Метод электрического разделения сетей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Аннотация
• Введение
• Глава 1. Метод электрического разделения сетей
• 1.1 Зависимость тока через тело человека от длины проводов в сетях IT
• 1.2 Метод электрического разделения сетей
• 1.3 Разделительный трансформатор
• Глава 2. Разработка лабораторной работы по исследованию метода электрического разделения сетей
• 2.2 Получение зависимости тока через тело человека от длины проводов в сетях IT
• 2.3 Получение зависимости тока через тело человека от длины проводов в сетях TN-C
• 2.4 Изменение тока через тело человека при наличии разделительного трансформатора
• 2.5. Проверка работоспособности метода в сетях однофазного тока
• 2.5.1 Зависимость без включения разделительного трансформатора
• 2.5.2 Зависимость при включении разделительного трансформатора
• Глава 3. Разработка электрической схемы лабораторного стенда
• 3.1Описание общих элементов принципиальной схемы
• 3.2 Электрическая схема стенда
• 3.3 Меры по технике безопасности
• Глава 4. Описание лабораторной работы
• Заключение
• Библиографический список


Работа посвящена исследованию метода электрического разделения сетей. Предложена основа для лабораторной работы по изучению данного метода: рассмотрена нормативная документация в области электрического разделения сетей, проанализированы достоинства и недостатки, проведены расчёты значений тока через человека. Также в работе содержится принципиальная схема лабораторной установки и описание лабораторной работы.

Бакалаврская работа состоит из 3-х глав, выполнена на 43 страницах, содержит 15 рисунков, 15 таблиц, 10 источников литературы.



Введение

Широкое использование электроэнергии в промышленности, на транспорте, в быту привело к тому, что большое число людей используют различные электроустановки.

В связи с этим вопросы электробезопасности приобретают особое значение. Проблемы электробезопасности решаются путём совершенствования мер и средств защиты людей, которые эксплуатируют электрооборудование.

Кафедра ИЭиОТ уделяет большое внимание изучению методов по защите от поражения электрическим током.

Как известно, для защиты могут применяться следующие методы:

1) Защитное заземление

2) Защитное зануление

3) УЗО

4) Различные защитные средства

Среди вышеизложенных методов отсутствует один из выжных и широко применяемых методов - это метод электрического разделения сетей.

В связи с этим на кафедре появилась инициатива по внедрению изучения это метода в курс электробезопасности и сделать лабораторную работу по этой теме.

Выполнение лабораторных работ помогает студентам гораздо лучше усваивать материал. Так как во время их выполнения студент может наглядно убедиться в работе определённых методов защиты, может сравнить теоретические данные с экспериментальными, которые получит сам.

Чтобы создать лабораторную работу необходимо выполнить следующие задачи, которые ставятся в данной бакалаврской работе:

1) Изучить принцип работы метода электрического разделения сетей

2) Оценить целесообразность метода в различных сетях

3) Предложить принципиальную схему электрическую схему

4) Провести расчёты

5) Разработать описание лабораторной работы.



Глава 1. Исследование метода электрического разделения сетей

1.1 Зависимость тока через человека от длины сети в сетях IT

В сетях с изолированной нейтралью (рис.1) ток через тело человека при его попадании под фазное напряжение равен[1]:

(1.1)

Рис.1 Прикосновение человека к фазному проводнику в сети IT.

где: Ih - ток через тело человека

Uф - фазное напряжение сети

Rh - сопротивление тела человека, принимаемое равным 1кОм

Z - комплексное сопротивление изоляции фазных проводов относительно земли, которое в свою очередь равно:

(1.2)

(1.3)

(1.4)

где:

R - активная составляющая сопротивления изоляции проводов относительно земли

С - ёмкость сопротивления изоляции проводов относительно земли

f- частота питающей сети, равная 50Гц

Также сопротивление изоляции фазных проводов относительно земли можно представить как обратную величину от проводимости:

(1.5)

(1.6)

(1.7)

Зависимости этих сопротивлений от длины проводов (l) имеют вид:

(1.8)

(1.9)

где:

Ro и Со - удельные сопротивления и ёмкость изоляции фазных проводов относительно земли

Отсюда видим, что при увеличении длины провода (l) - уменьшается R (1.8) и увеличивается С (1.9), и, соответственно, сопротивление(Z) уменьшается (1.7), что приводит к увеличению тока через человека(Ih)(1.1).

Получается, что, чем длиннее сеть, тем опаснее она становится

Для того чтобы сделать длинные сети безопасными применяется метод электрического разделения сетей.

1.2 Метод электрического разделения сетей

Электрическое разделение сетей - это деление единой сильно разветвленной сети на ряд небольших сетей такого же напряжения. При электрическом разделении сетей необходимо разбить длинную сеть на ряд коротких так, чтобы эти короткие сети не были связаны гальванически. При этом должна быть обеспечена передача энергии от одной сети к другой. Такая бесконтактная передача энергии может осуществляться следующими способами[3]:

1) С помощью трансформатора через электромагнитное поле

2) С помощью электромеханических систем, например, электродвигателя и генератора

3) С помощью опто-,фотоэлектронных приборов

Чаще всего осуществляется путем подключения отдельных электроприёмников через разделительный трансформатор(РТ) с коэффициентом трансформации равным 1 или меньше, питающийся от основной сети.

