Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Лабораторная работа №3

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Цель работы

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

Содержание работы

1. Оценить эффективность защитного заземления в трехфазной сети с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В (система IT).

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

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

Описание электрических сетей и систем заземления приведены в Приложении I к лабораторному практикуму.

Защитное заземление

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с заземляющим устройством открытых проводящих частей электроустановок (например, корпусов электрооборудования), которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние со­седних токоведущих частей, вынос потенциала и т.п.) в целях электробезопасности.

Замыкание на корпус  случайный электрический контакт между токоведущими частями и открытыми проводящими частями электроустановки, происходящий в результате повреждения изоляции.

Назначение защитного заземления  устранение опасности пора­жения электрическим током в случае прикосновения к корпусу и дру­гим открытым проводящим 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 заземляющему устройству, состоящему из искусственного или естественного заземлителей, выполненных 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 проводником, то прикосновение человека к такому корпусу равносильно прикосновению к фазному проводнику (рис.1). В этом случае ток, проходящий через человека, будет определяться по формуле (в комплексной форме):

, (1)

где U_ф  фазное напряжение сети, В; R_h,  сопротивление тела человека, Ом; z  комплекс полного сопротивления проводника относительно земли, Ом;

(2)

Здесь r и С  сопротивление изоляции и емкость проводников относи­тельно земли соответственно;   угловая частота, с^1 .

Рис.1. Прикосновение человека к изолированному от земли корпусу при замыкании на него фазного проводника

При малых значениях С уравнение (1) принимает вид:

, (3)

где I_h  ток в действительной форме, проходящий через человека, А.

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

U_пр = I_hR_h.

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

(4)

Рис.2. Принципиальная схема защитного заземления

в сети с изолированной нейтралью (система IT)

Напряжение корпуса относительно земли в этом случае будет равно

U_корп = U_з = I_зr_з , (5)

а напряжение прикосновения

U_корп = U_з₁₂,

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

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

(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 r_з составляют 10 Ом при суммарной мощности генераторов или трансформаторов, питающих дан­ную сеть не более 100 кВА; а в остальных случаях r_з не должно превышать 4 Ом.

При двойном замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью напряжением 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  U_з1= I_зr_з1, в установке 2  U_з2 = I_зr_з2.

Рис.3. Двухфазное замыкание на корпуса электроустановок, имеющие раздельные заземлители

Сопротивление изоляции и емкости фазных проводников относитель­но земли в данном случае практически не влияют на значение тока замыкания на землю, цепь которого устанавливается через сопротив­ления заземлений r_з1 и r_з2. При этом U_з1 + U_з2 = U_л (U_л  ли­нейное напряжение сети). При равенстве r_з1 и r_з2, U_з1=U_з2= 0,5U_л. 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, или корпуса электроустановок 1 и 2 соединить провод­ником достаточного сечения или эти заземлители выполнить как од­но целое, то двойное замыкание на заземленные корпуса превратится в ко­роткое замыкание между фазными проводниками, что вызовет быстрое от­ключение установок максимально токовой защитой (предохранители, автоматические выключатели), т.е. обеспечит кратковременность опасного режима.

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

,

где r₀  сопротивление заземления нейтрали, Ом.

При этом фазное напряжение распределится между r_з и r₀, т.е. U_з= I_зr_з; U₀= I_зr₀; U_з + U₀ = U_ф.

Рис.4. Защитное заземление в сети с глухозаземленной нейтралью

(система ТТ)

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

U_з = U₀ = 0,5U_ф

Это напряжение является опасным для человека, поэтому в сети на­пряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью и системой TN защитное заземление не применяется. Вместо этого применяется защитное зануление.

В сетях с глухозаземленной нейтралью и корпусами, имеющими отдельное заземление (система TT) обязательным согласно ПУЭ является применение устройств защитного отключения на дифференциальном токе (см. Приложение к сборнику лабораторных работ)

Экспериментальная часть

Применяемое оборудование

Лицевая панель стенда представлена на рис.5. Стенд включа­ется кнопкой "Вкл". Распределенные вдоль фазных проводников сопротивления изоляции относительно земля имити­руются на стенде резисторами R₁, R₂ и R₃, величина этих сопротивлений варьируется от 5 до 120 кОм последовательным нажатием на кнопку П5.

Вольтметр U_L измеряет напряжение относительно земли каждого фазного проводника (подключение вольтметра к фазному проводнику осуществляется последовательным нажатием на кнопку П3), вольтметр U₀ – напряжение нейт­рали источника тока относительно земли, вольтметр U_К1 – напряжение корпуса первой электроустановки относительно земли, вольтметр U_К2 – напряжение корпуса второй электроустановки относительно земли.

Замыкание фазного проводника на корпус первой электроустановки осуществляется кнопкой П1. Корпус первой электроустановки подсоединяется к заземлителю кнопкой В2. С помощью кнопки П4 можно изменять значение сопротивления заземления

Замыкание фазного проводника на корпус второй электроустановки осуществляется кнопкой П2. Корпус второй электроустановки подсоединяется к заземлителю кнопкой В3. Величина сопротивления заземления корпуса второй электроустановки не изменяется.

Амперметр измеряет ток I_З, стекающий в землю при замыкании фазы на корпус первой электроустановки, если последний заземлен.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов книги