МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра безопасности жизнедеятельности

отчет

по лабораторной работе № 2

по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»

Тема: Исследование условий электробезопасности в трёхфазных сетях с заземлённой нейтралью

Студенты гр.
Преподаватель	Овдиенко Е.Н.

Санкт-Петербург

2021

Цели работы

• Исследование режимов однофазного прикосновения человека;

• Изучение принципа действия зануления;

• Ознакомление с опасностями непрямого прикосновения при использовании защитного заземления и зануления.

Описание основных исследуемых физических величин, видов воздействия тока на человека, предельно допустимых значений напряжений и токов

Согласно существующим правилам электроустановки напряжением до 1000 В в жилых домах, общественных и промышленных зданиях, а также наружные установки, должны получать питание от источника, как правило, с глухозаземленной нейтралью. Общий вид таких сетей для анализа безопасности приведен на рисунке 1.

Рисунок 1. Электрическая схема сети для анализа безопасности с контурами возможных токов

Системы, состоящие из сети и электроприемников, условно могут быть обозначены как TN-C, TN-S и TN-C-S. Первая буква обозначает отношение нейтрали к земле: нейтраль источника соединена с землей, то есть выполнено рабочее заземление, а вторая буква - отношение корпуса электроприемника к нейтрали: по существующим правилам электробезопасности он должен быть соединен с нейтралью. Обозначение N-C означает, что нейтральный и защитный провода являются общими; N-S - нейтральный и защитный провода отделены друг от друга; N-C-S - защитный провод на каком-то участке отделен от общего. Применение защитного заземления в такой системе запрещено!

Трехфазные четырехпроводные сети с заземленной нейтралью имеют большое экономическое преимущество: наряду с трёхфазными приёмниками напряжением 380 В от них могут получать питание без применения трансформаторов и однофазные приёмники напряжением 220 В. По условиям электробезопасности данная сеть является не лучшей, поскольку в ней может создаваться целый ряд опасных ситуаций.

Прямое однофазное прикосновение в такой системе очень опасно. Напряжение прикосновения определяется в основном значением фазного напряжения U_ф из-за малого сопротивления рабочего заземления нейтрали R₀ (нормируемое значение R₀ =< Ом для 220 В) и практически не зависит от сопротивлений и ёмкостей фаз относительно земли:

При замыкании в такой сети какой-либо фазы на землю, например фазы С, напряжение прикосновения становится больше фазного, но может быть скорее всего ближе к фазному, чем к линейному:

Защитное заземление без зануления корпуса запрещено. При выполнении защитного заземления с соблюдением требований к заземляющему устройству (R_заз = 4 Ом) напряжение может быть уменьшено максимум в два раза, а если заземлить корпус на элементы, случайным образом связанные с землей ( например R_заз = 100 Ом), то напряжение прикосновения практически не будет отличаться от фазного напряжения:

Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов при аварийном режиме производственных электроустановок напряжением до 1000 В с глухозаземленной или изолированной нейтралью и выше 1000 В с изолированной нейтралью не должны превышать значений, указанных в таблице.

Обработка результатов экспериментов:

1. Анализ условий опасности прямого прикосновения в системе tn

1. Прямое прикосновение к фазе а

Сопротивления фаз, кОм						Напряжения фаз и корпусов, В
RA	RB	RC	Rзам	Rзаз	UA01		UB01	UC01	UK1, U0	UK2	UK3, Uh
5	5	5	-	-	25		27	23	0	0	25
150	150	150	-	-	25		27	23	0	0	25

Рисунок 1. Прямое включение к фазе А

Сопротивления фазы А:

R_hA = R_h*R_a / (R_h + R_a)

R_hA1 = 1кОм*5кОм/(1кОм+5кОм) = 833,3 Ом

R_hA2 = 1кОм*5кОм/(1кОм+150кОм) = 993,4 Ом

Напряжение через тело человека и на нагрузке R_0:

U_h = U_Ra = U_a * R_hA / (R_ha + R_0)

U_0 = U_a * R_0 / (R_hA+R_0)

U_h1 = 218 В

U_01 = 2 В

U_h2 = 219 В

U_02= 1 В

Векторная диаграмма 1.

Вывод:

При прямом прикосновении к фазе А напряжение прикосновения зависит от фазного напряжения и практически не зависит от сопротивления изоляции. При фазном напряжении через тело человека протекает фибрилляционный ток.

2. Прямое прикосновение к фазе а при заземленной фазе с

Сопротивления фаз, кОм						Напряжения фаз и корпусов, В
RA	RB	RC	Rзам	Rзаз	UA0		UB0	UC0	UK1, U0	UK2	UK3, Uh
150	150	150	0,05	-	32		34	12	9	9	32
150	150	150	0,1	-	26		28	21	1	1	26

Рисунок 2. Прямое прикосновение к фазе А при заземлённой фазе С.

После того, как замкнули фазу C на землю, напряжение прикосновения возросло и стало больше фазного (фазное + U_0):

U_h = Ua*(Rh/(R0+Rh)) + U_0

U_0 = U_c * R_0 / (R_0 + R_зам)

Напряжение через тело человека и на нагрузке R_0 :

U_h1 = 235,4 В = 206 В

U_01 = 16,3 В = 14 В

U_h2 = 227,6 В =212 В

U_02 = 8,4 В =8 В

Векторная диаграмма 2.

Вывод:

После замыкания одной из фаз на землю, измеренное напряжение прикосновения получилось больше фазного, но меньше линейного. Отсюда: чем выше сопротивление замыкания, тем выше падение напряжения на нем, и тем меньше оно возрастает на человеке.

2. Оценка опасности заземления корпусов при непрямом прикосновении

Сопротивления фаз, кОм					Напряжения фаз и корпусов, В
RA	RB	RC	Rзам	Rзаз	UA0	UB0	UC0	UK1, U0	UK2	UK3, Uh
150	150	150	-	-	25	27	23	0	0	25
150	150	150	-	0,004	11	36	33	14	14	11
150	150	150	-	0,1	23	28	24	3	3	23

Упрощённая схема:

Рисунок 3. Непрямое прикосновение к фазе А.

Векторная диаграмма 3. Первый и второй эксперимент.

Вывод:

При сопротивлении заземления в 4 Ом, напряжение прикосновения уменьшается до половины фазного, а вот при сопротивлении заземления в 100 Ом напряжение прикосновения практически не отличается от фазного. Следует вывод, что заземление без зануления корпуса запрещено проводить, так как в этом случае напряжение прикосновения зависит от R_заз: чем оно больше – тем больше падение напряжения на человеке, подключенном параллельно, чем ближе оно к нулю, тем ближе U_h к половине фазного.