Рис. 3. Обобщённая эквивалентная схема трёхфазной сети
На основе операции электрического расщепления узлов фаз A и B можно перейти к эквивалентной схеме, представленной на рис. 4.
На этой схеме пунктиром выделен эквивалентный двухполюсник ЭДП, включающий элементы, характеризующие вид нейтрали, прикосновение человека и режим работы сети.
Учитывая, что в симметричной трехфазной сети ÚA + ÚB + ÚC = 0 (см. рис. 1,б), схему рис. 4 можно преобразовать в схемы рис. 5.
Рис. 5. Эквивалентное преобразование схемы трёхфазной сети
Приведённая на рис. 5,б схема является обобщенной и используется для определения токов через тело человека при однофазном прикосновении и различных сочетаниях вида нейтрали сети (СИН и СЗН) и режима ее работы (НР, АР1, АР2). При этом в СИН условно принимают R0 
¥, а в СЗН пренебрегают влиянием сопротивлений Z изоляции фаз, так как |Z/3| >> R0.
Анализ опасности однофазного прикосновения в СИН
В нормальном режиме работы сети переключатель S схемы рис. 5,б находится в положении НР, и схема сети принимает вид, представленный на рис. 6,а. Из схемы рис. 6,а следует, что значение тока через тело человека при фазном напряжении U определяется формулой:
(1)
Если | Z/3 | >> Rhn, то 
(2)
где w = 2p f ; f –частота сети (f = 50 Гц), C и R – емкости и сопротивления изоляции фаз относительно земли.
Рис. 6. Эквивалентные схемы СИН
Если ёмкости изоляции фаз относительно земли малы (C » 0), что имеет место в коротких воздушных линиях, то в формуле (2) следует положить C = 0.
Если активные составляющие сопротивления изоляции фаз велики, но существенны ёмкости фаз, что обычно имеет место в длинных кабельных линиях, то, положив R ® ¥ в формуле (2), получим:
Ih = 3Uw C .
В аварийном режиме АР1 переключатель S на эквивалентной схеме электрической сети (рис. 5,б) находится в положении АР1, и эквивалентная схема сети принимает вид, представленный на рис. 6,б. Для данного режима работы электрической сети практически всегда выполняются условия:
§ Rhп >> Rзм , поэтому Rhп||Rзм » Rзм ;
§ Rзм << |Z|.
Выполнение указанных условий позволяет определить величину I:
(3)
В результате ток через тело человека
(4)
В аварийном режиме АР2 переключатель S на эквивалентной схеме электрической сети (рис. 5,б) находится в положении АР2 и схема сети принимает вид, представленный на рис. 6,в. Принимая во внимание, что в практических условиях обычно выполняется условие |Z| >> Rзм , в схеме на рис. 6,в ветвь, содержащую Z/3, можно исключить. Таким образом, величина тока через тело человека определяется формулой:
Ih » UAB /(Rhп + Rзм ) » 
U/Rhп. (5)
Анализ опасности однофазного прикосновения в СЗН
Для данного типа электрической сети выполняется условие R0 << |Z|/3 и можно пренебречь влиянием сопротивлений изоляции фаз Z.
В нормальном режиме переключатель S на эквивалентной схеме сети (рис. 5,б) находится в положении НР, и эквивалентная схема сети принимает вид, представленный на рис. 7,а.
Рис. 7. Эквивалентные схемы СЗН
Из схемы рис. 7,а следует, что
(6)
В аварийном режиме АР1 переключатель S на схеме рис.5,б находится в положении АР1, и эквивалентная схема сети принимает вид, представленный на рис. 7,б. Для данного режима Rhп >> Rзм , поэтому Rhп||Rзм » Rзм и I » Iзм.
В этом случае
(7)
а ток через тело человека
(8)
В аварийном режиме АР2 переключатель S на эквивалентной схеме сети рис. 5,б находится в положении АР2, и эквивалентная схема сети принимает вид, представленный на рис. 7,в, а векторная диаграмма напряжений – на рис. 8.
Для данной схемы Úhп = ÚA – Ú0, где Úhп и Ú0 – напряжения на Rhп и R0 соответственно. В СЗН всегда выполняется соотношение Rhп >> R0 . Поэтому
Ú0 = кÚВ, а U0 = |Ú0 | = к|ÚВ|= =кU, где к = R0/( R0 + Rзм).
Как видно из рис. 8, угол МNО = =60o, поэтому длина отрезка
МN = =U0cos60o, а длина отрезка МО = =U0sin60o.
Из прямоугольного треугольника АМО с учетом того, что |ÚA|=|ÚВ|=U, определяем модуль напряжения Úhп, соответствующий длине отрезка ОА: Uhп = 
. Так как длина отрезка АN = U, то после преобразований получим
Uhп = U 
. (9)
При этом через человека будет протекать ток Ih = Uhп / Rhп.
Таким образом, при режиме АР2 в СЗН опасность поражения током возрастает по сравнению с режимом НР, но чаще – незначительно, так как, как правило, Rзм >> R0 , поэтому к << 1.
Заключение
Исследование опасности поражения человека током в трёхфазных электрических сетях осуществляется на лабораторном стенде, позволяющем моделировать трехфазную сеть: 220/380 В, 50 Гц.
В состав стенда входят: тумблер включения/выключения "Сеть"; переключатель сопротивления заземления нейтрали R0; переключатели значений сопротивлений изоляции R и ёмкостей фаз C относительно земли; переключатель сопротивления замыкания фазы на землю Rзм; переключатель "Режим работы сети" для задания режимов НР, АР1, АР2; измеритель напряжения и тока, включающий стрелочный индикатор и переключатели "Масштаб измерения" и "Измеряемый параметр" (отсчёт ведётся в действующих значениях напряжения и тока); переключатели “Измеряемый параметр” и “Масштаб” для изменения вида измерений и диапазона работы измерителя напряжения и тока; микрокалькулятор для проведения необходимых вычислений.
Скачать реферат