Лабники по БЖД с кафедры (lab_3)

Посмотреть архив целиком

8



Лабораторная работа 3

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ


Цель работа

Оценка эффективности защитного заземления в трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью и в трехфазной четырех­проводной сети с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В.


Содержание работы

1.Оценить эффективность защитного заземления в трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В.

2.Оценить эффективность защитного заземления в сети с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В при двухфазном замыкании на корпуса электроустановок, имещие раздельные заземляющие устройства.

3.Оценить эффективность защитного заземления в трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В.


Защитное заземление

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние со­седних токоведущих частей, вынос потенциала и т.п.).

Замыкание на корпус случайное электрическое соединение токоведущих частей с металлическими нетоковедущими частями электроустановки.

Назначение защитного заземления устранение опасности пора­жения электрическим током в случае прикосновения к корпусу и дру­гим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказав­шимся под напряжением.

Область применения защитного заземления трехфазные трехпро­водные сети до 1000 В с изолированной нейтралью и выше 1000 В с любым режимом нейтрали.

Принцип действия защитного заземления снижение напряжения между корпусом электроустановки, оказавшимся под напряжением, и землей до безопасного значения. Защитное заземление выполняется путем подсоединения корпуса электроустановки к искусственному или естественному заземлителям, выполненным из металла или других токопроводящих материалов и имеющим электрический контакт с грун­том.

Поясним это на примере сети до 1000 В с изолированной нейтра­лью. Если корпус электроустановки не заземлен и он оказался в контакте с фазным проводом, то прикосновение человека к такому корпусу равносильно прикосновению к фазному проводу (рис.1). В этом случае ток, проходящий через человека, будет определяться по формуле (в комплексной форме):

Ih = Uф/(Rh + z/3), (1)

где Uф фазное напряжение сети, В; Rh, сопротивление тела человека, Ом; z комплекс полного сопротивления провода относительно земли, Ом;

z = 1/(1/r + jc), (2)

Здесь r и c сопротивление изоляции и емкость провода относи­тельно земли соответственно; угловая частота, с1 .























При малых значениях c уравнение (1) принимает вид:

Ih = Uф/(Rh + r/3), (3)

где Ih ток в действительной форме, проходящий через человека, А.

Напряжение, под которым окажется человек, прикоснувшийся к корпусу (напряжение прикосновения), определяется

Uпр = IhRh.

Если же корпус электроустановки заземлен, то при замыкании на него фазного провода (рис.2) через заземление пойдет ток Iз, значение которого зависит от r и сопротивления заземления кор­пуса rз и определяется выражением, подобным (3):

Iз = Uф/( rз + r/3). (4)

Напряжение корпуса относительно земли в этом случае будет равно

Uкорп = Uз = Iз rз , (5)

а напряжение прикосновения

Uкорп = Uз12,

где 1 коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий форму потенциальной кривой и расстояние до заземлителя; 2 коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий паде­ние напряжения в сопротивлении основания, на котором стоит чело­век.























Ток через человека, касающегося корпуса при самых неблагоприятных условиях (1 = 2 = 1), будет

Ih = Uз/Rh, (6)

Сопротивление заземляющего устройства выбирается таким, что­бы напряжение прикосновения не превышало допустимых значений. Для электроустановок напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью наибольшие допустимые значения rз составляют 10 Ом при суммарной мощности генераторов или трансформаторов, питающих дан­ную сеть не более 100 кВА; а в остальных случаях rз не должно превышать 4 Ом.

При двухфазном замыкании в сети до 1000 В, то есть замыкании двух фаз на два корпуса, имеющие раздельные заземлители (рис.3), эти и другие корпуса, присоединенные к указанным заземлителям, окажутся под напряжением относительно земли, равным: в установке 1 Uз1= Iзrз1, в установке 2 Uз2 = Iзrз2.
























Сопротивление изоляции и емкости фазных проводов относитель­но земли в данном случае практически не влияют на значение тока замыкания на землю, цепь которого устанавливается через сопротив­ления заземлений rз1 и rз2. При этом Uз1 + Uз2 = Uл (Uл ли­нейное напряжение сети). При равенстве rз1 и rз2 Uз1=Uз2= 0,5Uл. Наличие таких напряжений на заземленных элементах установок явля­ется опасным для человека, тем более, что замыкание в сетях до 1000 В может существовать длительно.

Если же заземлители электроустановок 1 и 2 соединить провод­ником достаточного сечения или эти заземлители выполнить как од­но целое, то двухфазное замыкание на корпуса превратится в ко­роткое замыкание между фазными проводами, что вызовет быстрое от­ключение установок максимально-токовой защитой (предохранители, автоматы), т.е. обеспечит кратковременность опасного режима.

