Лабораторная работа № 4.2.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТНОГО

ЗАЗЕМЛЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ.

 

Цель работы: ознакомится с принципом работы защитного заземления, и оценить влияние сопротивления току растекание на эффективность защитного заземления в электроустановках напряжением до 1000 В.

 

1.1. Основные теоретические сведения

Защитное заземление - это преднамеренное электрическое соединение с заземлителем нетоковедущих металлических частей электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением из-за нарушения изоляции и перехода напряжения с токоведущих частей.

Область применения защитного заземления: электрические сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и выше 1000 В с любым режимом нейтрали (рис 1).

           

Рис.1. Схема защитного заземления: а - в электроустановках напряжением до 1000В и выше при изолированной нейтрали питающей сети; б - в электроустановках выше 1000 В при эффективно заземленной нейтрали питающей сети.

 

Принцип действия защитного заземления в сетях с изолированной нейтралью состоит в снижении до безопасных значений напряжения прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус. Это достигается уменьшением потенциала заземленного оборудования, а также выравниванием потенциалов, т.е. повышением потенциала основания до потенциала заземленного оборудования. В электроустановках напряжением выше 1000 В с эффективно заземленной нейтралью замыкание на корпус благодаря наличию защитного заземления является коротким. При этом срабатывает максимальная токовая защита и поврежденный участок электроустановки (согласно ПУЭ) отключается.

     В соответствии с ПУЭ заземлению подлежат корпуса электрооборудования при напряжении переменного тока 380В и выше и постоянного тока 440В и выше во всех электроустановках; при номинальных напряжениях переменного тока выше 42В и постоянного тока выше 110В - только в электроустановках в помещенных с повышенной опасностью и особо опасных, а также в наружных установках; при любом напряжении переменного и постоянного тока - во взрывоопасных установках.

Рассмотрим случай прикосновения человека к заземленному корпусу поврежденного электрооборудования, которое получает питание от сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью (Рис.1(а)). Так как сети напряжением 1000В обычно короткие, можно пренебречь емкостью фазных проводов по отношению к земле (Са = Св = Сс = 0) и принять сопротивления утечки равными r_a = r_b = r_c = r.  Ток протекающий через человека

Вывод: при прикосновении к заземленному корпусу опасность меньше: ток, который протекает через человека, меньше благодаря наличию в знаменателе третьего слагаемого.

Сопоставляя слагаемые в знаменателе, делаем вывод о том, что R_ч + r/3 << R_ч r/(3R_з),т.е. ток, протекающий через человека, определяется в основном третьим слагаемым и будет тем меньше, чем сопротивление заземляющего устройства  r_з.

ПУЭ ограничивают наибольшие сопротивления заземления:

для электроустановок напряжением до 1000 В: при суммарной мощности генераторов или трансформаторов в питающей сети напряжением не более     100 кВт или 100 кВА - 10 Ом; в остальных случаях - 4 Ом;

для электроустановок напряжением выше 1000 В: при эффективно заземленной нейтрали питающей сети - 0.5 Ом; при изолированной нейтрали питающей сети и условии, что заземлитель используется только для электроустановок напряжением выше 1000 В - 250/ I_з £ 10 Ом;

то же, но при условии, что заземлитель используется одновременно для электроустановок напряжением до 1000 В - 125/ I_з; при этом принимается наименьшее рассчитанное сопротивление или требуемое для электроустановок напряжением до 1000 В.

 

                                    Порядок выполнения лабораторной работы.

Характеристика                                               заземления    корпуса	Rч,      кОм	r,      кОм	C,      мкФ	Iч,        А	Uч,       В

 

Построить графики зависимостей  и  для случаев прикосновения к незаземленному корпусу и заземленному с сопротивлением выше нормы и с сопротивлением заземления, соответствующим норме. Зависимость  для всех трех случаев построить  на одном графике, а  - на другом.

Сделать выводы по работе.

 

 

 

Лабораторная работа №4.3.

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАНУЛЕНИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ.

 

Цель работы: ознакомиться с принципом действия зануления и оценить его эффективность.

