БЖД Лаба 1 отчет итог

МИНОБРНАУКИ РОССИИ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
«ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)
Кафедра БЖД
ОТЧЕТ
по лабораторной работе №1
по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»
Тема: 1 «Исследование условий электробезопасности в трехфазных
сетях с изолированной и с компенсированной нейтралями»
Ишматова М.Д.
Студентки гр. 8705
Маркова П.
Преподаватель
Иванов И.И.
Санкт-Петербург
2021
Цель работы — исследование режимов однофазного прикосновения и
изучение основных принципов защиты от поражения электрическим током.
Ход работы:
В работе исследуются следующие физические величины: напряжение
однофазного прикосновения Uh, сопротивление изоляции фаз (RA, RB, RC),
ёмкость фаз относительно земли (CА, СВ, СС), сопротивление защитного
заземления Rзаз.
Напряжение прикосновения может быть от близкого к нулю до фазного
при неаварийном режиме: 0<Uh<Uф, и только при замыкании другой фазы на
землю – от фазного до линейного: Uф<Uh<Uл.
При
большой
ёмкости
сети
эквивалентные
сопротивления
фаз
относительно земли равны между собой (сопротивление Rh не нарушает их
симметрию), поэтому напряжение прикосновения равно фазному напряжению.
Если ёмкость Cф невелика, то эквивалентные сопротивления становятся
неравными (меньше у фазы A при прикосновении к ней человека); напряжение
UА01 становиться меньше фазного, а напряжения UВ01, UС01 возрастают и
становятся больше фазных. В случае замыкания фазы на землю при небольших
Cф напряжение UВ01 близко к нулю, а UА01 и UС01 близки к Uл.
Защитное заземление – преднамеренное соединение токопроводящих
частей электрооборудования с землёй. Напряжение прикосновения при этом
снижается до безопасного значения вследствие перераспределения напряжений
между фазами сети и землёй.
Согласно ГОСТ 12.1.030-84 сопротивление защитного заземления корпуса
электрооборудования Rзаз в системе IT при напряжении до 1 кВ не должно
превышать 4 Ом (если мощность генератора или трансформатора больше 100
кВ*А) либо 10 Ом (если мощность меньше 100 кВ*А).
2
Расчеты Анализ условий опасности прямого прикосновения к сети it
1. Переключателем S4 устанавливаем режим прямого прикосновения
человека к фазе А.
3. 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.
Результаты заносим в таблицу, представленную ниже.
3
Измерения, аналогичные п.2, проводим и для C размерностью 0.1 мкФ,
0,3 мкФ, 10 мкФ.
4
№
п/п
Параметры сети
Ёмкость, мкФ
Сф, мкФ
0,1
1
2
10
U001
10, 9
21,4
26,7
27,9
28,4
10,8
14
25,9
26,6
27
8,1
12,5
12,6
12,8
12,8
UA01
17,4
6,9
3,2
2,6
2,5
17,9
9
7
7
7
23,2
26,3
25,8
26,1
25,4
300
400
UB01
36,5
45,2
50,8
51,5
50,9
37,2
50,2
50,2
51,2
51,2
37,1
72
40,1
41
41,1
UC01
36,4
43
46,6
46,4
47,1
34,4
41,1
43,1
43,6
43,9
28,9
24,9
25,3
25,1
25,1
500
600
Uh
17,5
7,1
3,3
2,7
2,6
17,6
9,3
8,4
7,4
7,4
22,4
25,2
24,8
24,8
24,8
30
25
20
Uh, В
4
0,3
Сопротивление,
кОм
RA
RB RC
2
2
2
10
10
10
50
50
50
250 250 250
500 500 500
2
2
2
10
10
10
50
50
50
250 250 250
500 500 500
2
2
2
10
10
10
50
50
50
250 250 250
500 500 500
Результаты измерений напряжений
относительно земли, В
15
10
5
0
0
100
200
R, Ом
Сф = 0,1 мкФ
Сф = 0,3 мкФ
Сф = 10 мкФ
Рисунок 1 — Зависимость напряжения прикосновения от сопротивления
изоляции
5
30
25
Uh, В
20
15
10
5
0
0,1
1
10
Cф, мкФ
2 кОм
10 кОм
50 кОм
250 кОм
500 кОм
Рисунок 2 — Зависимость напряжения прикосновения от емкости фаз
относительно земли
Вывод: по
графику
зависимости
напряжения
прикосновения
от
сопротивления изоляции можно сделать вывод о том, что тенденция к падению
напряжения прикосновения с ростом сопротивления изоляции не свойственна
при высокой емкости фаз относительно земли. По графику зависимости
напряжения прикосновения от емкости фаз относительно земли можно судить,
что при высокой емкости фаз напряжение на напряжение прикосновения не
влияет значение сопротивления изоляции.
Получаем у преподавателя задание на расчет напряжения прикосновения
при несимметричных активных сопротивлениях фаз и определяем его
экспериментально для последующего сравнения.
№
п/п
Ёмкость, мкФ
5
Результаты измерений напряжений
относительно земли, В
Параметры сети
Сф, мкФ
0,1
Сопротивление,
кОм
RA RB RC
500
2
500
U001
15
UA01
