В. Анализ электробезопасности сетей типа TN-C

Пример решения задачи по анализу электробезопасности сетей в аварийном режиме

Задача

В сети напряжением 380/220 В, 50 Гц с заземленной нейтралью типа TN-C произошло замыкание на землю фазного провода, при этом: R_зм =18 Ом; R₀ =4 Ом; R_h =1 кОм.

Какой ток протекает через тело человека при прикосновении к поврежденной фазе, если человек находится на расстоянии 40 м от места замыкания на землю?

Принципиальная схема, соответствующая условию задачи, приведена ниже.

Решение:

1. Рассчитаем ток замыкания на землю по формуле:

,

.

При этом учтено, что R_h и R_зм включены параллельно и R_h >> R_зм.

2. Определим напряжение поврежденного фазного провода относительно земли по формуле:

,

.

3. Рассчитаем ток через тело человека по формуле:

.

Так как человек находится на расстоянии 40 м от места замыкания на землю, a₁= a₂=1 и

,

.

Ответ задачи: I_h=180 мА - справедлив в том случае, когда человек стоит вне зоны растекания тока с поврежденного провода.

Решите аналогичную задачу самостоятельно.

Задача

Определить ток, протекающий через тело человека I_h при однофазном прикосновении к замкнувшемуся на землю проводу 3-х фазной 3-х проводной сети с изолированной нейтралью типа IT, если человек находится на расстоянии 30 м от места замыкания на землю.

Дано: U_л=380 В, R_h=2 кОм; С_L1 =С_L2 =С_L3 =0;

R_L1 =R_L2 =R_L3 =R=12 кОм; R_зм =16 Ом.

Ответ: 88мА.

Если Ваш ответ не совпал с приведенным, повторите раздел 3.А.

Пример решения задачи по анализу электробезопасности сетей в нормальном режиме

Задача

Человек прикоснулся к фазному проводу сети типа IT при нормальном режиме работы. Определить ток, протекающий через тело человека I_h для двух случаев:

1) U =220 В, R_h=1 кОм; С_L1 =С_L2 =С_L3 =0; R_L1 =R_L2 =R_L3 =R=30 кОм.

2) U =220 В, R_h=1 кОм; С_L1 =С_L2 =С_L3 = ; R_L1 =R_L2 =R_L3 =R=30 кОм

Принципиальная схема, соответствующая условию задачи, приведена ниже.

Решение:

1. Рассчитаем ток, протекающий через тело человека в первом случае, по формуле:

.

2. Во втором случае ток, протекающий через тело человека, определяется по формуле:

С учетом того, что при С_L1 =С_L2 =С_L3 = Z=0

.

Ответ задачи: 1) 20 мА; 2) 220 мА.

 

Решите аналогичную задачу самостоятельно.

Задача

Определить ток, протекающий через тело человека II_h при прямом однофазном прикосновении к проводу сети типа TN-C при нормальном режиме работы. Параметры сети: U =220 В, R_h=2 кОм; С_L1 =С_L2 =С_L3 =0,3 мкФ; R_L1 =R_L2 =R_L3 =R=50 кОм; R₀=4 Ом.

Ответ: 110 мА.

Если Ваш ответ не совпал с приведенным, повторите раздел 3.В.

D. Лабораторная работа

"Анализ электробезопасности сетей типа IT и TN-C"

Цель работы

Оценить опасность однофазного прикосновения человека к фазным проводам электрических сетей типа IT и TN-C напряжением до 1 кВ, в зависимости от активного сопротивления изоляции и емкости фазных проводов относительно земли, режима работы сети.

Содержание работы

1. Исследовать опасность прямого прикосновения человека к фазным проводам с несимметричными параметрами относительно земли в сетях двух типов IT и TN–C при нормальном режиме работы.