Могут применяться не только трансформаторы, но и преобразователи частоты, выпрямительные установки, которые должны связываться с основной сетью только через трансформатор.

Область применения:

Сети до 1000 В с изолированной нейтралью, эксплуатация которых связана с повышенной опасностью, в частности:

1) передвижные ЭУ;

2) ручной электроинструмент;

3) помещения с повышенными требованиями электробезопасности (ванные комнаты; учебные лаборатории; больничные палаты, операционные);

Недостатки (особенности):

1) не допускается заземление нейтрали или одного из выводов вторичной обмотки РТ или преобразователя;

2) при замыкании на землю и при прикосновении человека к исправной фазе, он попадает под линейное напряжение.

3) при двухфазном прикосновении метод не работает.

4) при подключении РТ имеются потери электроэнергии, так что метод является неэкономичным

Чтобы избежать опасности замыкания на землю необходимо постоянно следить за состоянием изоляции и своевременно устранять ее повреждения.

На рис.2,а приведена схема включения электроприемника через разделяющий трансформатор. Вторичную обмотку трансформатора и корпус электроприемника не заземляют; корпус трансформатора заземляется или зануляется как обычно. При случайном прикосновении к одному из проводов во вторичной цепи не создается опасность поражения, поскольку протяженность вторичной цепи мала и утечки тока в ней практически нет.

Рис.2 (а)Схема включения разделительного трансформатора

(б) двойное замыкание в сети, питающейся через разделительный трансформатор

1-корпус электроприемника; 2-корпус трансформатора

Заземление корпуса электроприемника, присоединенного к разделяющему трансформатору, не требуется, а соединения его с сетью зануления не допускаются.

Для каждого электроприемника ПУЭ[4] предусматривается отдельный трансформатор ограниченной мощности (не более 15 А на первичной стороне). Это необходимо для того, чтобы предотвратить двойное замыкание и опасность попадания людей под линейное напряжение (рис.2,6): если во вторичной сети возникнет замыкание на землю на одной фазе, а на корпус электроприемника замкнется вторая фаза, то создается опасность для человека, находящегося непосредственно на земле или проводящем полу.

Для того, чтобы снизить вероятность возникновения двойного замыкания и тем самым уменьшить опасность поражения, вторичная цепь не должна быть разветвленной.

Вторичное напряжение разделяющих трансформаторов не должно превышать 380 В.

Применение разделяющих трансформаторов существенно усиливает электробезопасность по сравнению с питанием непосредственно от сети или через понижающие трансформаторы. Область использования разделяющих трансформаторов достаточно обширна, так, например, их применяют для питания электроинструмента, который из-за сравнительно большой мощности трудно выполнить на малом напряжении, в особо опасных помещениях, на строительных площадках.

Из ПУЭ(1.7.85.)[4]:

Защитное электрическое разделение цепей следует применять, как правило, для одной цепи.

Наибольшее рабочее напряжение отделяемой цепи не должно превышать 500 В.

Питание отделяемой цепи должно быть выполнено от разделительного трансформатора, соответствующего ГОСТ 30030 «Трансформаторы разделительные и безопасные разделительные трансформаторы», или от другого источника, обеспечивающего равноценную степень безопасности.

Токоведущие части цепи, питающейся от разделительного трансформатора, не должны иметь соединений с заземленными частями и защитными проводниками других цепей.

Проводники цепей, питающихся от разделительного трансформатора, рекомендуется прокладывать отдельно от других цепей. Если это невозможно, то для таких цепей необходимо использовать кабели без металлической оболочки, брони, экрана или изолированные провода, проложенные в изоляционных трубах, коробах и каналах при условии, что номинальное напряжение этих кабелей и проводов соответствует наибольшему напряжению совместно проложенных цепей, а каждая цепь защищена от сверхтоков.

Если от разделительного трансформатора питается только один электроприемник, то его открытые проводящие части не должны быть присоединены ни к защитному проводнику, ни к открытым проводящим частям других цепей.

