3. Аварийный режим работы сетей
Рассмотрим ситуацию, когда одна из фаз сети (например, фаза С) замкнулась на землю через относительно малое активное сопротивление , например, при обрыве и падении провода на землю. В схемах сети (см. рисунок) это обстоятельство отразится включением параллельно проводимости ( на рисунке не показана). Следовательно, между фазой С и землей проводимость составит YС+Yзм . С учетом этого, выражение (4) примет вид:
(17)
Трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью.
В этой сети обычно выполняется условие (5), поэтому выражение (17) можно упростить:
(18)
Учитывая соотношения (2), а также что R0<<Rh, получим
(19)
Трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью
Для данной сети YN = Y0= 0. Кроме того, обычно <<Yзм, тогда выражение (17) примет вид
(20)
или, с учетом выражения для а и соотношений (2),
(21)
В аварийном режиме часто реализуется ситуация, при которой Rзм существенно больше R0 и одновременно Rзм<< Rh. При этом условии сравнительный анализ формул (19) и (21) показывает, что в сети с изолированной нейтралью человек оказывается под напряжением прикосновения Uпр, близким к линейному Uл, что более опасно, нежели в сети с глухозаземленной нейтралью, где Unp не превышает фазного напряжения. Для обоих видов сетей характерно уменьшение опасности поражения током при увеличении Rh.
Практическая часть
Нормальный режим работы сети
Задание № 1. Исследовать зависимость тока, проходящего через тело человека при прямом прикосновении к фазному проводу, от активного сопротивления изоляции проводов сети с изолированной, а затем с глухозаземленной нейтралью при постоянном значении емкости проводов относительно земли, соблюдая условие: и .
Рассчитать ток Ih по формуле (13) или (14) в сети с изолированной нейтралью, и по формуле (8) – в сети с глухозаземленной нейтралью. Значения RE брать в соответствии с номиналами, указанными на стенде около переключателей S6, S8, S10 (в формулы подставлять в омах). Значения фазного напряжения сети Uф, сопротивления Rh, и емкости СЕ взять по указанию преподавателя (например, Uф = 220 В, Rh = 1000 Ом и СЕ= 0). Результаты расчета занести в отчет о лабораторной работе. Построить график .
Устанавливая переключателями S6, S8 и S10 последовательно значения : 1,0; 2,5; 10; 25; 100 кОм, измерить ток в цепи тела человека, выбирая соответствующий току предел измерения. Считывая показания индикатора амперметра, занести их в табл. 1.
Таблица 1 – Зависимость тока Ih, мА, от сопротивления RE изоляции проводов сети при СЕ = 0
Режим нейтрали сети |
RE, кОм |
1,0 |
2,5 |
10 |
25 |
100 |
|
Изолированная |
Ih, теор. |
330 |
188 |
60 |
25,38 |
6,53 |
0 |
Ih, эксп. |
171 |
123 |
50 |
24 |
5 |
0 |
|
Глухозаземленная |
Ih, теор. |
220 |
220 |
220 |
220 |
220 |
220 |
Ih, эксп. |
228 |
229 |
228 |
228 |
228 |
228 |
Вывод:
Задание № 2. Исследовать зависимость тока, проходящего через тело человека при прямом прикосновении к фазному проводу, от емкости проводов относительно земли в сети с изолированной, а затем с глухозаземленной нейтралью при постоянном значении активного сопротивления изоляции проводов, соблюдая условия: и .
Рассчитать ток Ih, по формуле (13) или (16) в сети с изолированной нейтралью, и по формуле (8) – в сети с глухозаземленной нейтралью. Значения СЕ брать в соответствии с номиналами, указанными на стенде около переключателей S7, S9, S11 (в формулы подставлять в фарадах). Значения фазного напряжения сети Uф, сопротивлений Rh и RE взять по указанию преподавателя (например, Uф = 220 В, Rh = 1000 Ом и RE = ). Результаты расчета записать в отчет о лабораторной работе и построить график .
Проверить расчетные зависимости экспериментально.
Устанавливая переключателями S7, S9 и S11 последовательно значения САЕ= СВЕ= ССЕ = СЕ: 0; 0,02; 0,1; 0,25; 0,5; 1,0; 2,5 мкФ, измерить ток в цепи человека, считывая показания индикатора амперметра и занося их в табл. 2.
Таблица 2 – Зависимость тока Ih, мА, от емкости СЕ проводов сети относительно земли при RE =∞
Режим нейтрали сети |
СЕ, мкФ |
0 |
0,02 |
0,1 |
0,25 |
0,5 |
1,0 |
2,5 |
Изолированная |
Ih, теор. |
0 |
220 |
220 |
220 |
|
|
|
Ih, эксп. |
0 |
4 |
20 |
52 |
94 |
155 |
212 |
|
Глухозаземленная |
Ih, теор. |
220 |
220 |
220 |
220 |
220 |
220 |
220 |
Ih, эксп. |
228 |
229 |
228 |
229 |
229 |
229 |
229 |
Вывод:
Задание № 3. Исследовать влияние активного сопротивления в цепи тела человека Rh на значение тока Ih, проходящего через человека, прикоснувшегося к фазному проводу сети с изолированной и с глухозаземленной нейтралью при нормальном режиме ее работы.
