Лабораторная работа №15 (Лабники по БЖД), страница 2

Рис.5 Время-токовые характеристики полного отключения плавких вставок предохранителей серии ПП31.

Второй контур (рис.3. а) образован заземлителем нейтрали (r₀) и повторным заземлителем (r_п). Благодаря наличию повторного заземлителя снижается напряжение относительно земли нулевого проводника, а, следовательно, и подключенных к нему корпусов.

На рис. 3,б представлена эквивалентная схема электрической сети для случая замыкания фазы на корпус электроустановки. В контур 1 входят следующие схемные элементы.

z_T - полное сопротивление обмотки трансформатора;

r_ф, r_н - активные сопротивления фазного и нулевого защитного проводников;

х_ф х_{н -} внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого защитных проводников;

х_п - внешнее индуктивное сопротивление “петли фаза-нуль”.

Для дальнейшего анализа воспользуемся упрощенной эквивалентной схемой без индуктивных элементов (рис. 6) Определим напряжение на корпусе электроустановки до момента срабатывания автоматической защиты.

Рис. 6 Упрощенная эквивалентная схема.

Как видно из рис. 6 напряжение на корпусе равно напряжению относительно земли т. Б, в которой корпус подключен к нулевому проводнику:

U_корп = U_Б = I_з r _п. (3)

Используя ряд формул

(4)

U_АБ = I_к r _н, (5)

(6)

полученных из рассмотрения контуров 1 и 2 эквивалентной схемы (рис. 6), при условии I_з<< I_k и I_н  I_к найдем:

U_корп = U_ф . (7)

В качестве сомножителей в выражение (7) входят относительные характеристики сопротивлений первого и второго – контуров (рис. 6). При отсутствии повторного заземления (рис. 7,а), то есть при r _п =  , выражение (7) имеет вид:

U_корп = U_ф . (8)

Считая сопротивление нулевого проводника распределенным, то есть зависящим от длины проводника, r_н = f (l), можно получить зависимость напряжения нулевого проводника относительно земли (рис. 7, б) Напряжения на корпусах будут иметь значения, соответствующие напряжению на нулевом проводнике в точке подключения к нему корпуса электроустановки ( рис. 7, а, б.).

Рис. 7 Короткое замыкание фазы 3 на зануленный корпус 3 при отсутствии повторного заземлителя:

а) принципиальная схема;

б) распределение напряжения по нулевому проводнику.

Если нулевой проводник оборван (рис. 8, а), т. е. (r_н = ), то напряжение на поврежденном корпусе будет ниже фазного

U _{корп з} = U_{ф ,} (9)

но корпуса подключенные до места обрыва (рис 8, б) в этом случае окажутся под напряжением

U₀ = U_{корп 1} = U_{корп 2} = U_ф . (10)

Рис. 8 Короткое замыкание фазы 3 на корпус электроустановки 3 с оборванным нулевым проводником:

а) принципиальная схема;

б) распределение напряжения по нулевому проводнику до и после места обрыва.

Следует отметить, что имеющее место в этом случае замыкание на заземленный через повторный заземлитель корпус 3, приведет к протеканию в фазном проводнике тока I_з , значительно меньшего, чем ток короткого замыкания. Поэтому максимальная токовая защита не сработает и корпуса электроустановок будут находиться под напряжением.

При наличии всех элементов цепи зануления (нулевого проводника и повторного заземлителя) распределение напряжения вдоль нулевого проводника имеет вид прямой между двумя точками с координатами, соответствующими напряжению на поврежденном корпусе (7) и напряжению на нулевой точке относительно земли (рис. 9):

(11)

Рис. 9 Короткое замыкание фазы 3 на зануленный корпус электроустановки 3:

а) принципиальная схема;

б) распределение напряжения по нулевому проводнику.

Сдвиг графика (рис. 9, б) относительно нуля обусловлен направлением обхода контура 2 при определении напряжений на элементах эквивалентной схемы (рис. 6).

Практическое применение зануления базируется на выполнении ряда требований к электрической сети. Так номинальные сечения нулевых защитных проводников (S_н) выбирается в зависимости от сечения фазных проводников.(S_ф).