2. Исследовать опасность прямого прикосновения человека к фазным проводам с несимметричными параметрами относительно земли в сетях двух типов IT и TN–C при аварийном режиме работы (замыкание одного из фазных проводов на землю).

3. Исследовать опасность поражения человека электрическим током при нормальном режиме работы в сетях двух типов IT и TN–C с симметричными параметрами в зависимости от значения активного сопротивления изоляции при постоянном значении емкости фазных проводов относительно земли.

1. Исследовать опасность поражения человека электрическим током при нормальном режиме работы в сетях двух типов IT и TN–C с симметричными параметрами в зависимости от значения емкости при постоянном значении активного сопротивления изоляции фазных проводов относительно земли.

Теоретическая часть

Для изучения теоретического материала, используемого в данной лабораторной работе обратитесь к соответствующим разделам

Порядок выполнения работы

Начало формы

 

 

Для сети IT

1. Выставить параметры сети в соответствии с выбранным Вами вариантом задания (либо, номером варианта, заданным преподавателем).

Вариант № RL1, кОм RL2, кОм RL3, кОм Rh, кОм CL1, мкФ CL2, мкФ CL3, мкФ writeVariant(1) 1 25 50 100 1 0 0 0 writeVariant(2) 2 10 60 90 2 0 0 0 writeVariant(3) 3 150 60 10 5 0 0 0 writeVariant(4) 4 90 50 25 7 0 0 0

Подключая модель человека поочередно к фазным проводам L1, L2, L3 (иммитируется прямое прикосновение человека к токоведущей части) при нормальном режиме работы сети, снять показания миллиамперметра, выбирая необходимый диапазон измерений. Значения токов через тело человека записать в таблицу 1 протокола.

 

ВЫПОЛНИТЬ

2. В дополнение к выставленным в п.1 параметрам сети в соответствии с выбранным Вами вариантом задания (либо, номером варианта, заданным преподавателем) установите значение R_зм.

Вариант 1. Вариант 2. Вариант 3. Вариант 4. Rзм=100 Ом Rзм=50 Ом Rзм=150 Ом Rзм=150 Ом

Подключая модель человека поочередно к фазным проводам L1, L2, L3 (иммитируется прямое прикосновение человека к токоведущей части) при аварийном режиме работы сети (любой из фазных проводов замкнулся на землю), снять показания миллиамперметра, выбирая необходимый диапазон измерений. Значения токов через тело человека записать в таблицу 2 протокола.

 

ВЫПОЛНИТЬ

3. Подключить модель человека к фазному проводу L1 (иммитируется прямое прикосновение человека к токоведущей части).
При нормальном режиме работы сети снять показания миллиамперметра, выбирая необходимый диапазон измерений, для каждого из следующих значений активного сопротивления изоляции фазных проводов сети относительно земли:
R_L1=R_L2=R_L3=R=1; 2,5; 5; 10; 25; 50; 100 кОм при значениях емкости фазных проводов сети относительно земли: C_L1=C_L2=C_L3=C=0 мкФ. Значения токов через тело человека записать в таблицу 3 протокола.
По результатам измерений построить график зависимости
I_h=f(R) при C=0.

 

ВЫПОЛНИТЬ

4. Подключить модель человека к фазному проводу L1 (иммитируется прямое прикосновение человека к токоведущей части). При нормальном режиме работы сети снять показания миллиамперметра, выбирая необходимый диапазон измерений, для каждого из следующих значений емкости фазных проводов сети относительно земли:
C_L1=C_L2=C_L3=C=0; 0,1; 0,25; 0,5; 1,0; 2,5 мкФ при активного сопротивления изоляции фазных проводов сети относительно земли: R_L1=R_L2=R_L3=R=100 кОм. Значения токов через тело человека записать в таблицу 4 протокола.
По результатам измерений построить график зависимости
I_h=f(C) при R=100 кОм.

