70128

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ЗАНУЛЕНИЯ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Оценить эффективность системы зануления в сети без повторного заземления нулевого защитного проводника. Оценить эффективность системы зануления в сети с повторным заземлением нулевого защитного проводника.

Русский

2014-10-15

1.82 MB

3 чел.

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 зануления - трехфазные четырехпроводные сети напряжением до 1000 В с эаземленной нейтралью).

Принципиальная схема зануления показана на рис. 1.

 

Принцип 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 Iк , 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.

На рис.2 представлена эквивалентная схема системы зануления. На этой схеме: Zr, Zф, Zн - полные сопротивления трансформатора, фазного и нулевого защитного проводников; Хп - внешнее индуктивное сопротивление петли фаза-нуль. С целью упрощения сопротивлениями Zr, Хф, Хн, Хп можно пренебречь. В дальнейшем при рассмотрении теоретической части и выполнении предлагаемых примеров принимаем, что фазный и нулевой защитный проводники обладают лишь активными сопротивлениями Rф, Rн.

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 Uпр 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 Uз2, 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 «фазаноль», 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 Rn, 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 какойлибо 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 кнопкой «Вкл». При этом загораются сигнальные лампы, рассоложенные около фазных проводов L1, L2, L3. Стенд позволяет изменять параметр RП. Необходимое значение данного параметра устанавливается нажатием соответствующей кнопки.

В работе с помощью электронного устройства имитируются два автомата защиты АВ1 и AB2. Исходное состояние автоматов - отключенное: горят сигнальные лампы АВ красного цвета. Нажатием кнопок В1 и В2 автоматы вводятся в рабочее состояние, о чем свидетельствует подсветка сигнальных ламп АВ зеленого цвета.

Замыкание фазного провода на корпуса электроустановок осуществляется нажатием на кнопки К1 или К3. При этом автоматы защиты срабатывают и отключают электроустановки от сети (включается подсветка сигнальных ламп AВ красного цвета). На цифровом секундомере фиксируется время срабатывания защиты. При срабатывании в течение 30 секунд на амперметрах и вольтметрах фиксируются значения измеряемых токов и напряжений. По истечении этого времени табло гаснет, показания всех приборов автоматически сбрасываются до нуля, и стенд приводится в начальное состояние.

Цифровой секундомер фиксирует время срабатывания автоматов защиты; максимальное измеряемое время 999 мс. При протекания малого тока однофазного короткого замыкания автомат не срабатывает.

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.

Порядок проведения работы

I. Оценка эффективности системы зануления в сети без повторного заземления нулевого защитного проводника.

  1.  Подготовить табл. 2 для записи результатов измерений.
  2.  Включить автоматы защиты (нажатием кнопок В1 и В2).

3. Нажатием на кнопку К4 отключить повторное заземление RП от нулевого проводника.

4. Нажатием кнопки К1 замкнуть фазный провод на корпус первой электроустановки.

5. Определить время срабатывания (tСР) автоматов защиты, ток (IКЗ) короткого замыкания и напряжения (U0, U1, U2, UЗ).

  1.  Полученные данные занести в табл. 2.

7. Аналогично произвести замыкание фазного провода на корпус второй электроустановки (нажатием на кнопку К3).

8. Определить время срабатывания (tСР) автоматов защиты, ток (IКЗ) короткого замыкания и напряжения (U0, U1, U2, UЗ).

9. Результаты измерений занести в табл.2.

10. Отключить стенд.

Таблица 2

Система зануления

Замыкание на корпус

Время срабатывания защиты,

tСР, мс

Ток короткого замыкания,

IКЗ, А

Напряжение относительно земли

Предельно допустимое напряжение прикосновения,

UПР.ДОП., В

Нейтра-льной точки источника,

U0, В

Корпусов

Точки нулевого провода, находящегося за вторым корпусом,

UЗ, В

U1, В

U2, В

Без повторного заземления

Корп.1

Корп.2

П. Оценка эффективности системы зануления в сети с повторным заземлением нулевого защитного проводника.

  1.  Подготовить табл. 3 для записи результатов измерений.
  2.  Включить стенд.

3. Включить повторное заземление нулевого защитного проводника (нажатием на кнопку К4) и установить его величину по заданию преподавателя (нажатием на кнопку RП).