15,1
UB01
34,3
UC01
44
Uh
15,3
Допустим, будем прямым образом касаться к фазному проводу А. Тогда
расчетная формула напряжения прикосновения в этом случае будет такой:
6
𝑈ℎ расч
1
1 2
1
1
2
𝑈ф 9(𝑅𝐵 + 𝑅𝐶 ) + [√3 (𝑅𝐵 + 𝑅𝐶 ) + 6𝜔𝐶ф ]
√
=
= 22.8 В
1
1
1
1
2
(𝑅 + 𝑅 + 𝑅 + 𝑅 )2 + 9𝜔 2 𝐶ф2
𝐵
𝐶
𝐴
ℎ
𝑈ф = 23 В
𝑅ℎ = 1000 Ом
1
𝜔 = 3𝜋 ∗ 50 = 314 ( )
с
𝑈ℎ расч
𝐼ℎ расч = 𝑅 = 0,0228 А
ℎ
Вывод: Экспериментально определенное напряжение прикосновения
отличается от рассчитанного аналитически всего на 0,8 В, что говорит о
достаточно высокой для данного опыта точности измерительных приборов в
лаборатории. Также, разницу можно списать на паразитные токи и емкости в
системе.
Векторная диаграмма (1).
1) 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.
Аналогичный эксперимент проводим с другими сопротивлениями фаз: 50
кОм и 500 Ом. И для двух друг сопротивлений напряжение прикосновения
больше фазного. Что также свидетельствует о гораздо большей опасности
для человека.
Замыканием фазы В на землю мы добиваемся создания аварийного режима
в сети, который сопровождается возрастанием напряжения прикосновения
до линейного напряжения.
№
п/п
Ёмкость, мкФ
Сф, мкФ
6
Результаты измерений напряжений
относительно земли, В
Параметры сети
Сопротивление,
кОм
RA RB RC
2
2
2
U001
24
UA01
45,5
UB01
2,4
0,5
2) Отключаем выключателем S7 замыкание фазы В на землю!
7
UC01
48,3
Uh
46,5
Изучение условий безопасности при непрямом прикосновении
1) Переключателем S4 устанавливаю 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.
8
№
п/п
Ёмкость, мкФ
Сф, мкФ
7
Результаты измерений напряжений
относительно земли, В
Параметры сети
10 – везде;
1 – корпус не
заз.
Сопротивление,
кОм
RA RB RC
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
U001
25,5
12,4
30,1
22
UA01
48
25,4
0,0
4
UB01
1,4
40,3
51,3
36
UC01
49,1
25,8
51,3
43
Uh
47
0,5
0,0
4
Вывод: Напряжение прикосновения в данном случае снижается до безопасного значения
вследствие перераспределения напряжений между фазами сети и землей, т.к. за счет
малого значения сопротивления защитного заземления эквивалентное сопротивление
поврежденной фазы относительно земли понижается достаточно заметно, а потому и
уменьшается напряжение между этой фазой и землей. НО напряжения других фаз
увеличиваются до линейных! Также наблюдаем тенденцию повышения напряжения
прикосновения при увеличении 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 без замыкания. Тот же эксперимент проводим
с сопротивлениями фаз 500 кОм.
9
№
п/п
Ёмкость, мкФ
Сф, мкФ
8
9
Результаты измерений напряжений
относительно земли, В
Параметры сети
0,5
0,5
Сопротивление,
кОм
RA RB RC
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
50
500
0
500
50
500
0
500
50
500
0
500
50
500
0
500
U001
10,5
22
21,5
14
UA01
29
0,5
1
11
UB01
11
38
37,5
28
UC01
33
41
40,5
31,5
Uh
29
1
1,2
11
14
32
7
35
32
22
0,5
38,5
41
0,5
22
1
38
41
1
15
10
29
38
10
Вывод: По графикам и таблице делаем практический вывод о том, что замыкание фазы на
землю приводит к более значительному повышению напряжения прикосновения.
Все сопротивления по 2 кОм.
Все сопротивления по 500 кОм.
10
Векторная диаграмма (2).
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.
3) Выключателем S2 включаем между нейтралью источника и землей реактор L с
регулируемой индуктивность. Измеряем и записываем напряжение прикосновения при
трех значениях индуктивности реактора.
4) Аналогично п.3 проводим замеры для C=10 мкФ.
11
№
п/п
Ёмкость, мкФ
10
Результаты измерений напряжений
относительно земли, В
Параметры сети
Сф, мкФ
1
L1
L2
L3
С=10
Сопротивление,
кОм
RA RB RC
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
500
500
500
50
0
50
0
50
0
U001
15
23
23
23
UA01
16
3.5
1
0,2
UB01
23
37,5
39
39
UC01
39
42
42
41
Uh
17
2,5
1
0,2
500
22
5
36
43
5
500
23
2
38
42
4
500
23
0,2
39
42
0,2
Вывод: Компенсация емкостных токов подключением нейтрали к земле с помощью
катушки с регулируемой индуктивностью позволяет уменьшить ток прикосновения в
сетях с большой емкостью. Что мы, собственно, и наблюдаем в данной ситуации. Ток,
протекающий через место замыкания фазы на землю, имеет две составляющие –
емкостную и индуктивную. Т.к. 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.
L 
1