ВЫПОЛНИТЬ

Для сети TN-C

1. Выставить параметры сети в соответствии с выбранным Вами вариантом задания (либо, номером варианта, заданным преподавателем). Подключая модель человека поочередно к фазным проводам L1, L2, L3 (иммитируется прямое прикосновение человека к токоведущей части) при нормальном режиме работы сети, снять показания миллиамперметра, выбирая необходимый диапазон измерений. Значения токов через тело человека записать в таблицу 5 протокола.

 

ВЫПОЛНИТЬ

2. В дополнение к выставленным в п.1 параметрам сети в соответствии с выбранным Вами вариантом задания (либо, номером варианта, заданным преподавателем) установите значение Rзм: Подключая модель человека поочередно к фазным проводам L1, L2, L3 (иммитируется прямое прикосновение человека к токоведущей части) при аварийном режиме работы сети (любой из фазных проводов замкнулся на землю), снять показания миллиамперметра, выбирая необходимый диапазон измерений. Значения токов через тело человека записать в таблицу 6 протокола.

 

ВЫПОЛНИТЬ

3. Подключить модель человека к фазному проводу L1 (иммитируется прямое прикосновение человека к токоведущей части). При нормальном режиме работы сети снять показания миллиамперметра, выбирая необходимый диапазон измерений, для каждого из следующих значений активного сопротивления изоляции фазных проводов сети относительно земли:
R_L1=R_L2=R_L3=R_PEN=R=1; 2,5; 5; 10; 25; 50; 100 кОм при значениях емкости фазных проводов сети относительно земли C_L1=C_L2=C_L3=C_PEN=C=0 мкФ. Значения токов через тело человека записать в таблицу 7 протокола.
По результатам измерений построить график зависимости
I_h=f(R) при C=0.

 

ВЫПОЛНИТЬ

4. Подключить модель человека к фазному проводу L1 (имитируется прямое прикосновение человека к токоведущей части). При нормальном режиме работы сети снять показания миллиамперметра, выбирая необходимый диапазон измерений, для каждого из следующих значений емкости фазных проводов сети относительно земли:
C_L1=C_L2=C_L3=C_PEN=C=0; 0,1; 0,25; 0,5; 1,0; 2,5 мкФ при активного сопротивления изоляции фазных проводов сети относительно земли: R_L1=R_L2=R_L3=R_PEN=100 кОм. Значения токов через тело человека записать в таблицу 8 протокола.
По результатам измерений построить график зависимости
I_h=f(C) при R=100 кОм.

 

ВЫПОЛНИТЬ

Оформление отчета

Данные, полученные во время выполнения лабораторной работы, автоматически заносятся в протокол. При оформлении отчета необходимо проанализировать результаты измерений и ответить в письменной форме на вопросы, приведенные в протоколе.

Конец формы

 

В. Анализ электробезопасности сетей типа TN-C

Для трехфазной сети с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ типа TN-C (рис. 3.11.) значения тока, протекающего через тело человека и напряжение прикосновения определяются фазным напряжением сети и не зависят от сопротивления изоляции и емкости проводов относительно земли.

Рис. 3.11. Однофазное прямое прикосновение в сети с заземленной нейтралью типа TN-C при нормальном режиме работы

Действительно, проводимости фазного и нулевого проводников относительно земли по сравнению с U ₀ =1/R ₀ проводимостью заземления нейтрали малы (U _L1, U _L2, U _{L 3} << U ₀). При этом выражение для тока (3.4), протекающего через тело человека при прикосновении к фазному проводу при нормальном режиме работы сети TN-C (рис. 3.11), принимает вид [3]:

(3.13)

где R₀ - сопротивление рабочего заземления нейтрали.