4. Определить время ( tСР ) срабатывания автоматов защиты, ток (IКЗ) короткого замыкания, ток (IЗАЗ) земли и напряжения (U0, U1, U2, UЗ) при замыкании фазного провода на корпуса, для чего:

а) включить автоматы защиты потребителей АВ1 и AB2;

б) произвести замыкание фазного провода на корпус первой электроустановки кнопкой К1;

г) зафиксировать показания приборов и полученные данные занести в табл. 3;

д) произвести замыкание фазного провода на корпус второй электроустановки кнопкой К3;

е) сиять показания приборов и данные занести в табл.3.

5. Отключить стенд.

Ш. Оценка эффективности повторного заземления при обрыве нулевого защитного проводника.

1. Включить стенд.

2. Отключить повторное заземление RП от нулевого защитного проводника (нажатием кнопки К4).

  1.  Произвести обрыв нулевого защитного проводника между корпусами первой и второй электроустановок нажатием кнопки К2.
  2.  Включить автоматы защиты потребителей АВ1 и АВ2.

Таблица 3

Система зануления

Замыкание на корпус

Время срабатывания защиты,

tСР, с

Ток короткого замыкания,

IКЗ, А

Напряжение относительно земли

Ток замыкания на землю,

IЗАЗ, А

нейтра-льной точки источника,

U0, В

корпусов

точки нулевого провода, находящегося за вторым корпусом,

UЗ, В

U1, В

U2, В

С повторным заземлением,

RП= Ом

Корп.1

Корп.2

С повторным заземлением,

RП=10Ом

Корп.1

Корп.2

С повторным заземлением,

RП=15Ом

Корп.1

Корп.2

  1.  Произвести замыкание фазного провода на корпус первой электроустановки нажатием кнопки K1.
  2.  Измерить напряжения U0, U1, U2, UЗ и ток IЗАЗ. 
  3.  Данные занести в табл. 4.
  4.  Включить автоматы защиты потребителей АВ1 и АВ2.
  5.  Произвести замыкание фазного провода на корпус второй электроустановки нажатием кнопки K3.
  6.  Измерить напряжения U0, U1, U2, UЗ и ток IЗАЗ.
  7.  Данные занести в табл. 4.
  8.  Включить повторное заземление RП нулевого защитного проводника (нажатием кнопки К4).
  9.  Установить нажатием  кнопки RП величину повторного заземления по заданию преподавателя.
  10.   Повторить выполнение п.п.411.
  11.   Отключить стенд.

Таблица 4

Система зануления

Замыкание на корпус

Напряжение относительно земли

Ток замыкания на землю,

IЗАЗ, А

нейтральной точки источника,

U0, В

корпусов

точки нулевого провода, находящегося за вторым корпусом,

UЗ, В

U1, В

U2, В

Без повторного заземления НЗП

Корп.1

Корп.2

С повторным заземлением,

rП=4 Ом

Корп.1

Корп.2

С повторным заземлением,

rП=10 Ом

Корп.1

Корп.2

С повторным заземлением,

rП=15Ом

Корп.1

Корп.2

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Принципиальную схему зануления двух электроустановок с повторным заземлением нулевого защитного проводника.

2. Результаты измерения в виде табл. 2.

3. Результаты измерения в виде табл. 3.

4. Результаты измерения в виде табл. 4.

5. Графики распределения напряжения нулевого защитного проводника относительно земли по его длине при замыкании на каждый корпус при отсутствии повторного заземления (кривая 1), при наличии повторного заземления (кривая 2).

6. Графики распределения напряжения нулевого проводника относительно земли по его длине при обрыве нулевого проводника и замыкании фазы на второй корпус при отсутствии повторного заземления (кривая 3) и при его наличии (кривая 4).

7. Оценку опасности прикосновения человека к корпусам потребителей по результатам измерений.

8. Оценку эффективности применения повторного заземления нулевого защитного проводника.

Контрольные вопросы и примеры

1. Объясните принцип защитного действия зануления и укажите область его применения.

2. В чем проявляется защитное действие повторного заземления нулевого защитного проводника при нормальном режиме работы сети?

3. Как распределяется напряжение по длине нулевого защитного проводника при замыкании фазного провода на зануленный корпус электроустановки?