Допускается питание нескольких электроприемников от одного разделительного трансформатора при одновременном выполнении следующих условий:

1) открытые проводящие части отделяемой цепи не должны иметь электрической связи с металлическим корпусом источника питания;

2) открытые проводящие части отделяемой цепи должны быть соединены между собой изолированными незаземленными проводниками местной системы уравнивания потенциалов, не имеющей соединений с защитными проводниками и открытыми проводящими частями других цепей;

3) все штепсельные розетки должны иметь защитный контакт, присоединенный к местной незаземленной системе уравнивания потенциалов;

4) все гибкие кабели, за исключением питающих оборудование класса II, должны иметь защитный проводник, применяемый в качестве проводника уравнивания потенциалов;

1.3 Разделительные трансформаторы

Разделительный трансформатор - это трансформатор, первичная обмотка которого отделена от вторичных обмоток с помощью двойной или усиленной изоляции, между обмотками имеется заземленный металлический защитный экран - пп. 1.7.44 и 1.7.49 ПУЭ. [4]

Безопасный разделительный трансформатор - разделительный трансформатор, предназначенный для питания цепей с наибольшим рабочим напряжением не более 500 В - п. 1.7.85. ПУЭ. [4]

Назначение:

Разделительный трансформатор включается в сети для оебспечения электробезопасности и увеличения надежности и срока службы электрооборудования

Применение:

Разделительные трансформаторы применяются там, где необходима гальваническая развязка первичной и вторичной цепей, а также изоляция подключаемого оборудования от контура заземления.

Например, согласно ПУЭ[4] ванные комнаты входят в категорию особо опасных помещений из-за наличия повышенной влажности, текущей воды и обилия изделий из металла, имеющих неустойчивое заземление. Установка розеток на 220 В допускается только в определенной зоне таких помещений, причём должны быть выполнены особые меры защиты от поражения электрическим током, в частности допускается включение розеток через разделительный трансформатор.

Принцип работы:

Устройство и работа разделительного трансформатора ничем принципиально не отличается от понижающих или повышающих напряжение аналогов; устройством осуществляется такое же преобразование электроэнергии.

Более того, разделительный трансформатор можно использовать как понижающий трансформатор. В этом случае он будет выполнять сразу две функции - снижать напряжения до необходимого значения и, одновременно, обеспечивать электробезопаность.

Применение разделительного трансформатора дополняет требования безопасности: к нему можно и необходимо подключать приборы без соединения с землей. После вторичной обмотки РТ образуется собственная, изолированная электрическая цепь.

Однако опасность поражения электрическим током все-же существует.

Следует соблюдать следующие правила:

1. Нельзя прикасаться к двум выходным клеммам трансформатора одновременно;

2. Корпуса подключаемых к разделительному трансформатору приборов не заземляют;

3. Запитывать от РТ допускается только одно электрическое устройство. При необходимости подключения дополнительного оборудования необходимо пользоваться приборами контроля изоляции, сигнализирующими об ее нарушениях.

Принципиальная блочная схема подключения разделительного трансформатора и приборов к нему (рис.3):

Рис.3 Блочная схема подключения разделительного трансформатора.

Экономия электроэнергии:

Трансформатор, как и любое электрическое или механическое устройство при работе теряет часть энергии. Потери оцениваются коэффициентом полезного действия (КПД).

В разных моделях КПД может колебаться в пределах 70-85%. Таким образом, становится очевидным, что экономии электроэнергии не будет; ей пренебрегают ради безопасности.

Вывод: Метод электрического разделения сетей…



Глава 2. Разработка лабораторной работы по исследованию метода электрического разделения сетей

2.1 Предлагаемые эксперименты для лабораторной работы

Выполнение лабораторной работы по исследованию метода электрического разделения сетей поможет студентам более глубоко усвоить материал на эту тему. И, к тому же, экспериментально убедиться в его работоспособности.

В лабораторной работе предлагается провести следующие опыты:

1. Получение зависимости тока через тело человека от длины проводов в сети IT.

2. Получение зависимости тока через тело человека от длины проводов в сетиTN-C

С помощью этих экспериментов студенты проверят, что в сетях IT ток через тело человека зависит от длины проводов, и сделают выводы об опасности поражения человека электрическим током. Также подтвердят, что в сетях TN-C длина проводов не будет влиять на такую опасность.

Эксперименты будут реализованы за счёт встроенных в стенд активных сопротивлений и ёмкостей, подобранных таким образом, чтобы сымитировать сопротивления изоляции фазных проводов относительно земли.

Сопротивление тела человека будет представлено в виде активного сопротивления.

3. Изменение тока через тело человека при наличии разделительного трансформатора в сети IT.

В этом опыте будет проведено сравнение токов через тело человека при наличии и отсутствии разделительного трансформатора. Будет подтверждено, что разделительный трансформатор помогает снизить ток через человека ниже допустимого и, соответственно, сделать сеть безопасной для попадания человека под фазное напряжение.

Для реализации эксперимента в стенд будет встроен трёхфазный разделительный трансформатор. Трансформатор будет иметь выводы на лицевую панель для возможности его подключения к любому участку сети.

4. Получение зависимости тока через тело человека от длины проводов в сети однофазного тока.

5. Изменение тока через тело человека при наличии разделительного трансформатора в сети однофазного тока.

В данных экспериментах будут также сниматься зависимости тока через тело человека от длины проводов при наличии и отсутствии разделительного трансформатора, но уже для 1- фазной сети.

Трёхфазный разделительный трансформатор можно будет также использовать и для опытов в 1- фазной сети.

