Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа №4
Оценить эффективность системы зануления в трехфазной четы-рэхпроводной сети с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В.
1. Оценить эффективность системы зануления в сети без повтор ного заземления нулевого защитного проводника.
2. Оценить эффективность системы зануления в сети с повтор ным заземлением нулевого защитного проводника.
3. Оценить эффективность повторного заземления при обрыве нулевого защитного проводника.
Занулением называется преднамеренное электрическое соедине ние металлических частей электроустановки, которые могут оказать ся под напряжением вследствие замыкания фазы на корпус, о зазем ленной нейтральной точкой обмотки источника тока. Это соединение осуществляется о помощью нулевого защитного проводника. Область применения зануления - трехфазные четырехпроводные сети напряже нием до 1000 В с эаземленной нейтралью).
Принципиальная схема зануления показана на рис. 1.
Принцип действия эануления - превращение замыкания на кор пус 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 зануле ния. На этой схеме: Zr, Zф, Zн - полные сопротивления транс форматора, фазного и нулевого защитного проводников; Хп - внешнее индуктивное сопротивление петли фаза-нуль. С целью упрощения соп ротивлениями Zr, Хф, Хн, Хп можно пренебречь. В дальнейшем при рассмотрении теоретической части и выполнении предлагаемых примеров принимаем, что фазный и нулевой защитный проводники об ладают 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 элект роустановки с тем, чтобы при данной длительности воздействия ток через человека и напряжение прикосновения не превысили допусти мых значений (табл. I). Кроме того, в указанный период напряже ние корпуса относительно земли снижается благодаря наличию пов торного 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 напряжениеприкосновения, 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 напряже ния 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 со ставит = 147 В. При времени действия электрического тока (t > 0,3 с) это напряжение создает реальную опасность пораже ния людей.
Если же нулевой защитный проводник будет иметь повторное за земление 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 защит ного 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 относи тельно земли оборванного участка нулевого проводника и всех при соединенных к нему корпусов, в том числе корпусов исправных элек троустановок, окажется равным фазному напряжению сети. Это нап ряжение 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 об рыве, 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, сни зится до значения
Однако при этом корпуса электроустановок, присоединенных к нуле вому защитному проводнику до места обрыва, приобретут напряже ние 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 про воднику. 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 за мыкании 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 вру чную.
В сети с заземленной нейтралью при данном повреждении фазное напряжение разделится пропорционально между сопротивлением замы кания фазы на землю и заземления нейтрали . В связи с чем напряжение корпусов относительно земли уменьшится и бу дет 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 бе зопасного значения при замыкании фазы на землю.
Экспериментальная часть
Применяемое оборудование
Стенд включа ется кнопкой «Вкл». При этом загораются сигнальные лампы, рассоло женные 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 - отклю ченное: горят сигнальные лампы АВ красного цвета. Нажатием кнопок В1 и В2 автоматы вводятся в рабочее состояние, о чем свидетельству ет подсветка сигнальных ламп АВ зеленого цвета.
Замыкание фазного провода на корпуса электроустановок осу ществляется нажатием на кнопки К1 или К3. При этом автоматы защи ты 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 началь ное состояние.
Цифровой секундомер фиксирует время срабатывания автоматов защиты; максимальное измеряемое время 999 мс. При протекания ма лого тока однофазного короткого замыкания автомат не срабатывает.
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 вклю ченный стенд.
3. При обнаружении в стенде какой-либо неисправности необ ходимо прекратить работу, отключить стенд и сообщить о случившем ся преподавателю.
Порядок проведения работы
I. Оценка эффективности системы зануления в сети без повтор ного заземления нулевого защитного проводника.
3. Нажатием на кнопку К4 отключить повторное заземление RП от нулевого проводни ка.
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).
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.
3. Включить повторное за земление 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 кор пуса, 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).
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 |
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 про водника 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 вто рой 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.
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 замыка ния в схеме зануления при замыкания фазного провода на корпус электроустановки?
5. Под каким напряжением относительно земли оказывается зану ленный корпус электроустановки при замыкании на него фазного про вода в системе зануления без повторного заземления нулевого за щитного проводника.
6. В сети TN-C произошло замыкание одного из фазных про водов на корпус второй электроустановки. Повторное заземление ну левого защитного проводника отсутствует (т.е. rП = ). Человек ка сается корпуса первой электроустановки. Сопротивление человека Rh = 1000 Ом, сопротивление заземления нейтрали r0 = 4 Ом, сопро тивление 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 про водов на корпус второй электроустановки. Человек касается корпуса этой же электроустановки. Параметры сети те же, что в п. 6: опре делить ток, протекающий через тело человека, I h, если значение сопротивления повтор ного заземления rП : а) 4 Ом; б) 20 Ом; в) 8 Ом; г) 60 Ом.
8. В сети TN-C произошел обрыв нулевого защитного провод ника между I и 2 корпусами. Один из фазных проводов замкнулся на корпус второй электроустановки, в это время человек касается пер вого 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.
Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. -М.: Энергоатомиздат, 1984. С. 222-254.