевого провода, Ом.

При напряжение на корпусе равно падению напряжения на нулевом проводе и составит

(2.3)

 

При однофазном напряжении U=220В напряжение на корпусе т.е. зануление уменьшает напряжение на корпусе, что повышает безопасность человека. Ток, проходящий через тело человека, составит

(2.4)

При расчетном значении

 

По условиям безопасности при обслуживании электрических сетей переменного тока с промышленной частотой 50 Гц и расчетном значении сопротивления тела человека R=1000 Ом допустимы длительности воздействия электрического тока при различных напряжениях (см. приложение 2).

Плавкая вставка предохранителя или уставка тока автоматического выключателя в электроустановке подбираются на номинальный ток , ток же короткого замыкания превышает эту величину в 3 и более раз, т.е. . Повышенная величина объясняется малыми сопротивлениями и (см. формулу 2.2).

При соблюдении соотношения токов и плавкая вставка расплавляется, а автоматический выключатель отключает неисправную фазу (на рис. 2.2
фаза С). Время срабатывания аппарата защиты должно быть малым, чтобы обеспечить электробезопасность обслуживающего персонала, т.е. (допустимое время действия электрического тока, см. приложение 2).

Таким образом, защитный эффект зануления заключается в снижении напряжения прикосновения на корпусе электроустановки и в уменьшении продолжительности воздействия электрического тока на человека.

Экспериментальная часть

Перед началом работы вынуть вилку из розетки. Выключить все тумблеры на пульте и измерить сопротивление фаз так же, как и в первой работе. После этого подать напряжение на стенд и смоделировать трехфазную сеть с заземленной нейтралью включением тумблера , тумблером установить наибольший диапазон микроамперметра.

Рассчитать по формуле (2.1) величину при однофазном включении в сеть (рис. 2.1) по варианту из таблицы 2.1. Кнопкой К имитировать пробой изоляции одной из фаз, зафиксировать величину .

Для условий эксперимента рассчитать по формуле (2.1) величину тока, при этом принять , ,

Выполнить зануление электроустановки выключателем , подключив электросекундомер тумблером . По формуле (2.4) рассчитать ток для условий эксперимента.

 

Таблица 2.1

 

Исходные данные для расчета величины электрического тока

 

Вариант
	1·10								1,5
	10·10								1,5
				0,5						0,5

 

Кнопкой К имитировать пробой изоляции на корпус одной из фаз. Должен сработать аппарат защиты, а секундомер зафиксирует время срабатывания . По приложению 2 определить допустимое время тока , и сравнить с ним полученное. Если меньше , то аппарат защиты соответствует требованиям электробезопасности.

Выключить все тумблеры, обесточить стенд.

Составить отчет по прилагаемой форме.