При использовании для электропитания однофазных потребителей, нулевого проводника одновременно и в качестве рабочего и в качестве защитного проводников: S_н = S_ф и z_н = z_ф. При монтаже и эксплуатации оборудования необходимо следить, чтобы переходное сопротивление контакта (r_к) в месте подключения нулевого проводника к корпусу электроустановки (рис. 10) не превышало 0,05 Ом.

Рис. 10 Сопротивление контакта (r_к) в месте подключения нулевого проводника к корпусу электроустановки:

а) принципиальная схема;

б) эквивалентная схема.

Рассмотрим как влияет на характеристики зануления изменение сопротивления контакта. Для простоты проведем анализ схемы без повторного заземления (рис. 11).

Напряжение на корпусе в этом случае будет равно напряжению т. В относительно земли (рис. 11, б), то есть

U_В = I_к ( r_н + r_к ). (12)

Ток короткого замыкания в этом случае уменьшится до величины

I_к = , (13)

а напряжение на корпусе возрастет до величины

(14)

Рис. 11 Влияние сопротивления контакта в месте подключения нулевого проводника к корпусу электроустановки:

а) эквивалентная схема цепи зануления;

б) распределение напряжения по нулевому проводнику (Uв – напряжение на корпусе электроустановки);

в) зависимость тока короткого замыкания от сопротивления контакта.

Если r_к будет превышать 0,05 Ом, то есть будет сравнимо или больше сопротивлений нулевого и фазного проводников, которые имеют значения 0,01 - 0,1 Ом, то автоматическая защита может не сработать и корпус электроустановки будет находиться под напряжением U_В’ (рис. 11, б).

Максимальная токовая защита может также не сработать, если вместо зануления корпуса электроустановки использовать его заземление (система ТТ, рис. 12).

Рис. 12 Короткое замыкание фазы 3 на заземленный корпус.

Ток, протекающий по контуру “заземлитель корпуса - заземлитель нейтрали- обмотка трансформатора- замкнувшийся фазный проводник” и равный (при допущении r_тр << r₀ + r_з , r_ф << r _{0 +} r_з)

(15)

будет намного меньше тока короткого замыкания. Напряжение на корпусе электроустановки будет зависеть от соотношения между r₀ и r_з. При увеличении, например, r_з напряжение на корпусе будет возрастать. Ввиду указанных недостатков заземление как единственная мера защиты (без защитного автоматического отключения сети) в сетях с глухозаземленной нейтралью до 1000 В не применяется.

В сетях ТТ электробезопасность обеспечивается использованием устройств защитного отключения (УЗО) на дифференциальном токе.

1. Описание лабораторной установки.

Установка (рис. 13) предназначена для оценки эффективности следующих защитных мер в электроустановках:

• зануления;

• защитного заземления;

• защитного отключения.

Поскольку стенд многофункциональный, то при исследовании зануления используются не все схемные элементы.

3.1 Общая характеристика сети и электроустановок.

В работе исследуется трехфазная четырехпроводная сеть (TN-C), напряжением 380/220 В с глухозаземленной нейтралью. Сопротивление заземлителя нейтрали равно 4 Ом. Нулевой проводник может подключаться к повторному заземлителю.

Электроустановки на схеме представлены в виде корпусов, подключенных к сети электропитания. Однофазная электроустановка 1 и трехфазная электроустановка 3 подключены к электрической сети постоянно. Трехфазная электроустановка 2 подключается к сети с помощью автоматического выключателя (АВ).

Корпуса электроустановок 1 и 3 занулены, корпус электроустановки 2 может быть либо занулен либо заземлен.

В работе можно также моделировать замыкание одной из фаз на землю.

3.2. Схемные элементы.

Сопротивления изоляции проводов r_e и r_i не используются при исследовании зануления и устанавливаются максимальными.

Емкости проводов относительно земли с_е не используются в работе и устанавливаются, равными нулю (кнопки отжаты).

Сопротивления заземлителя нейтрали (r₀) не регулируется и равно 4 Ом.