3CФ
,
1
1
L

 3,3 Гн
3 2 CФ 3 2 f 2 4CФ
при C=1 мкФ. И это соответствует экспериментальным данным, т.к. при L=3, Uh=0.2,
т.е. почти 0. Следовательно показания приборов корректны!
L 
1

3CФ
1
1
L

 0,33 Гн
2
2 2
3 CФ 3 f 4CФ
при C=10 мкФ.
,
12
ИТОГОВЫЕ ВЫВОДЫ:
1) Анализ условий опасности прямого прикосновения к сети IT (с
изолированной нейтралью).
На данном шаге была экспериментально изучена сеть IT, а также влияние
сопротивления изоляции фаз и фазной емкости сети на напряжение
прикосновения в сетях данного типа.
В ходе проведения экспериментов мы пришли к выводу, что наиболее
безопасным с точки зрения прикосновения для человека будет прикосновение к
сети с малой фазной емкостью и большим сопротивлением изоляции фаз.
При аварийном же режиме данная сеть представляет гораздо большую угрозу
жизни и здоровью человека.
Добиться безопасного использования сетей IT позволит регулярная
профилактика неисправностей изоляции, а также обеспечение соответствующих
условий окружающей среды.
2) Изучение условий безопасности при непрямом прикосновении к сети IT
На данном шаге была экспериментально изучена сеть IT, а также влияние
заземления корпуса на напряжение прикосновения в сетях данного типа.
Экспериментальным образом было установлено, что напряжение прикосновения
снижается по причине взаимной компенсации напряжений. Т.к защитное
заземление мало, эквивалентное сопротивление поврежденной фазы
существенно понижается относительно земли, а отсюда напряжение между
фазой и землей тоже понижается, и тогда увеличивается до линейного
напряжение на сопротивлениях изоляции других фаз.
Задача эксплуатации – максимально снизить сопротивление заземления!
3) Анализ условий опасности прикосновения к сети CT
Использование катушки с регулируемой емкостью (реактора) позволяет
значительно понизить напряжение прикосновения в виду понижения тока
прикосновения путем компенсации емкостных токов токами индуктивными,
находящимися в противофазе.
Из этого напрашивается вывод о том, что для реализации данного метода
компенсации необходим строжайший контроль соответствия номиналов L и C
элементов сети!
13