 

Основные теоретические сведения.

Заземление корпусов электрооборудования, питающегося от сети напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью источника неэффективно так как при замыкании фазы на корпус напряжение на нем относительно земли достигает значения большего или равного половине фазного, а  ток замыкания на землю недостаточен для срабатывания токовой защиты. Поэтому в таких сетях применяется зануление корпусов электрооборудования.

Зануление - это преднамеренное соединение частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением, с глухозаземленными нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока (рис. 2), выводом источника однофазного тока или средней точкой источника в сетях постоянного тока.

Рис 2. Схема зануления электрооборудования.

Принцип действия зануления состоит в превращении пробоя фазы на корпус в однофазное короткое замыкание с целью получения большого тока, способного обеспечить срабатывание максимальной токовой защиты и автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. Сила этого тока определяется фазным напряжением и полным сопротивлением цепи короткого замыкания (петли фаза - нуль)

где R_ф + R_О - сумма активных сопротивлений соответственно фазного и нулевого проводов; L_ф + L_О - сумма индуктивностей этих проводов; z_т/3- расчетное сопротивление трансформатора.

            В схеме без повторного заземления нулевого провода потенциал относительно земли корпуса поврежденного оборудования, если пренебречь сопротивлением трансформатора и индуктивным сопротивлением петли фаза - нуль,

а при наличии повторного заземления нулевого провода

где  r_o ,r_п- сопротивления соответственно рабочего заземления и повторного нулевого провода.

          В случае нулевого провода между источником питания и поврежденным электрооборудованием потенциал корпуса относительно земли при отсутствии повторного заземления и нулевого провода будет равен фазному напряжению j_к = U_ф, а при наличии повторного заземления -

Т.о., повторное заземление нулевого провода в период замыкания фазы на корпус снижает напряжение прикосновения к зануленному электрооборудованию как при исправной схеме, так и в случае обрыва нулевого провода.

Ток, протекающий через человека, прикасающегося к корпусу,

К схеме зануления ПУЗ предъявляют следующие требования.

1.   Ток однофазного короткого замыкания должен превышать не менее чем в 3 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя или ток срабатывания расцепителя автоматического выключателя с обратно зависимой характеристикой. При защите сети автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель, кратность тока принимается 1,1; при отсутствии заводских данных коэффициент принимается 1,4 для автоматов с номинальным током до 100А, для прочих - 1,25.

2.   Полная проводимость нулевого провода во всех случаях должна быть не менее 650% проводимости фазного провода.

3.   Чтобы обеспечить непрерывность цепи зануления, запрещается установка в нулевой провод предохранителя и выключателей. Исключение допускается только в том случае, если выключатель вместе с нулевым проводом размыкает т все фазные провода.

4. Сопротивление замыкающего устройства, к которому присоединяется нейтрали источников питания (рабочее заземление ), не превышать значений, которые приводятся в таблицах и справочниках. Эти сопротивления должны обеспечиваться  с учетом использования естественных заземлителей, а также заземлителей повторных заземлений нулевого провода воздушных линий электропередачи напряжением до 1000В при числе отходящих линий не менее двух. Однако при этом должны предусматриваться искусственные заземлители с сопротивлениями.

Примечание. При удельном сопротивлении земли более 100 Ом*м допускается увеличивать указанное сопротивление в 0,01 раз, но не более чем десятикратно.

5. Повторные заземления нулевого провода должны выполняться на концах воздушных линий или ответвлений длиной более 200м, а также на вводах высоковольтной линии к подлежащим занулению электроустановкам.

6. Общее сопротивление заземляющих устройств всех повторных заземлений нулевого провода и каждого повторного заземления не должно превышать значений, приведенных с таблицах и справочниках.

 

Порядок выполнения работы.

 

Режим исследования		Ток в нулевом проводе, А	IЧ,  мА	UЧ,  В

 

Проанализировав данные, сделать выводы об эффективности зануления и повторного заземления нулевого провода (в нормальном режиме и при обрыве цепи зануления).