Рассчитать по формуле (8), а также по формуле (13) или (14) ток Ih в сетях с глухозаземленной и изолированной нейтралью при значениях Rh= 1; 5; 10 кОм (значения сопротивлений подставлять в формулы в Омах), указанных на стенде около переключателя S13. Значения фазного напряжения сети Uф, сопротивления RE и емкости СЕ взять по указанию преподавателя (например, Uф = 220 В, RE = 100 кОм и СЕ = 0). Результаты расчета записать в отчет о лабораторной работе и построить графики для обоих видов сетей.
Проверить расчетные зависимости экспериментально.
Устанавливая переключателем S13 последовательно значения сопротивления в цепи тела человека Rh = 1; 5; 10 кОм, измерить ток Ih и напряжение UA между фазным проводом А и землей (считывать показания индикаторов амперметра и вольтметра и заносить их в табл. 3).
Таблица 3 – Зависимость тока Ih, мА, и напряжения UА, В, от сопротивления Rh при RE = 100 и
СЕ = 0
Режим нейтрали сети |
Rh, кОм |
1 |
5 |
10 |
Изолированная |
Ih, теор. |
6,53 |
6,29 |
6 |
Ih, эксп. |
5 |
5 |
4 |
|
UА,эксп. |
110 |
110 |
113 |
|
Глухозаземленная |
Ih, теор. |
220 |
44 |
22 |
Ih, эксп. |
230 |
45 |
21 |
|
UА,эксп. |
210 |
211 |
211 |
Вывод:
Задание № 4. При аварийной ситуации (замыкании фазного провода на землю через сопротивление растеканию тока Rзм) провести сравнительный анализ опасности прикосновения человека к исправному фазному проводу в сетях с изолированной и заземленной нейтралью. Исследовать характер влияния сопротивления Rзм на значение тока Ih, протекающего через человека.
Рассчитать по формулам (19) и (21) зависимость Ih = I (Rзм) для сетей с глухозаземленной и изолированной нейтралью при заданном преподавателем фазном напряжении (например, Uф = 220 В). Принять R0 = 4 Ом, Rh= 1000 Ом, а Rзм значения, указанные на стенде около переключателя S14. Результаты расчета занести в отчет о лабораторной работе и начертить график Ih = I (Rзм) для обоих видов сетей.
Проверить расчетные зависимости экспериментально.
Устанавливая переключателем S14 последовательно значения Rзм = 10; 100 и 1000 Ом, измерить ток Ih в цепи тела человека и напряжение UA междуфазным проводом А и землей (считывать показания индикаторов амперметра и вольтметра и заносить их в табл. 4).
Таблица 4 – Зависимость тока Ih, мА, и напряжения UА, В, от сопротивления замыкания Rзм фазы В или С на землю
Режим нейтрали сети |
Rзм, Ом |
10 |
100 |
1000 |
Изолированная |
Ih, теор. |
377,3 |
346,4 |
173,2 |
Ih, эксп. |
397 |
362 |
198 |
|
UА,эксп. |
336 |
311 |
185 |
|
Глухозаземленная |
Ih, теор. |
266,0 |
226,2 |
220,6 |
Ih, эксп. |
267 |
234 |
230 |
|
UА,эксп. |
241 |
215 |
210 |
Вывод:
Задание № 5. При аварийной ситуации (замыкании фазного провода на землю через сопротивление растеканию тока Rзм) выполнить исследование характера влияния сопротивления в цепи тела человека, прикоснувшегося к исправному фазному проводу в сетях с изолированной и заземленной нейтралью, на значение тока Ih, протекающего через человека.
Рассчитать по формулам (19) и (21) зависимость Ih = I (Rh) для сетей с
глухозаземленной и изолированной нейтралью при заданном преподавателем фазном напряжении (например, Uф = 220 В). Принять R0 = 4 Ом, Rзм = 100 Ом, a Rh значения указанные около переключателя S13. Результаты расчета занести в отчет о лабораторной работе и начертить графики Ih = I (Rh) для обоих видов сетей.
Проверить расчетные зависимости экспериментально.
Определить и записать в табл.5 значения тока Ih в зависимости от сопротивления в цепи тела человека Rh при постоянном значении Rзм для сети с изолированной и заземленной нейтралью.
Таблица 5 – Зависимость тока Ih, мА, и напряжения UА, В, от сопротивления Rh в цепи тела человека
Режим нейтрали сети |
Rh, кОм |
1 |
5 |
10 |
Изолированная |
Ih, теор. |
346,4 |
74,7 |
37,7 |
Ih, эксп. |
363 |
77 |
36 |
|
UА,эксп. |
312 |
336 |
339 |
|
Глухозаземленная |
Ih, теор. |
226,2 |
45,2 |
22,6 |
Ih, эксп. |
235 |
46 |
21 |
|
UА,эксп. |
215 |
215 |
215 |
Вывод: