Лабораторная работа №4

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ЗАНУЛЕЯИЯ

Цель работы

Оценить эффективность системы зануления в трехфазной четы-рэхпроводной сети с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В.

Содержание работы

1. Оценить эффективность системы зануления в сети без повтор­ного заземления нулевого защитного проводника.

2. Оценить эффективность системы зануления в сети с повтор­ным заземлением нулевого защитного проводника.

3. Оценить эффективность повторного заземления при обрыве нулевого защитного проводника.

Зануление

Занулением называется преднамеренное электрическое соедине­ние металлических частей электроустановки, которые могут оказать­ся под напряжением вследствие замыкания фазы на корпус, о зазем­ленной нейтральной точкой обмотки источника тока. Это соединение осуществляется о помощью нулевого защитного проводника. Область применения аануления - трехфазные четырехпроводные сети напряже­нием до 1000 В с эаземленной нейтралью).

Принципиальная схема зануления показана на рис. 1.

I_Н

П

Рис.1. Принципиальная схема

зануления

ринцип действия эануления - превращение замыкания на кор­пус в однофазное короткое замыкание (КЗ) (т.е. КЗ между фазным и нулевым защитным проводниками) с целью вызвать большой ток I_к , способный обеспечить срабатывание максимальной токовой защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. В качестве такой защиты используются плавкие предохранители или автоматы, устанавливаемые в цепи питания электроустановок.

Н а рис.2 представлена эквивалентная схема системы зануле­ния. На этой схеме: Z_r, Z_ф, Z_н - полные сопротивления транс­форматора, фазного и нулевого защитного проводников; Х_п - внешнее индуктивное сопротивление петли фаза-нуль. С целью упрощения соп­ротивлениями Z_r, Х_ф, Х_н, Х_п можно пренебречь. В дальнейшем при рассмотрении теоретической части и выполнении предлагаемых примеров принимаем, что фазный и нулевой защитный проводники об­ладают лишь активными сопротивлениями R_ф, R_н.

В период с момента возникновения замыкания на корпус и до отключения поврежденной электроустановки все зануленные корпуса оказываются под напряжением относительно земли. Безопасность обеспечивается достаточно быстрым отключением поврежденной элект­роустановки с тем, чтобы при данной длительности воздействия ток через человека и напряжение прикосновения не превысили допусти­мых значений (табл. I). Кроме того, в указанный период напряже­ние корпуса относительно земли снижается благодаря наличию пов­торного заземления нулевого защитного проводника (НЗП).

Таблица I

Наибольшие допустимые напряжения прикосновения U_пр при

аварийном режиме производственных электроустановок

напряжением до 1000 В (ГОСТ 12.1.038-82)

Время действия тока, с	0,01 0,08	0,1	0,2	0.3	0,5	0,7	1,0	более 1,0
Допустимое напряжение прикосновения, В	650	500	250	165	100	70	50	36

Если повторное заземление НЗП отсутствует, то при замыкании одного из фазных проводов на корпус второй электроустановки в сети (рис. 3) напряжение этого корпуса относительно земли U_з2, B, так же, как и всего участка нулевого защитного проводника за местом замыкания (вправо от точки Б), будет равно падению напряже­ния в нулевом защитном проводнике па участке А-Б.

, (1)

где  ток короткого замыкания, проходящий по петле «фазаноль», А;

 фазное напряжение сети, В.

Так как на практике , то . Например, в сети 380/220 В при напряжение относительно земли всех зануленных корпусов электроустановок за местом замыкания со­ставит = 147 В. При времени действия электрического тока (t > 0,3 с) это напряжение создает реальную опасность пораже­ния людей.

Если же нулевой защитный проводник будет иметь повторное за­земление с сопротивлением , то при замыкании фазного провода на корпус электроустановки напряжение снизится до значения

,

где  ток, стекающий в землю через , А;

 сопротивление заземления нейтрали, Ом.

При этом нейтральная точка приобретает некоторое напряжение относительно земли , равное

.

В данном случае напряжение вычисляется по формуле , где  ток, протекающий по НЗП, А. Этот ток является частью тока , другая часть которого протекает через землю.

Учитывая, что значительно больше R_n, и, следователъно, , принимаем, что = ; тогда .

На рис.3 показано распределение напряжения нулевого защит­ного проводника по его длине в сети без повторного заземления (I) и с повторным его заземлением (П) при . Графики распределения напряжения вдоль НЗП при замыкании фазы на какойлибо из зануленных корпусов позволяют определять напряжения относительно земли всех электроустановок, входящих в данную систему зануления.

При случайном обрыве НЗП, не имеющего повторного заземления, и замыкании фазы на корпус за местом обрыва напряжение относи­тельно земли оборванного участка нулевого проводника и всех при­соединенных к нему корпусов, в том числе корпусов исправных элек­троустановок, окажется равным фазному напряжению сети. Это нап­ряжение будет существовать длительно, поскольку поврежденная электроустановка автоматически не отключится и ее будет трудно обнаружить, чтобы отключать вручную.

Если же НЗП будет иметь повторное заземление, то при его об­рыве, например, между корпусами I и 2 (рис.3), через будет стекать ток в землю, благодаря чему напряжение зануленного корпуса 2 и других корпусов, находящихся за местом обрыва, сни­зится до значения

Однако при этом корпуса электроустановок, присоединенных к нуле­вому защитному проводнику до места обрыва, приобретут напряже­ние относительно земли

Следовательно, повторное заземление НЗП уменьшает опасность поражения током, возникшую в результате его обрыва и замыкания фазного провода на корпус электроустановки за местом обрыва, но не устраняет ее полностью.

В сети, где применяется зануление, нельзя заземлить корпус электроустановки, не присоединив его к нулевому защитному про­воднику. Одновременное зануление и заземление одного и того же корпуса, а точнее заземление зануленного корпуса, не только не опасно, а, наоборот, улучшает условия безопасности.

В сети с изолированной нейтралью обмоток источника тока и без повторного заземления нулевого защитного проводника зануление обеспечит отключение поврежденной установки. Однако при за­мыкании фазного провода на землю между зануленным оборудованием, имеющим нулевой потенциал, и землей возникает напряжение , близкое к фазному напряжению сети . Оно будет существовать до ликвидации замыкания на землю или до отключения всей сети вру­чную.

В сети с заземленной нейтралью при данном повреждении фазное напряжение разделится пропорционально между сопротивлением замы­кания фазы на землю и заземления нейтрали . В связи с чем напряжение корпусов относительно земли уменьшится и бу­дет равно падению напряжения на сопротивлении заземления нейтрали

где  ток замыкания на землю. Таким образом, заземление нейтрали источника тока обеспечивает снижение напряжения зануленных корпусов относительно земли до бе­зопасного значения при замыкании фазы на землю.

Экспериментальная часть

Применяемое оборудование

Стенд включа­ется тумблером В₁. При этом загораются сигнальные лампы, рассоло­женные около фазных проводов I, 2, 3. Стенд позволяет изменять параметры R, r_П, r_ЗМ, где R  сопротивление участка фазно­го провода, при этом сопротивление участка нулевого защитного про­водника имеет значение 2R . Необходимые значения данных параметров устанавливаются нажатием соответствующих кнопок.

В работе с помощью электронного устройства имитируются два автомата защиты АВ₁ и AB₂. Исходное состояние автоматов - отклю­ченное: горят сигнальные лампы АВ "откл". Нажатием кнопок АВ "вкл" автоматы вводятся в рабочее состояние, о чем свидетельству­ет подсветка данных кнопок.