4. От каких величин зависит значение тока короткого замыкания в схеме зануления при замыкания фазного провода на корпус электроустановки?

5. Под каким напряжением относительно земли оказывается зануленный корпус электроустановки при замыкании на него фазного провода в системе зануления без повторного заземления нулевого защитного проводника.

6. В сети TN-C произошло замыкание одного из фазных проводов на корпус второй электроустановки. Повторное заземление нулевого защитного проводника отсутствует (т.е. rП = ). Человек касается корпуса первой электроустановки. Сопротивление человека Rh = 1000 Ом, сопротивление заземления нейтрали r0 = 4 Ом, сопротивление фазного провода до точки подсоединения 2 корпуса к нулевому защитному проводнику  RФ = O,I Ом, сопротивления нулевого защитного проводника между точками А и О, О и Б

RАО = O.I Ом, RОБ = 0,2 Ом соответственно. Фазное напряжение UФ = 220 В. Определить ток I h, протекающий через тело человека.

7. В сети TN-C произошло замыкание одного из фазных проводов на корпус второй электроустановки. Человек касается корпуса этой же электроустановки. Параметры сети те же, что в п. 6: определить ток, протекающий через тело человека, I h, если значение сопротивления повторного заземления rП : а) 4 Ом; б) 20 Ом; в) 8 Ом; г) 60 Ом.

8. В сети TN-C произошел обрыв нулевого защитного проводника между I и 2 корпусами. Один из фазных проводов замкнулся на корпус второй электроустановки, в это время человек касается первого корпуса. Параметры сети те же, что и в п. 6. Определить ток, протекающий через тело человека, I h, если значение rП : а) 4 Ом; б) 16 Ом; в) 46 Ом; г) 60 Ом.

Литература

Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. -М.: Энергоатомиздат, 1984.  С.  222-254.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

409. Анализ и прогнозирование деятельности предприятия ремонтная организация 413 KB
  Возможности организации (резюме). Правовое обеспечение деятельности организации. Стратегия финансирования. Организационный план, конкуренция и рынок сбыта. Оценка рисков и страхования.
410. Исследование таблично заданной функции 669.5 KB
  Дана система линейных алгебраических уравнений шестого порядка. Найти ее решение методом простых итераций с заданной точностью E. Выполнить проверку истинности полученного решения. Метод простых итераций.
411. Разработка программы Кафе с использованием классов на языке программирования С# 417.5 KB
  Автоматизация деятельности кафе на основе объектно-ориентированного подхода, а также получение навыков в реализации этого подхода, проектировании и реализации схемы данных. Проектирование иерархии классов и интерфейсов на основе выделенных сущностей.
412. Проектирование передаточного и кулачкового механизма зубострогального станка 516.5 KB
  Проектирование передаточного зубчатого механизма зубострогального станка. Расчет выходных характеристик и координат профиля кулачка. Расчет вспомогательных элементов (радиуса ролика и пружины). Синтез эвольвентной зубчатой передачи.
413. Инженерные решения в разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом 320.5 KB
  Решения инженерных задач горной промышленности. Принятия управленческих и проектных решений в недропользовании на примере открытых горных работ, формирующих наибольшую нагрузку на окружающую среду.
414. Теория и практика социальной психологии 621 KB
  Психологические характеристики социальных групп, психология личности, закономерности общения и деятельность людей, взаимодействия больших (наций, групп) и малых социальных групп, межличностные отношения и развитие социальных установок.
415. Розробка електронної системи бібліотечної картотеки 621 KB
  Створення електронної системи бібліотеки, де всі дані про читачів і книги зібрані в базі даних, і куди при необхідності можна легко заносити, змінювати та видаляти дані. Електронна система з одержання, та повернення книг.
416. Исследование частотных свойств шифра простой замены 718.5 KB
  Набрать текст (или ввести в ALFAVIT из файла) в Блокноте (порядка 100 букв), исключить пробелы, знаки препинания и заменить заглавные буквы на строчные. Построить вариационный ряд (упорядочить буквы по убыванию вероятности).
417. Установка приложения на персональный компьютер на примере Matlab 687.38 KB
  Для того, чтобы установить Matlab на компьютер, запускаем установочный файл пакета Matlab. Автоматически запустится мастер установки данного продукта.