Напряжение прикосновения в этом случае определяется из уравнения:

(3.14)

Так как обычно R_{0 0 << Rh , то можно считать, что человек в этом случае попадает практически под фазное напряжение сети.}

_{Рис. 3.12. Прикосновение к исправному проводу в сети с заземленнойной нейтралью типа TN-C при аварийном режиме работы}

_{При аварийном режиме, когда один из фазных проводов сети, например, провод L 2 (рис. 3.12), замкнут на землю через относительно малое активное сопротивление Rзм , а человек прикасается к исправному фазному проводу, уравнение (3.3) имеет следующий вид:}

_{Здесь учтено, что Y L1 , U L2 и U PEN малы по сравнению с U 0 , а U L3 – по сравнению с U 0 и U зм , т.е. ими можно принебречь и считать равными нулю.}

_{С учетом того, что}

_{; ; , ,}

_{напряжение прикосновения в действительной форме имеет вид}

_.

_{Учитывая, что}

_,

_{предыдущее выражение можно записать как}

_{. (3.15)}

_{При этом выражение для определения тока через тело человека имеет вид}

_{. (3.16)}

_{Рассмотрим два характерных случая.}

_{1. Если принять, что сопротивление замыкания фазного провода на землю Rзм равно нулю, то напряжение прикосновения}

_{. (3.17)}

_{Следовательно, в данном случае человек окажется практически под воздействием линейного напряжения сети.}

_{2. Если принять равным нулю сопротивления заземления нейтрали R0 , то}

_,

_{т.е. напряжение под которым окажется человек, будет практически равно фазному напряжению.}

_{Однако в реальных условиях сопротивления Rзм и R0 всегда больше нуля, поэтому напряжение, под которым оказывается человек, прикоснувшийся в аварийный период к исправному фазному проводу трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью, т.е. напряжение прикосновения Uh всегда меньше линейного, но больше фазного, то есть}

_{. (3.18)}

_{С учетом того, что всегда Rзм > R0 ,напряжение прикосновения Uh в большинстве случаев незначительно превышаетзначение фазного напряжения, что менее опасно для человека, чем в аналогичной ситуации в сети типа IT.}

_{Рис. 3.13. Прикосновение к неисправному проводу в сети с заземленной нейтралью типа TN-C при аварийном режиме работы}

_{При аварийном режиме работы сети типа TN-C, когда человек касается провода, замкнувшегося на землю (рис. 3.13; человек касается фазного провода L3) ток через тело человека будет определяться, также, как и в сети типа IT, падением напряжения на сопротивлении растеканию тока в месте замыкания на землю R ЗМ:}

_(3.20)

_{где I ЗМ - ток замыкания на землю; a1, a2 - коэффициенты напряжения прикосновения.}

_{При a1= a2=1}

_{Ток замыкания на землю в сети TN-C зависит только от сопротивления растеканию тока R ЗМ, сопротивления заземления нейтрали R0 и сопротивления тела человека R h . Если принять во внимание, что обычно R ЗМ<< R h , то}

_{В этом случае напряжение прикосновения лишь незначительно отличается от значения фазного напряжения.}

_{Таким образом, прикосновение к неисправному фазному проводу (замкнувшемуся на землю) в сети TN-C практически также опасно, как к исправному. Значение тока, протекающего через тело человека, в этом случае почти такое же, как при прямом однофазном прикосновении в нормальном режиме работы в сети TN-C.}

С. Практическое занятие "Анализ электробезопасности сетей типа IT и TN-C"

Пример решения задачи по анализу электробезопасности сетей в аварийном режиме

Задача

В сети напряжением 380/220 В, 50 Гц с заземленной нейтралью типа TN-C произошло замыкание на землю фазного провода, при этом: R_зм =18 Ом; R₀ =4 Ом; R_h =1 кОм.

Какой ток протекает через тело человека при прикосновении к поврежденной фазе, если человек находится на расстоянии 40 м от места замыкания на землю?

Принципиальная схема, соответствующая условию задачи, приведена ниже.

Решение:

1. Рассчитаем ток замыкания на землю по формуле:

,

.

При этом учтено, что R_h и R_зм включены параллельно и R_h >> R_зм.