2.2 Получение зависимости тока через тело человека от проводов проводов в сети IT

Ток через тело человека в сети с изолированной нейтралью при его попадании под фазное напряжение будет равен:

(2.1)

Для того, чтобы обеспечить безопасность, необходимо выполнение условия:

Так как в исследуемой сети мы предполагаем, что нет другого способа защиты, кроме электрического разделения сети, то можно считать, что при прикосновении человека ток через него будет течь максимально долго (t=?).

Отсюда по табл.1 возьмём значение Iдоп.=6мА[7]

Табл.1

Для обеспечения безопасности студентов предлагается сделать напряжение питания стенда равным 12В. Но при выполнении лабораторной работы студенты будут считать, что работают с сетями с номинальным фазным напряжением равным 220В. Следовательно, подбор сопротивлений для лабораторной установки необходимо провести таким образом, чтобы величины токов соответствовали сети с напряжением 220В. Для этого проведём расчёт необходимых сопротивлений для двух напряжений: 12В и 220В.

Сопротивление изоляции проводов относительно земли в лабораторной установке будет представлено в виде параллельно соединённых активных сопротивлений.

Примем допущение, что наша исследуемая сеть короткая. Тогда влияние, которое будет оказывать ёмкостная составляющая изоляции проводов, будет очень мало. Поэтому мы можем пренебречь ёмкостной составляющей.

Предлагается установить 5 участков, имеющих одинаковое сопротивление. Это позволит студентам собрать сеть длиной от l (эквивалент участка сети небольшой протяжённости) до 5l. То есть сравнить насколько увеличится опасность поражения током при удлинении сети в 5 раз.

Величины токов, полученных студентами в результате, примем в диапазоне от 4мА до 20мА, чтобы график проходил через характерную точку Iдоп.=6мА.

Итак, ток через человека будет равен:

(2.1)

Учитывая, что C=0 имеем(рис.4):

(2.2)

Рис.4 Ток через тело человека в сети IT.

Rh=1 кОм

Rиз. - активная составляющая сопротивления изоляции проводов.

Ih для начала примем равным 4мА

Тогда для Uф=220В по формуле (2.3):

Для Uф=12В:

Участки собираемой нами сети будут равны по длине, то есть Rиз каждого участка будут равны.

Тогда Rиз (2l) при соединении двух участков будет равно:

(2.4)

При соединении нескольких участков по формуле (2.4):

Расчётные значения Rиз. и Ih при Uф =220В представлены в табл.2:

Табл.2

Расчётные значения сопротивления изоляции и тока через тело человека для сети с фазным напряжением 220В

Длина сети	Rиз., кОм	Ih, мА
l	162	4
2l	81	7,85
3l	54	11,6
4l	40,5	15,2
5l	32,4	18,6

Расчётные значения Rиз. и Ih при Uф =12В и Rh=1кОм представлены в табл.3:



Табл.3

Расчётные значение сопротивления изоляции и тока через тело человека для сети с фазным напряжением 12В и сопротивлением тела человека равным 1кОм

Длина сети	Rиз., кОм	Ih, мА
l	6	4
2l	3	6
3l	2	7,2
4l	1,5	8
5l	1,2	8,6

Значения токов Ih не совпадают для напряжений 220 и 12 В. Так получается из-за того, что мы не меняем Rh для сети с напряжением 12В.

Предлагается изменить Rh. В сети с Uф=12В сделаем его равным Rh=0,2 кОм.

Было бы хорошо, если бы студенты работали с реальным расчётным сопротивлением тела человека равным 1кОм. Но уменьшив его, мы сможем добиться получения зависимостей более похожих на зависимости при 220В. В описании лабораторной работы укажем, что студенты работают с сетью, где Uф=220В, Rh=1кОм.

Расчётные значения Rиз. и Ih при Uф =12В и Rh=0,2кОм представлены в табл.4:

Табл.4

Расчётные значения сопротивления изоляции и тока через тело человека для сети с фазным напряжением 12В и сопротивлением человека равным 0,2кОм

Длина сети	Rиз., кОм	Ih, мА
l	6	5,5
2l	3	10
3l	2	14
4l	1,5	17
5l	1,2	20

Итак, выполнив данный опыт, студенты должны получить следующий график зависимости Ih(l), изображённый на ( рис.4):

Рис.4 График зависимости Ih(l) для 1-го опыта лабораторной работы

Вывод, который должны будут сделать студенты: В сетях IT при прикосновении человека к фазному проводу ток через него будет зависеть от длины сети. Чем длиннее сеть, тем выше ток. Значит, длинные сети более опасны.

2.3 Получение зависимости тока через тело человека от длины проводов в сети TN-C

Ток через тело человека в сети с глухозаземлённой нейтралью (рис.5) при его попадание под фазное напряжение будет равен:

(2.5)

Согласно ПУЭ[4] сопротивление заземляющего устройства, не должно превышать 4 Ом, а в электроустановках с суммарной мощностью параллельно работающих генераторов и трансформаторов 100 кВА и ниже не должно быть выше 10 Ом В лабораторной установке примем сопротивление заземляющего устройства равным Ro=4 Ом.

