Лабораторная работа №4

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ЗАНУЛЕНИЯ

Цель работы

Оценить эффективность системы зануления в трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземленной 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

Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ) защитное зануление (далее зануление) в электроустановках напряжением до 1 кВ это преднамеренные соединения открытых проводящих частей с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, выполняемое в целях электробезопасности.

Рис.4.1. Принципиальная схема зануления

Иными словами, занулением называется преднамеренное электрическое соедине­ние нетоковедущих металлических частей электроустановки, которые могут оказать­ся под напряжением вследствие замыкания фазы на корпус (повреждения изоляции), с зазем­ленной нейтральной точкой обмотки источника тока. Это соединение осуществляется с помощью нулевого защитного проводника (PE-проводника).

Наиболее широкая область применения зануления – трехфазные четырехпроводные сети напряже­нием до 1000 В с глухозаземленной нейтралью).

Принципиальная схема зануления показана на рис. 1.

П

I_Н

ринцип действия зануления – превращение замыкания на кор­пус в однофазное короткое замыкание (КЗ) (т.е. КЗ между фазным и нулевым защитным проводниками) с целью вызвать ток короткого замыкания 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 автоматические выключатели, устанавливаемые в цепи питания электроустановок.

Рис.4.2. Эквивалентная схема замещения сети

На рис.2 представлена эквивалентная схема зануле­ния. На этой схеме: Z_Т, Z_ф, Z_н – полные сопротивления транс­форматора, фазного и нулевого защитного проводников; Х_П – внешнее индуктивное сопротивление петли фаза-нуль. С целью упрощения схемы соп­ротивлениями Z_Т, Х_ф, Х_н, Х_П можно пренебречь. В дальнейшем при рассмотрении теоретической части и примеров расчета 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. 1). Кроме того, в указанный период напряже­ние корпуса относительно земли снижается благодаря наличию пов­торного заземления нулевого защитного проводника (НЗП).

Таблица 1

Предельно допустимые значения напряжений прикосновения U_пр и токов I_h при аварийном режиме производственных электроустановок напряжением до 1000В

(ГОСТ 12.1.038-82)

Время действия тока, с	0,01 0,08	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	более 1,0
Uпр, В	550	340	160	135	120	105	95	85	75	70	60	20
Ih, мА	650	400	190	160	140	125	105	90	75	65	50	6

Если повторное заземление НЗП (т.е. РЕ-проводника) отсутствует, то при замыкании одного из фазных проводников на корпус второй электроустановки (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 на участке О-Б.

, (1)

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

 фазное напряжение сети, В.

Из формулы (1) видно, что при увеличении сопротивления НЗП напряжение на корпусе возрастает. На практике сечение НЗП выбирается в зависимости от сечения фазного проводника. При сечениях фазного проводника выше 35 мм², сечение НЗП может выбираться в 2 раза меньше сечения фазного проводника.

Тогда, согласно формуле (1) , а . Например, в сети с напряжением 380/220 В при напряжение относительно земли всех зануленных корпусов электроустановок за местом замыкания со­ставит = 147 В. При времени действия электрического тока более 0,3-0,4 с это напряжение создает реальную опасность пораже­ния людей (табл.1).

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

,

где  ток, стекающий в землю через сопротивление , 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_Н, и, следовательно, , принимаем, что = ; тогда .

На рис.4.3 показано распределение напряжения нулевого защит­ного проводника по его длине (L) в сети без повторного заземления (I) и с повторным его заземлением (II) 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, если известно длина НЗП до точки подключения корпуса, например, т.А и Б (рис.4.3)

Сдвиг напряжения U₀ относительно нуля на рис.4.3 обусловлен направлением обхода контура II на рис.4.2, при определении напряжений на R₀ и R_П относительно земли (точка ,,з’’).

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.

Рис.4.3. Распределение напряжения нулевого защитного проводника относительно земли по его длине при замыкании фазы на корпус:

I - без повторного заземления; II - с повторным заземлением

Если же НЗП будет иметь повторное заземление, то при его об­рыве, например, между корпусами 1 и 2 (рис.4.4), 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

Рис.4.4 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.

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

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

Экспериментальная часть

Применяемое оборудование