ftd

Рис.1.4. Напряжение шага: а – общая схема; б – растекание тока с опорной поверхности ног человека

Это выражение можно записать как

Uш = U3 β1,

где β1 – коэффициент напряжения шага, учитывающий форму потенциальной кривой.

21

Напряжение шага, как и напряжение прикосновения, зависит от сопротивления опорной поверхности ног и сопротивления обуви. Влияние этих сопротивлений учитывается коэффициентом

Очевидно, дополнительные сопротивления в цепи человека, попавшего под шаговое напряжение (см. рис. 1.4, б), отличаются от этих сопротивлений в цепи человека, оказавшегося под напряжением прикосновения. Так, сопротивление опорной поверхности ног

Rн = πρхн .

Сопротивление обуви также в 4 раза больше. Поэтому можно принять, что в пределе может быть β2= α42 .

Окончательно аналогично напряжению прикосновения напряжение шага

Ток через человека, попавшего под шаговое напряжение, определится как и в случае напряжения прикосновения:

Это выражение и есть зависимость тока через человека, попавшего под шаговое напряжение, от тока замыкания на землю:

Ih = f(I3).

Коэффициент напряжения шага, учитывающий форму потенциальной кривой β, зависит от формы и конфигурации заземлителя и положения относительно заземлителя точки, в которой он определяется. Чем ближе к заземлителю, тем больше β1 и если человек стоит над заземлителем, коэффициент β1 принимает максимальное значение. Человек, находящийся вне поля растекания заземлителя (на земле х→∞), вообще не попадает под напряжение шага, так как β1 = 0 и Uш = 0. Шаговое напряжение также может быть равным нулю, если обе ноги человека находятся на эквипотенциальной линии.

22

Следует отметить, что характер зависимости шагового напряжения от расстояния до заземлителя противоположен той же зависимости напряжения прикосновения, которое увеличивается с увеличением расстояния.

2. Описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд предназначен для изучения явления растекания тока при замыкании на землю. Стенд представляет собой модель заземлителя.

Рис. 2.1. Внешний вид лабораторного стенда

Моделируется два типа заземлителя – дисковый и полусферический. Выбор типа заземлителя производится соответствующим тумблером. Величина тока замыкания устанавливается регулятором и контролируется индикатором «Ток» в пределах от 0 до 10 А. На лицевой панели стенда размещены контрольные гнезда находящиеся на поверхности земли и удаленные от заземлителя на различные расстояния. Изменение удельного сопротивления грунта производится переключателем. Измерение напряжения между различными контрольными гнездами или между контрольными гнездами и землей производятся только встроенным измерителем на-

пряжения.

Не используйте для этих целей какие либо внешние приборы.

При работе модели не используются напряжения опасные для жизни. Включение и выключение стенда производится выключателем расположенным на боковой панели стенда.

3. Меры безопасности

Все работы на стенде выполняются с разрешения преподавателя.

23

4.Подготовка стенда к работе

4.1.Произведите внешний осмотр стенда и убедитесь в его целостности, надежном креплении крепежных винтов.

4.2.Подсоедините сетевой кабель (из комплекта стенда) к стенду и сетевой розетке с заземляющим контактом.

5.Порядок выполнения работы

5.1.Изучить содержание работы.

5.2.Изучить расположение органов управления на стенде.

5.3.Включить тумблер «Сеть» на боковой поверхности стенда.

5.4.Установить переключатель «Тип заземлителя» в положение «полусфера», переключатель «Удельное сопротивление грунта» в положение

10 Ом м. Установите величину тока замыкания I = 10 А.

Измерьте напряжение корпусов оборудования относительно земли (клемма ), полученные значения занесите в табл. 2. Повторите измере-

ния для других значений удельного сопротивления грунта и второго типа заземлителя. Все полученные результаты заносите в табл. 2. По полученным данным выполните расчет Rз = f(ρ). Сделайте выводы о влиянии удельного сопротивления грунта и типа заземлителя на Rз и Uкорп.

5.5. Получите у преподавателя вариант для выполнения следующего задания. Установите тип заземлителя и величину тока замыкания на землю согласно полученному варианту (табл. 1).

5.6. Снимите зависимости ϕосн = f(х), Uпр = f(x), Uш = f(x). Результаты занесите в табл. 3. По снятым зависимостям сделайте выводы.

24

6. Содержание отчета

6.1.Цель работы.

