Лабораторная работа № 4.2.
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 ra = rb = rc
= 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 Rч + r/3 << Rч
r/(3Rз),т.е. ток, протекающий через человека, определяется в
основном третьим слагаемым и будет тем меньше, чем сопротивление заземляющего
устройства rз.
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/ Iз
£
10 Ом;
то
же, но при условии, что заземлитель используется одновременно для
электроустановок напряжением до 1000 В - 125/ Iз;
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 Rф
+ RО - сумма активных сопротивлений соответственно фазного и
нулевого проводов; Lф + LО - сумма индуктивностей этих
проводов; zт/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 ro ,rп- 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 jк
= Uф,
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).