Для напряжения Uф=12В - примем Ro=0,2 Ом.

Тогда по формуле(2.5) ток будет равен:

Для Uф=220В

Для Uф=12В

Как видно из формулы (2.5) - в сети TN-C ток через тело человека не зависит от длины проводов, так как контур протекания тока не проходит через сопротивления изоляции относительно земли.

В лабораторной работе значения Ro и Rh будут постоянными, поэтому в результате студенты должны будут получить одинаковые значения тока при любой длине проводов (рис.6).

Рис.6 График зависимости Ih(l) для 2-го опыта лабораторной работы

Вывод, который должны буду сделать студенты: В сетях TN-C при прикосновении человека к фазному проводнику - ток через него не будет зависеть от длины проводов.

электричество ток безопасность трансформатор

2.4 Изменение тока через тело человека при наличии разделительного трансформатора в сети IT

В этом опыте студентам будет предложено подключить разделительный трансформатор в сеть и смоделировать прикосновение человека к фазному проводу после трансформатора.

Разделительный трансформатор с коэффициентом трансформации равным 1 будет вмонтирован в стенд и будет иметь выводы первичной и вторичной обмоток для его включения в сеть.

В данном опыте предлагается собрать сеть длиной от l до 5l. При каждом значении длины подключать разделительный трансформатор, оставляя после вторичных обмоток сеть длиной l. И снимать значение тока через человека при разной длине сети. Это наглядно покажет, что ток в сети после вторичных обмоток будет всегда равен безопасному значению, и не будет зависеть от длины сети, которая подключена к первичной обмотке трансформатора.

При включении разделительного трансформатора фазное напряжение останется таким же (12В или 220В), а сопротивление изоляции фазных проводов относительно земли будет равно сопротивлению на одном участке (так как после вторичной обмотки остаётся лишь сеть длиной l).

Расчётные значения Rиз. и Ih при Uф=220В, Rh=1кОм представлены в табл.5

Табл.5

Расчётные значения сопротивления изоляции и тока через тело человека при включении в сеть разделительного трансформатора для сети с фазным напряжением 220В

Длина сети	Rиз., кОм	Ih, мА
l	162	4
2l	162	4
3l	162	4
4l	162	4
5l	162	4



Рис.7 График зависимости Ih(l) в сети 220В при включении разделительного трансформатора

Расчётные значения Rиз. и Ih при Uф =12В и Rh=0,2кОм представлены в табл.6:

Табл.6

Расчётные значения сопротивления изоляции и тока через тело человека при включении в сеть разделительного трансформатора для сети с фазным напряжением 12В

Длина сети	Rиз., кОм	Ih, мА
l	6	5,5
2l	6	5,5
3l	6	5,5
4l	6	5,5
5l	6	5,5

Зависимость,которую получат студенты будет представлять собой прямую линиюи(рис.8).



Рис.8 График зависимости Ih(l) для 3-го опыта лабораторной работы

Вывод, который должны будут сделать студенты: Метод электрического разделения сетей является эффективным в сетях с изолированной нейтралью.

2.5 Проверка работоспособности метода электрического разделения сетей в 1- фазных сетях

В этом опыте студентам будет предложено смоделировать однофазную сеть и проверить будет ли работать в ней метод разделения.

Студентам необходимо будет повторить предыдущие опыты, а именно:

1) Снять зависимость Ih(l) без включения в сеть разделительного трансформатора

2) Снять зависимость Ih(l) с включением в сеть разделительного трансформатора

Ток через тело человека в однофазной сети при его прикосновении к фазному проводнику будет равен:

(2.6)

Сопротивление изоляции в зависимости от длины проводов будет изменяться также, как и в п.2.1.1.

2.5.1 Без включения в сеть разделительного трансформатора

Расчётные значения Rиз. и Ih при Uф=220В, Rh=1кОм представлены в табл.7:

Табл.7

Расчётные значения сопротивления изоляции и тока через тело человека в однофазной сети с фазным напряжением 220В

Длина сети	Rиз., кОм	Ih, мА
l	162	1,35
2l	81	2,68
3l	54	4
4l	40,5	5,3
5l	32,4	6,58

Расчётные значения Rиз. и Ih при Uф=12В, Rh=0,2кОм представлены в табл. 8:

Табл.8

Расчётные значения сопротивления изоляции и тока через тело человека в однофазной сети с фазным напряжением 12В

Длина сети	Rиз., кОм	Ih, мА
l	6	1,9
2l	3	3,75
3l	2	5,5
4l	1,5	7
5l	1,2	8,57

Зависимость, которую получат студенты представлена на (рис.9):

2.5.2. С включением в сеть разделительного трансформатора

При включении разделительного трансформатора фазное напряжение останется таким же (12В или 220В), а сопротивление изоляции фазных проводов относительно земли будет равно сопротивлению на одном участке.