6.2.Полученные результаты.

6.3.Построенные зависимости ϕосн = f(х), Uпр = f(x), Uш = f(x)

6.4.Выводы по работе.

7.Контрольные вопросы

7.1.От чего зависит сопротивление заземлителя?

7.2.Что такое напряжение прикосновения?

7.3.Что такое выравнивание потенциалов?

7.4.Что такое напряжение шага? Как оно возникает?

7.5.Как изменяется напряжение прикосновения при удалении от заземлителя?

7.6.Как изменяется напряжение шага при удалении от заземлителя?

25

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПАСНОСТИ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ В СЕТИ

С ЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

Цель работы

Изучение влияния режима нейтрали, параметров сети и сопротивления тела человека на исход поражения электрическим током.

1. Основные положения

Нейтраль (нулевая точка) является центром симметрии сети трехфазного тока. В трансформаторах, а также на генераторах, электродвигателях или иных устройствах предусматривается нулевой вывод. В симметричных системах токов и напряжений этот вывод имеет практически потенциал земли и при этом не имеет значения, соединена ли нейтраль с землей и если да, то каким образом это выполнено.

Трехфазные электрические сети в зависимости от их режима нейтрали разделяются на сети с изолированной и заземленной нейтралью. Электрической сетью с заземленной нейтралью считается такая сеть, в которой хотя бы одна из нейтралей генераторов или силовых трансформаторов заземлена непосредственно или через устройство с малым сопротивлением по сравнению с сопротивлением нулевой последовательности сети.

Под исследованием опасности поражения электрическим током будем понимать определение возможных значений напряжений прикосновения и токов через тело человека в сети с нормальным состоянием изоляции, а также при повреждении изоляции (при замыкании одной из фаз на землю).

Определим напряжение прикосновения. Для сети с заземленной нейтралью (рис. 1) согласно закону Кирхгофа можно записать

26

Проводимость нейтрали у0 >> уa, уb, уc, поэтому уравнение (4) в результате преобразования можно представить в следующем виде:

или, переходя к действительной форме,

R

Rh + r0 . (6)

Всетях напряжением до1000 В r0 ≤ 8 Ом, а поскольку Rh ≤ 1000 Ом, то можно считать, что максимальное значение напряжения прикосновения – фазное напряжение.

Можно сделать вывод, что в сети с заземленной нейтралью в нормальном режиме при прикосновении к одной из фаз напряжение прикосновения

близко к фазному (Rh >> r0), а ток через тело человека определяется его собственным сопротивлением.U = U h

27

В аварийном режиме (фаза С замкнута на землю – см. рис. 1) напряжение прикосновения определится по формуле

Покажем Uпр для этого случая на векторной диаграмме.

A

Uпр

O

O’ Uro

Рис. 2. Векторная диаграмма напряжений для аварийного режима работы сети с заземленной нейтралью

Из рис. 2 видно, что величина Uпр в случае замыкания одной из фаз на землю зависит от соотношения rзм и r0 и лежит в диапазоне:

Uф < Uпр < Uл.

Таким образом, в аварийном режиме напряжение прикосновения несколько увеличивается, причем это увеличение определяется сопротивлением замыкания поврежденной фазы.

2. Описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд представляет собой модель трехфазной электрической сети, выполненную на низком, безопасном для учащихся напряжении. В качестве источника используется трехфазный понижающий трансформатор.

28

4.3.Установите переключатели «rА= rB = rC (кОм)», «Rоб» «Rпола» в положение 1кОм, «сА= сB = сC (мкФ)» – в положение 0,1 мкФ, «Rзам» в положение 1 Ом. Кнопка «Авария» должна быть отжата.

4.4.Включите тумблер «СЕТЬ».

4.5.Снимите зависимости Uпр = f(rиз), Ih = f(rиз), Uпр = f(cиз), Ih = f(cиз ).

4.6.Получите номер варианта у преподавателя и снимите зависимости

согласно варианту (табл. 1).

Таблица 1

4.7. Нажмите кнопку «Авария», загорится ее подсветка. Снимите зави-

симости UфС = f(Rзам) и Uпр = f(Rзам).

4.8. Отключите кнопку «Авария и приведите стенд в исходное состояние.

5. Содержание отчета

5.1.Цель работы.

5.2.Схема сети с заземленной нейтралью.

5.3.Полученные результаты.

30