1.6 Контрольные вопросы и задания

1. Перечислите виды прикосновения человека в трехфазных сетях переменного тока и укажите их на электрической схеме.

2. Дайте определение понятий: «электрическая сеть», «низкое напряжение», «электроустановка», «токоведущие части», «открытые проводящие части», «защитное заземление».

3. Перечислите основные виды электрических сетей, назовите их характеристики. Постройте векторную диаграмму напряжений трехфазной электрической сети переменного тока в нормальном режиме работы.

4. Какой опасный производственный фактор, согласно ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ, связан с действиями на человека электрического тока.

5. Приведите схему трехфазной сети переменного тока с системой заземления типа IT.

6. Приведите электрическую схему и векторные диаграммы напряжений трехфазной трехпроводной сети переменного тока с изолированной нейтралью при неполном и глухом замыкании фазы на землю. Какой из этих случаев является более опасным для человека в случае однофазного прикосновения?

7. Какие параметры трехфазной сети переменного тока с изолированной

нейтралью влияют на исход поражения человека при однофазном, двухфазном

и косвенном прикосновении?

8. Объясните, в каких случаях можно пренебречь емкостью фаз относительно земли, а в каких – активным сопротивлением изоляции. Ответ обоснуйте.

9. Объясните принцип действия защитного заземления и запишите выражение для тока через тело человека при косвенном прикосновении.

10. Чему равна допустимая величина сопротивления защитного заземления и какой нормативный документ ее определяет?

2 Исследование опасности трехфазных сетей переменного тока низкого напряжения с глухозаземленной нейтралью и технических мер защиты

2.1 Цель работы

Целью работы является экспериментальная оценка опасности трехфазных электрических сетей переменного тока низкого напряжения с глухозаземленной нейтралью путем исследования влияния параметров сети на величину напряжения прикосновения и тока, проходящего через тело человека, а также исследование эффективности системы заземления типа TN (зануления).

2.2 Методические указания к самостоятельной работе студентов

В процессе подготовки к лабораторной работе необходимо изучить следующие вопросы:

- виды поражения электрическим током и их определения (см. лабораторную работу №1, п. 1.2);

- фактор опасности, определяющий исход поражения человека

электрическим током (см. лабораторную работу №1, п. 1.2);

- определение понятий: «электрическая сеть», «низкое напряжение», «электроустановка», «токоведущие части», «открытые проводящие части» (см. лабораторную работу №1, п. 1.2);

- типы систем токоведущих проводников и типы систем заземления (см. лабораторную работу №1, п. 1.2);

- условия поражения человека электрическим током в исследуемых сетях;

- определение напряжения прикосновения и величины тока, протекающего через тело человека, при различных условиях поражения;

- назначение, принцип действия и область применения системы заземления типа TN (зануления);

- условие срабатывания устройства автоматической защиты от сверхтока (тока короткого замыкания);

- назначение, принцип действия и область применения повторного заземления PEN- (PE) проводника;

- нормативные требования, предъявляемые к заземлению нейтрали, повторному заземлению PEN- (PE) проводника, сопротивлению изоляции и времени срабатывания устройств защитного отключения.

Исход поражения человека электрическим током зависит от вида сети, типа системы заземления, условий прикосновения (включения в цепь) и электрических параметров самой сети. Осциллограмма и векторная диаграмма напряжений исследуемой сети в нормальном режиме приведены в лаборатор-ной работе №1 соответственно, на рис. (1.4, а, б). Электрическая схема сети приведена на рис. 2.1.

В трехфазных сетях переменного тока возможны следующие варианты включения человека в цепь электрического тока:

- однофазное прикосновение к токоведущим частям (прямое прикосно-вение) (см. рис. 2.1);

- двухфазное прикосновение к токоведущим частям (прямое прикосно-вение) (см. рис. 2.2);

- прикосновение к открытым проводящим частям, оказавшимся под напряжением (косвенное прикосновение), (см. рис. 2.4).

На рис. 2.1, а, б, показаны соответственно электрическая схема сети и векторная диаграмма напряжений при однофазном прикосновении человека к токоведущим частям в нормальном режиме работы. Эту ситуацию еще называют неполным замыканием фазы на землю, т.е. соединяет с землей через сравнительно большое сопротивление тела человека.

а б

Рисунок 2.1 – Однофазное прикосновение человека к токоведущим частям в нормальном режиме работы сети (прямое прикосновение)

На рис. 2.1 символами L1, L2, L3 обозначены линейные (фазные) проводники, а символом PEN – проводник, объединяющий в себе функции защитного (PE – protective earthing – защитное заземление) и нейтрального (N) проводника.

Учитывая то, что сопротивление заземления нейтралине превышает 4 Ом, а расчетное сопротивление тела человека 1000 Ом, величина тока, протекающего через человека при однофазном прикосновении, равна

, (2.1)

где – фазное напряжение;

R₀ – сопротивление заземления нейтрали;

R_Ч – сопротивление тела.