Расчётные значения Rиз. и Ih при Uф=220В, Rh=1кОм представлены в табл.9:

Табл.9

Расчётные значения сопротивления изоляции и тока через тело человека в однофазной сети с фазным напряжением 220В при включении разделительного трансформатора

Длина сети	Rиз., кОм	Ih, мА
l	162	1,35
2l	162	1,35
3l	162	1,35
4l	162	1,35
5l	162	1,35

Расчётные значения Rиз. и Ih при Uф=12В, Rh=0,2кОм представлены в табл. 10:

Табл.10

Расчётные значения сопротивления изоляции и тока через тело человека в однофазной сети с фазным напряжением 12В при включении разделительного трансформатора

Длина сети	Rиз., кОм	Ih, мА
l	6	1,9
2l	6	1,9
3l	6	1,9
4l	6	1,9
5l	6	1,9

Вывод, который должны сделать студенты: Метод электрического разделения сетей также эффективен и в однофазных сетях.



Глава 3. Разработка электрической схемы стенда

3.1 Описание общих элементов принципиальной схемы

Питание лабораторной установки осуществляется от понижающего трансформатора Т1. Для защиты сети от токов к.з. и перегрузки на стороне первичной обмотки трансформатора, а также для защиты студентов от поражения электрическим током применяется автоматический выключатель DS0. После выключателя установлена сигнальная лампа D0, свидетельствующая о включенном состоянии стенда. Заземление нейтрали источника имитируется сопротивлением Ro, режим нейтрали осуществляется переключателем К1. Отсоединение нулевого защитного проводника осуществляется переключателем К2. Сопротивление тела человека имитируется резистором Rh. Сопротивление изоляции фазных проводов представлено в виде сосредоточенных сопротивлений Rиз. Неоновые лампы D1-D5 свидетельствуют о подключении в сеть определённого участка. Ток через тело человека измеряется миллиамперметром А. Напряжение сети измеряется вольтметром V. Электрическое разделение сети осуществляется с помощью разделительного трансформатора РТ.

3.2 Электрическая схема стенда

Принципиальная и монтажная электрические схемы стенда представлены в Приложении 1.

3.3Меры по технике безопасности

1. Для обеспечения безопасности студентов при прикосновении к токоведущим частям стенда (выводам на лицевую панель) напряжение питания стенда сделано равным 12В.

2. Для обеспечения срабатывания защиты при замыкании на корпус стенда - стенд заземлён.

3. Полы лаборатории выполнены из непроводящего материала (дерево).



Глава 4. Описание лабораторной работы

Цель работы

Исследовать работоспособность метода электрического разделения сетей в сетях с изолированной нейтралью. Доказать, что данный метод является эффективным методом защиты.

Содержание работы

1. Подтвердить, что в сетях с изолированной нейтралью опасность поражения током возрастает при увеличении длины проводов.

2. Подтвердить эффективность включения в сеть разделительного трансформатора для обеспечения безопасности.

3. Проверить работоспособность метода в 1- фазных и 3-фазных сетях.

Метод электрического разделения сетей

Теоретическая часть описания к лабораторной работе по исследованию метода электрического разделения сетей, а также теоретические расчётные значения, представлены в главах 1 и 2.

Электрическая схема лабораторной установки представлена в Приложении 1.

Применяемое оборудование

Лабораторная установка представляет собой модель электрической сети с номинальным напряжением 220/380В.

В качестве источника питания используется трехфазный трансформатор. При этом загорится сигнальная лампа Do.

Лабораторная установка позволяет исследовать сети однофазного и трехфазного тока.

В лабораторной работе проводится исследование зависимостей тока через тело человека от длины проводов в сетях с изолированной и глухозаземлённой нейтралью. Режим нейтрали изменяется переключателем К1, положение «1» соответствует заземленной нейтрали, «0» - изолированной нейтрали. Сопротивление заземления нейтрали Ro=4Ом. Режим нулевого рабочего проводника изменяется переключателем К2, положение «1» соответствует подключенному нулевому рабочему проводнику.

Сопротивления изоляции фазных проводов относительно земли смоделированы сосредоточенными сопротивлениями Rиз.

В лабораторной установке имитируется прикосновение человека к фазным проводникам электрической сети. Подключение производится с помощью провода, один конец которого соединяется с резистором имитирующим сопротивление тела человека Rh=1кОм, а второй с выводом фазных проводов.

В лабораторной установке присутствует разделительный трансформатор с выводами первичной и вторичной обмоток на лицевую панель стенда.

А также измерительные приборы: миллиамперметр А и вольтметр V.

Порядок выполнения работы

1. Получение зависимости тока через тело человека от длины проводов в сети IT.

1.1. Смоделируем сеть с изолированной нейтралью. Переключатель К1 должен быть в положении «0». Переключатель К2 должен быть в положении «0». Изерим фазное напряжение с помощью вольтметра V.

