70111

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

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. Оценить эффективность защитного заземления в трехфазной...

Русский

2014-10-15

2.17 MB

16 чел.

8

Рис.1.  Прикосновение человека к изолированному от земли корпусу при

замыкании на него фазного провода

Рис.2. Принципиальная схема защитного заземления в сети с

изолированной нейтралью

EMBED PBrush  

Рис.3. Двухфазное замыкание на корпуса электроустановок,

имеющие раздельные заземлители

EMBED PBrush  

Рис.4. Защитное заземление в сети с

заземленной нейтралью

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.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

4958. Создание вашей первой программы на C++ 436.5 KB
  Создание вашей первой программы Все вы использовали компьютерные программы, такие как текстовый процессор, электронные таблицы и даже Microsoft Windows. Компьютерные программы, или программное обеспечение, представляют собой файлы, содержащие инстру...
4959. Более внимательный взгляд на C++ 65.5 KB
  Более внимательный взгляд на C++ В уроке 1 вы создали несколько программ на C++. В то время ваша цель заключалась в том, чтобы понять процесс создания и компиляции программ на C++, а не в том, чтобы понять операторы C++. В данном уроке вы впервые бо...
4960. Вывод сообщений на экран на C++ 170 KB
  Вывод сообщений на экран Все программы на C++, созданные вами в уроках 1 и 2, использовали выходной поток cout для вывода сообщений на экран. В этом уроке вы будете использовать cout для вывода символов, целых чисел, например 1001, и чисел с плавающ...
4961. Программы хранят информацию в переменных 130.5 KB
  Программы хранят информацию в переменных Все программы, представленные в уроках 1ש, были очень простыми. Однако по мере того, как ваши программы начинают выполнять более многоплановые задачи, они должны хранить информацию во время выполнения. ...
4962. Выполнение простых операций на C++ 177.5 KB
  Выполнение простых операций Из урока 4 вы узнали, как объявлять и использовать переменные в своих программах. По мере усложнения программ вы будете выполнять арифметические операции, такие как сложение, вычитание, умножение и деление, над значениями...
4963. Отчет создания простой программы в Visual Studio 2012 447.93 KB
  Отчет создания простой программы Запускаем программу Visual Studio 2012 Запуск программы Visual Studio 2012 FIRST. СРР Удалила все содержимое и заменила на заранее приготовленный мной текст из блокнота. Вид глобальной обла...
4964. Технология модульного программирования 23.5 KB
  Технология модульного программирования Сущность технологии модульного программирования Технология модульного программирования заключается в разбиении программы на отдельные модули. Модуль должен обладать следующими основными свойствами: выполн...
4965. Создание новых типов данных 30.5 KB
  Создание новых типов данных Для представления данных о сложных физических и математических объектах необходимо создавать новые типы данных на основе базовых и ранее созданных. Структуры Наиболее простым способом создания нового типа данных является...
4966. Класс как основа технологии объектно-ориентированного программирования (ООП) 25.77 KB
  Класс как основа технологии объектно-ориентированного программирования (ООП) Основные составляющие технологии ООП Инкапсуляция – объединение элементов данных и действий над ними в класс с ограничением доступа к элементам данных. Это означает...