В сети с заземленной нейтралью (рис.4) при замыкании фазно­го провода на корпус по цепи, образовавшейся через землю, будет проходить ток

Iз = Uф/( r0 + rз),

где r0 сопротивление заземления нейтрали, Ом.

При этом фазное напряжение распределится между rз и r0, т.е. Uз= Iзrз; U0= Iзr0; Uз + Uл = Uф.


Таким образом, напряжение корпуса относительно земли зависит от соотношения сопротивлений r0 и rз. При равенстве r0 и rз на­пряжение на заземленном корпусе будет

Uз = U0 = 0,5Uф.

Это напряжение является опасным для человека, поэтому в сети на­пряжением до 1000 В с заземленной нейтралью защитное заземление не применяется.









Экспериментальная часть

Применяемое оборудование

Лицевая панель стенда представлена на рис.8. Стенд включа­ется тумблером "Сеть". При этом загораются сигнальные лампы, рас­положенные около фазных проводов 1, 2 и 3. Распределенные вдоль фазных проводов сопротивления изоляции относительно земля имити­руются на стенде резисторами r1, r2 и r3. Необходимые значения сопротивления изоляции устанавливаются нажатием соответствующих кнопок.

Вольтметр V3 измеряет напряжение относительно земли каждого фазного провода, т.е. фазное напряжение, а также напряжение нейт­рали относительно земли. В последнем случае нажимается кнопка с обозначением "Н".

Замыкание на корпуса электроустановок того или иного фазного провода осуществляется кнопочными переключателями. Корпус 1 с помощью тумблера в цепи "корпусамперметрзаземлитель" может быть как изолирован от земли (положение "Откл"), так и заземлен (поло­жение "Вкл").

Напряжение корпуса 1 и корпуса 2 относительно земли измеря­ется соответственно вольтметрами V1 и V2.

Амперметр измеряет ток Iз, стекающий в землю при заземле­нии корпуса 1. В случае ошибочных включений, приводящих к корот­кому замыканию в схеме, загорается транспарант "Короткое замыка­ние". При этом необходимо отключить стенд и исправить ошибки в схеме.


Указания по технике безопасности

1.Перед выполнением данной работы необходимо ознакомиться с инструкцией по технике безопасности, вывешенной на стенде.

2.Во время работы запрещается производить переключения в электрических схемах под напряжением, оставлять без надзора вклю­ченный стенд.

3.При обнаружении в стенде какой-либо неисправности необхо­димо прекратить работу, отключить стенд и сообщить о случившемся преподавателю или лаборанту.


Порядок проведения работы

I.Оценка эффективности защитного заземления в сети с изолированной нейтралью до 1000 В.

А. Корпус электроустановки не заземлен.

1.В соответствии с номером занятия (табл.1) установить зна­чения сопротивлений, имитирующих сопротивление изоляции проводов относительно земли.

2.Отключить корпус 1 от защитного заземлителя.

3.Отключить нейтраль источника тока от рабочего заземлителя.

4.Включить стенд.

Таблица 1

Данные

занятия

для работы

1

2

3

4

5

6

7

r1 = r2 = r3 = r, Ом

1

2

3

4

5

6

7


5.Проводя поочередно замыкание на корпус первой электроус­тановки фазных проводов 1, 2, 3, измерить напряжение корпуса 1 относительно земли и напряжения фазных проводов относительно земли (табл.2).

Б. Корпус электроустановки заземлен.

1.Заземлить корпус 1.

2.Проводя поочередно замыкание на корпус первой электроуста­новки фазных проводов 1, 2 и 3, измерить напряжения корпуса 1 и фазных проводов относительно земли, измеряя одновременно ток за­мыкания на землю.

3.Отключить стенд от сети.

II. Оценка эффективности защитного заземления в сета с изоли­рованной нейтралью до 1000 В при двухфазном замыкании на заземленные корпуса электроустановок.

1.Заземлить корпус 1 (Корпус 2 заземлен).

2.Замкнуть один из фазных проводов на корпус 1, другой на корпус 2.

3.Включить стенд. При этом загорается транспарант "Шкала 50 А", что соответствует верхнему пределу измерения шкалы ампер­метра.

4.Записать значения тока замыкания на землю и напряжений корпусов 1 и 2 относительно земли.

5.Отключить стенд от сети.

III.Оценка эффективности защитного заземления в четырехпроводной сети с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В.