1.2. Измерим ток через тело человека при разной длине сети. Для этого соедините выводы La1-La2, LB1-LB2, Lc1-Lc2. Мы получили сеть длиной равной l . Теперь подключите миллиамперметр к сопротивлению Rh и к одному из выводов на фазном проводнике (La3, Lв3, Lc3). Запишите значение тока через человека при длине проводов равной l. Соединив выводы La3-La4, Lв3-Lв4, Lc3-Lc4 мы получим сеть длиной 2l. Подключив миллиамперметр к одному из выводов (La5, Lв5, Lc5) мы получим значение тока через человека при длине сети 2l. Соедините выводы La5-La6, Lв5-Lв6, Lc5-Lc6. Подключите миллиамперметр к одному из выводов (La7, LB7, Lc7) и запишите значение тока при длине сети 3l. Соедините выводы La7-La8, Lв7-Lв8, Lc7-Lc8. Подключите миллиамперметр к одному из выводов (La9, Lв9, Lc9). Запишите значение тока через тело человека при длине сети 4l. Соедините выводы La9-La10, Lв9-Lв10, Lc9-Lc10. Подключите миллиамперметр к одному из выводов (La11, LB11, Lc11). Запишите значение тока через тело человека при длине сети 5l.

1.3. По полученным данным постройте график зависимости Ih=f(l) и сравните полученные значения токов с Iдоп.=6мА.

2. Получение зависимости тока через тело человека от длины проводов в сети TN-C.

2.1.Смоделируем сеть с глухозаземленной нейтралью. Переключатель К1 должен быть в положении «1». Переключатель К2 должен быть в положении «1». Соединим выводы N1-N2.

2.2. Повторите действия, описанные в п.1.2.

2.3 . По полученным данным постройте график зависимости Ih=f(l) и сравните полученные значения токов с Iдоп.=6мА.

3. Получение зависимости тока через тело человека от длины проводов в сети IT при включении в сеть разделительного трансформатора.

3.1. Смоделируем сеть IT, как описано в п.1.1.

3.2. Подключим разделительный трансформатор. Для этого выводы первичной обмотки (РТа1, РТв1, РТс1) подключим к выводам (La1, Lв1, Lc1), а выводы вторичной обмотки (РТа2, РТв2, РТс2) к выводам (Lа2, Lв2, Lc2).

3.3 Измерим ток через тело человека при разной длине сети. Подключите миллиамперметр к сопротивлению Rh и к одному из выводов на фазном проводнике(La3, Lв3, Lc3). Мы получим значение тока при длине сети равной l. Теперь подключите выводы первичной обмотки разделительного трансформатора (РТа1, РТв1, РТс1) к выводам (La3, Lв3, Lc3), а выводы вторичной обмотки (РТа2, РТв2, РТс2) к выводам (La4, Lв4, Lc4). Также соедините выводы La1-La2, LB1-LB2, Lc1-Lc2. Таким образом, мы получим сеть длиной 2l , которая электрически разделена с помощью разделительного трансформатора. Подключив миллиамперметр к одному из выводов (La5, Lв5, Lc5), получим значение тока через человека при длине сети 2l . Подключите выводы первичной обмотки разделительного трансформатора (РТа1, РТв1, РТс1) к выводам (La5, Lв5, Lc5), а выводы вторичной обмотки (РТа2, РТв2, РТс2) к выводам (La6, Lв6, Lc6). Также соедините выводы La3-La4, LB3-LB4, Lc3-Lc4. Таким образом, мы получим сеть длиной 3l . Подключив миллиамперметр к одному из выводов (La7, Lв7, Lc7), получим значение тока через человека при длине сети 3l. Подключите выводы первичной обмотки разделительного трансформатора (РТа1, РТв1, РТс1) к выводам (La7, Lв7, Lc7), а выводы вторичной обмотки (РТа2, РТв2, РТс2) к выводам (La8, Lв8, Lc8). Также соедините выводы La5-La6, LB5-LB6, Lc5-Lc6. Таким образом, мы получим сеть длиной 4l . Подключив миллиамперметр к одному из выводов (La9, Lв9, Lc9), получим значение тока через человека при длине сети 4l. Подключите выводы первичной обмотки разделительного трансформатора (РТа1, РТв1, РТс1) к выводам (La9, Lв9, Lc9), а выводы вторичной обмотки (РТа2, РТв2, РТс2) к выводам (La10, Lв10, Lc10). Также соедините выводы La7-La8, LB7-LB8, Lc7-Lc8. Таким образом, мы получим сеть длиной 5l . Подключив миллиамперметр к одному из выводов (La11, Lв11, Lc11), получим значение тока через человека при длине сети 5l.

3.4. По полученным данным постройте график зависимости Ih(l) и сравните полученные значения токов с Iдоп.=6мА.

4. Получение зависимости тока через тело человека от длины проводов в однофазной сети без подключения разделительного трансформатора.