2. Определим напряжение поврежденного фазного провода относительно земли по формуле:

,

.

3. Рассчитаем ток через тело человека по формуле:

.

Так как человек находится на расстоянии 40 м от места замыкания на землю, a₁= a₂=1 и

,

.

Ответ задачи: I_h=180 мА - справедлив в том случае, когда человек стоит вне зоны растекания тока с поврежденного провода.

Решите аналогичную задачу самостоятельно.

Задача

Определить ток, протекающий через тело человека I_h при однофазном прикосновении к замкнувшемуся на землю проводу 3-х фазной 3-х проводной сети с изолированной нейтралью типа IT, если человек находится на расстоянии 30 м от места замыкания на землю.

Дано: U_л=380 В, R_h=2 кОм; С_L1 =С_L2 =С_L3 =0;

R_L1 =R_L2 =R_L3 =R=12 кОм; R_зм =16 Ом.

Ответ: 88мА.

Если Ваш ответ не совпал с приведенным, повторите раздел 3.А.

Пример решения задачи по анализу электробезопасности сетей в нормальном режиме

Задача

Человек прикоснулся к фазному проводу сети типа IT при нормальном режиме работы. Определить ток, протекающий через тело человека I_h для двух случаев:

1) U =220 В, R_h=1 кОм; С_L1 =С_L2 =С_L3 =0; R_L1 =R_L2 =R_L3 =R=30 кОм.

2) U =220 В, R_h=1 кОм; С_L1 =С_L2 =С_L3 = ; R_L1 =R_L2 =R_L3 =R=30 кОм

Принципиальная схема, соответствующая условию задачи, приведена ниже.

Решение:

1. Рассчитаем ток, протекающий через тело человека в первом случае, по формуле:

.

2. Во втором случае ток, протекающий через тело человека, определяется по формуле:

С учетом того, что при С_L1 =С_L2 =С_L3 = Z=0

.

Ответ задачи: 1) 20 мА; 2) 220 мА.

 

Решите аналогичную задачу самостоятельно.

Задача

Определить ток, протекающий через тело человека II_h при прямом однофазном прикосновении к проводу сети типа TN-C при нормальном режиме работы. Параметры сети: U =220 В, R_h=2 кОм; С_L1 =С_L2 =С_L3 =0,3 мкФ; R_L1 =R_L2 =R_L3 =R=50 кОм; R₀=4 Ом.

Ответ: 110 мА.

Если Ваш ответ не совпал с приведенным, повторите раздел 3.В.

D. Лабораторная работа

"Анализ электробезопасности сетей типа IT и TN-C"

Цель работы

Оценить опасность однофазного прикосновения человека к фазным проводам электрических сетей типа IT и TN-C напряжением до 1 кВ, в зависимости от активного сопротивления изоляции и емкости фазных проводов относительно земли, режима работы сети.

Содержание работы

1. Исследовать опасность прямого прикосновения человека к фазным проводам с несимметричными параметрами относительно земли в сетях двух типов IT и TN–C при нормальном режиме работы.

2. Исследовать опасность прямого прикосновения человека к фазным проводам с несимметричными параметрами относительно земли в сетях двух типов IT и TN–C при аварийном режиме работы (замыкание одного из фазных проводов на землю).

3. Исследовать опасность поражения человека электрическим током при нормальном режиме работы в сетях двух типов IT и TN–C с симметричными параметрами в зависимости от значения активного сопротивления изоляции при постоянном значении емкости фазных проводов относительно земли.

1. Исследовать опасность поражения человека электрическим током при нормальном режиме работы в сетях двух типов IT и TN–C с симметричными параметрами в зависимости от значения емкости при постоянном значении активного сопротивления изоляции фазных проводов относительно земли.

Теоретическая часть

Для изучения теоретического материала, используемого в данной лабораторной работе обратитесь к соответствующим разделам