1.Заземлить нейтраль источника тока четырехпроводной сети.

2.Включить стенд. При этом загорается транспарант "Шкала 50 А", что соответствует верхнему пределу измерения амперметра.

3.Замкнуть один из фазных проводов на корпус 1.

4.Измерить напряжения корпуса 1, замкнутого фазного провода и нейтрали относительно земли, а также ток замыкания на землю.


Содержание отчета

Отчет должен содержать:

По теме 1.Оценка эффективности защитного заземления в сети с изолированной нейтралью.

1.1.Принципиальную схему защитного заземления в сети с изолированной нейтралью.

1.2.Результаты измерения в виде табл.2.

Таблица 2

Режим измерений

Корпус не заземлен

Корпус заземлен

Замыкание на корпус:

Uкорп, В

U1, В

U2, В

U3

Uкорп, В

U1, В

U2, В

U3

Iз, мА

фазного провода 1










фазного провода 2










фазного провода 3











1.3.Значение сопротивления заземлителя, вычисленное по ре­зультатам измерений.

1.4.Заключение об эффективности защитного заземления в се­ти с изолированной нейтралью до 1000 В.

По теме 2.Оценка эффективности защитного заземления в сети с изолированной нейтралью до 1000 В при двухфазном замыкании на заземленные корпуса электроустановок.

2.1.Принципиальную схему двухфазного заряжания на заземленные корпуса электроустановок.

2.2.Результаты измерений в виде табл.3.

Таблица 3

Uф , В

Uф , В

Uкорп1 , В

Uкорп2 , В

Iз , А

Расчетные значения






rз1 ,Ом

rз2 , Ом









2.3.Результаты расчета сопротивлений заземлителей корпусов 1 и 2 по данным измерений.

2.4.Опенку эффективности защитного заземления при двухфазном, замыкании по результатам измерений.

По теме 3. Оценка эффективности защитного заземления в сети с заземленной нейтралью .

3.1.Принципиальную схему защитного заземления в сети с заземленной нейтралью.

3.2. Результаты измерений в виде табл.3.

3.3.Оценку эффективности защитного заземления в сети с за­земленной нейтралью напряжением до 1000 В по результатам измере­ний.


Контрольные вопросы и примеры

1.Назначение и область применения защитного заземления.

2.По какой формуле вычисляется ток, протекающий через чело­века в случае прикосновения к заземленному корпусу, оказавшемуся под напряжением?

3.Как вычисляется сопротивление заземляющего устройства на основании результатов измерений данной лабораторной работы?

4.Как вычисляется ток замыкания на землю:

а) в сети с изолированной нейтралью;

б) в сети с изолированной нейтралью при двойном замыкании;

в) в сети с заземленной нейтралью?

5.Почему неэффективно применение защитного заземления в сети с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В?

6.В сети (рис.1 сопротивления изоляции и емкости проводов относительно земли равны: r1= r2= r3= r =10 кОм; с1= с2= с3=0. Один из фазных проводов сети замкнулся на корпус, которого каса­ется человек. Сопротивление человека Rh=1000 Ом, фазное напря­жение Uф=220 В. Определить ток, проходящий через человека. Во сколько раз уменьшится этот ток, если корпус электроустановки заземлить, а сопротивление защитного заземления будет равно а) 2 Ом, б) 4 Ом; в) 8 Ом; г) 10 Ом?

7.При одновременном замыкании двух фазных проводов на кор­пуса двух электроустановок (рис.3) человек прикоснулся к корпусу второй электроустановки. Параметры сети: Uф=220 В, r1= r2= r3=30 кОм , с1= с2= с3=0. Определить ток, проходящий через че­ловека, если значения сопротивлений заземлителей rз1 и rз2 соот­ветственно равны а) 4 Ом и 4 Ом; б) 8 Ом и 4 Ом; в) 4 Ом и 10 Ом; г) 10 Ом и 10 Ом.

8.В сети (рис.4) произошло замыкание одного из фазных проводов на корпус электроустановки, которого касается человек. Сопротивление человека Rh=1000 Ом. Параметры сети: r0 = 4 Ом, r1= r2= r3=10 кОм; с1= с2= с3=0, Uф=220 В. Определить ток, проходящий через человека Ih, если сопротивление заземле­ния корпуса rз равно а) 2 Ом; б) 4 Ом; в) 8 Ом; г) 10 Ом.


Литература

Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. М.: Энергоатомиздат, 1984. С. 182-220.


Случайные файлы

Файл
97792.doc
121100.rtf
17392.rtf
14826-1.rtf
28487-1.rtf