4.1 Смоделируем сеть однофазного тока. Переключатель К1 должен быть в положении «0». Переключатель К2 в положении «1». Соедините выводы La1-La2 и выводы N1-N2.

4.2. Измерим ток через тело человека при разной длине сети. Подключите миллиамперметр к сопротивлению Rh и к выводу La3. Мы получим значение тока через тело человека при длине сети l. Теперь соедините выводы La3-La4, а миллиамперметр подключите к выводу La5. Мы получим значение тока через тело человека при длине сети 2l. Соедините выводы La5-La6, а миллиамперметр плдключите к выводу La7. Мы получим значение тока через тело человека при длине сети 3l. Соедините выводы La7-La8, а миллиамперметр подключите к выводу La9. Мы получим значение тока через тело человека при длине сети 4l. Соедините выводы La9-La10, а миллиамперметр подключите к выводу La11. Мы получим значение тока через тело человека при длине сети 5l.

4.3 По полученным данным постройте график зависимости Ih=f(l) и сравните полученные значения токов с Iдоп.=6мА.

5. Получение зависимости тока через тело человека от длины проводов в однофазной сети с подключенем разделительного трансформатора.

5.1 Смоделируем сеть однофазного тока. Переключатель К1 должен быть в положении «0». Переключатель К2 в положении «1».

5.2 Подключим разделительный трансформатор. Вывод первичной обмотки разделительного трансформатора (РТа1) подключите к выводу La1. Вывод вторичной обмотки (РТа2) подключите к выводу La2. Вывод нейтральной точки разделительного трансформатора (РТN2) подключите к выводу N1.

5.3 Измерим ток через тело человека при разной длине сети. Подключите миллиамперметр к сопротивлению Rh и к выводу фазного провода La3. Мы получим значение тока через тело человека при длине сети l. Теперь подключите вывод первичной обмотки разделительного трансформатора (РТа1) к выводу Lа3, а вывод вторичной обмотки (РТа2) к выводу La4. Соедините выводы La1-La2. Подключив миллиамперметр к выводу La5, мы получим значение тока через тело человека при длине сети 2l. Подключите вывод первичной обмотки разделительного трансформатора (РТа1) к выводу Lа5, а вывод вторичной обмотки (РТа2) к выводу La6. Соедините выводы La3-La4. Подключив миллиамперметр к выводу La7, мы получим значение тока через тело человека при длине сети 3l. Подключите вывод первичной обмотки разделительного трансформатора (РТа1) к выводу Lа7, а вывод вторичной обмотки (РТа2) к выводу La8. Соедините выводы La5-La6. Подключив миллиамперметр к выводу La9, мы получим значение тока через тело человека при длине сети 4l. Подключите вывод первичной обмотки разделительного трансформатора (РТа1) к выводу Lа9, а вывод вторичной обмотки (РТа2) к выводу La10. Соедините выводы La7-La8. Подключив миллиамперметр к выводу La11, мы получим значение тока через тело человека при длине сети 5l.

5.4 По полученным данным постройте график зависимости Ih=f(l) и сравните полученные значения токов с Iдоп.=6мА.



Заключение

В ходе работы была разработана лабораторная работа, позволяющая изучить метод электрического разделения сетей, наглядно убедиться в работоспособности или неработоспособности метода в соответствующих условиях. Была предложена электрическая схема установки, которая позволяет провести опыты по изучению данного метода, а также предложено описание лабораторной работы.

После выполнения вышеописанной лабораторной работы студенты должны сделать следующие выводы:

1) В сетях IT при прикосновении человека к фазному проводу ток через него будет зависеть от длины сети. Чем длиннее сеть, тем выше ток. Значит, длинные сети более опасны.

2) В сетях TN-C при прикосновении человека к фазному проводнику - ток через него не будет зависеть от длины проводов.

3) Метод электрического разделения сетей является эффективным в сетях с изолированной нейтралью.

4) Метод электрического разделения сетей также эффективен и в однофазных сетях.



Библиографический список

1. Долин П.А., Медведев В.Т., Корочков В.В., Монахов А.Ф.; под ред. Медведева В.Т. Электробезопасность. Теория и практика: учебное пособие для вузов - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательский дом МЭИ, 2008.

2. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. Учебное пособие для вузов - 3-е изд. Перераб. идоп. - М.: Издательство «Знак», 2003г.

3. Монахов А.Ф., Защитные меры электробезопасности в электроустановках. Учебное пособие. М.: ЗАО «Энергосервис», 2006.

4. Правила устройства электроустановок. 7-е издание. М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2002.

5. Монахов А.Ф., Макаров А.К., Королев И.В.; под ред. Медведева В.Т. Безопаность жизнедеятельности. Лабораторный практикум: учебное пособие - М.: Издательский дом МЭИ, 2009.

6. ГОСТ 30030-93 «Трансформаторы разделительныеи безопасные разделительные трансформаторы. Технические требования».

7. ГОСТ 12.1.038-82 «Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов».

Размещено на Allbest.ru

...