При двухфазном (двухполюсном, см. рис. 2.2) прикосновении ток через тело человека идет по пути наименьшего сопротивления – «рука-рука». Поэтому активное сопротивление изоляции и емкость фаз относительно земли не влияют на исход поражения. На человека действует линейное напряжение сети ,которое больше фазного в , а величина тока, протекающего через человека, равна

. (2.2)

Рисунок 2.2 – Двухфазное прикосновение человека к токоведущим частям в нормальном режиме работы сети (прямое прикосновение)

На рис. 2.3, а, б показаны, соответственно, электрическая схема сети и векторная диаграмма напряжений при однофазном прикосновении человека к токоведущим частям в аварийном режиме работы. Эту ситуацию еще называют глухим замыканием фазы на землю, т.е. фаза соединена с землей через сравнительно малое сопротивление замыкания . Ток замыканияпротекает через обмотку фазыB, сопротивление замыкания и сопротивление заземления нейтрали. Фазное напряжение делится пропорционально величинам сопротивлений и(см. векторыи). Так как человек стоит на земле и касается рукой фазыА, напряжение прикосновения численно равно модулю вектора , который можно вычислить по формуле

. (2.3)

а б

Рисунок 2.3 – Однофазное (однополюсное) прикосновение человека к токоведущим частям в аварийном режиме работы электроустановки

(глухое замыкание на землю)

На практике сопротивление заземления нейтрали , как правило, меньше сопротивления замыкания. Как следует из рис. 2.3 б, длина векторабудет меньше длины вектора, а потенциал земли «0^'» будет приближаться к потенциалу нейтрали «0». Согласно формулt (2.3), значение приближается к фазному напряжению.

Таким образом, в сетях с глухозаземленной нейтралью при однофазном прикосновении человека к токоведущим частям и глухом замыкании фазы на землю, напряжение прикосновения близко к фазному, а не к линейному.

Согласно ПУЭ-2011 и ДБН В.2.5-27-2006, в исследуемой сети используется система заземления типа TN-C (далее система TN-C), в которой обозначены: T – земля (terra); N – нейтраль (neutral); C – объединять (combine).

Система заземления типа TN (зануление) – система заземления, при применении которой все открытые проводящие части электроустановок потребителей электроэнергии с помощью защитных проводников присое-диняются к заземленной точке токоведущих частей сети (нейтральной точке источника питания). Система TN превращает случайное замыкание на открытые проводящие части в однофазное короткое замыкание (КЗ), в результате которого срабатывает устройство защитного автоматического отключения питания.

В исследовании сети применяется устройство защитного автоматического отключения питания, отключаещее електроустановку при возникновении сверхтока (тока короткого замыкания). В качестве защитного устройства могут применяться предохранители или автоматические выключатели.

На рис. 2.4 показана схема подключения потребителей к сети и прикосновение людей к открытым проводящим частям, оказавшимся под напряжением (косвенное прикосновение). Пунктиром показаны токи КЗ.

Рисунок 2.4 – Схема подключения потребителей к сети

(1 – трехфазного; 2 – однофазного)

Система заземления типа TN применяется в сетях переменного тока низкого напряжения (до 1000 В) с глухозаземленной нейтралью.

Необходимо усвоить, что при выполнении зануления следует соблюдать следующие требования:

– полная проводимость PEN-(PE-) проводника во всех случаях должна составлять не менее половины проводимости фазного проводника;

– должна быть обеспечена непрерывность PEN- (PE-) проводника;

– все соединения PEN-(PE-) проводника должны выполняться сварными, а присоединение к открытым проводящим частям допускается болтовое;

– в цепь PEN-(PE) проводника запрещается устанавливать предохрани-тели, автоматы отключения, выключатели и прочие коммутационные устройства;

– номинальный ток плавкой вставки предохранителя или ток уставки расцепителя автомата согласно ПУЭ-2011 должен удовлетворять условию

, (2.4)

где – коэффициент кратности тока. В электроустановках (до 1000 В) значение должно быть не меньше:

3 – для плавких вставок предохранителей или автоматов с обратно зависимой от тока характеристикой;

4 – при защите предохранителями или автоматами с обратной зависимой от тока характеристикой во взрывоопасных установках;

1,4 – для автоматов с электромагнитными расцепителями и номинальной силой тока до 100 А;

1,25 – для автоматов с электромагнитными расцепителями и номинальной силой тока более 100 А.

Выполнение условия (2.4) обеспечивает надежное и своевременное отключение. Для цепей с рабочим током до 32 А при фазном напряжении сети 220 В по ДБН В.2.5 – 27-2006 время срабатывания должно быть не более 0,4 с. Напряжение прикосновения в течение этого времени должно быть не более 120 В. В случае невыполнения условия (2.4) человек будет находиться под напряжением, пока электроустановка не будет отключена вручную.

При обрыве PEN- (PE-) проводника открытые проводящие части за обрывом будут находиться под фазным напряжением (см. рис. 2.5, а). Для устранения этой опасности защитный PEN- (PE-) проводник должен быть многократно повторно заземлен (см. рис. 2.5 б) с тем, чтобы уменьшить напряжение прикосновения. Однако полностью опасность поражения при этом не исключается.

а б

Рисунок 2.5 – Обрыв PEN-проводника (а – повторное заземление отсутствует; б – повторное заземление есть)

Напряжение на открытых проводящих частях (напряжение прикосновения) за местом обрыва при наличии повторного заземления определяется по формуле

. (2.5)

Повторное заземление применяется в трехфазных сетях переменного тока с глухозаземленной нейтралью низкого напряжения (до 1000 В). Его следует выполнять на воздушных линиях электропередач через 200 м, на их ответвлениях и концах, а также при вводе воздушной линии в здание.

Максимально допустимые значения сопротивления повторного заземления PEN- (PE-) проводника в любое время года для сети с фазным напряжением 220 В составляют согласно ПУЭ-2011:

– 30 Ом для одиночного заземления;

– 10 Ом для всех вместе взятых повторных заземлений.

В лабораторной работе исследуются следующие меры защиты человека от поражения электрическим током:

– электрическая изоляция сети;

– система заземления типа TN (зануление);

– защитное автоматическое отключение питания (защита от свертока);

– повторное заземление PEN-проводника.

Рекомендуемая литература [1-4].

3. Описание лабораторной установки

Описание лабораторной установки приведено в п. 1.3 данных методических указаний.