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 №3
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ
Цель работы
Оценка эффективности защитного заземления в трехфазной сети с изолированной нейтралью и в трехфазной четырех проводной 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 заземления IT).
2. Оценить эффективность защитного заземления в сети с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В при двухфазном замыкании на корпуса электроустановок, имеющие раздельные заземляющие устройства.
3. Оценить эффективность защитного заземления в трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В (система заземления TT).
Описание электрических сетей и систем заземления приведены в Приложении I к лабораторному практикуму.
Защитное заземление
С заземляющим устройством открытых проводящих частей электроустановок (например, корпусов электрооборудования).
Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние со седних токоведущих частей, вынос потенциала и т.п.).
Замыкание на корпус случайный электрический контакт между токоведущими частями и открытыми проводящими частями электроустановки.
Назначение защитного заземления устранение опасности пора жения электрическим током в случае прикосновения к корпусу и дру гим открытым проводящим частям электроустановки, оказав шимся под напряжением.
Область применения защитного заземления трехфазные трехпро водные 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 грун том.
Поясним это на примере сети до 1000 В с изолированной нейтра лью. 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 Uф фазное напряжение сети, В; Rh, сопротивление тела человека, Ом; z комплекс полного сопротивления проводника относительно земли, Ом;
(2)
Здесь r и С сопротивление изоляции и емкость проводников относи тельно земли соответственно; угловая частота, с1 .
При малых значениях С уравнение (1) принимает вид:
, (3)
где Ih ток в действительной форме, проходящий через человека, А.
Напряжение, под которым окажется человек, прикоснувшийся к корпусу (напряжение прикосновения), определяется формулой
Uпр = IhRh.
Если же корпус электроустановки заземлен, то при замыкании на него фазного проводника (рис.2) через заземление пойдет ток Iз, значение которого зависит от r и сопротивления заземления кор пуса rз и определяется выражением, подобным (3):
(4)
в сети с изолированной нейтралью (система IT)
Напряжение корпуса относительно земли в этом случае будет равно
Uкорп = Uз = Iзrз , (5)
а напряжение прикосновения
Uкорп = Uз12,
где 1 коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий форму потенциальной кривой и расстояние до заземлителя; 2 коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий паде ние напряжения на сопротивлении основания, на котором стоит чело век.
Ток через человека, касающегося корпуса при самых неблагоприятных условиях (1 = 2 = 1), будет
(6)
Сопротивление заземляющего устройства выбирается таким, что бы 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 дан ную 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.
Рис.3. Двухфазное замыкание на корпуса электроустановок, имеющие раздельные заземлители
Сопротивление изоляции и емкости фазных проводников относитель но земли в данном случае практически не влияют на значение тока замыкания на землю, цепь которого устанавливается через сопротив ления заземлений rз1 и rз2. При этом Uз1 + Uз2 = Uл (Uл ли нейное напряжение сети). При равенстве rз1 и rз2, Uз1=Uз2= 0,5Uл. Наличие таких напряжений на заземленных элементах установок явля ется 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 провод ником достаточного сечения или эти заземлители выполнить как од но целое, то двухфазное замыкание на корпуса превратится в ко роткое замыкание между фазными проводниками, что вызовет быстрое от ключение установок максимально токовой защитой (предохранители, автоматические выключатели), т.е. обеспечит кратковременность опасного режима.
В сети с глухозаземленной нейтралью (рис.4) при замыкании фазно го проводника на корпус по цепи, образовавшейся через землю, будет проходить ток
,
где r0 сопротивление заземления нейтрали, Ом.
При этом фазное напряжение распределится между rз и r0, т.е. Uз= Iзrз; U0= Iзr0; Uз + U0 = Uф.
Таким образом, напряжение корпуса относительно земли зависит от соотношения сопротивлений r0 и rз. При равенстве r0 и rз на пряжение на заземленном корпусе будет
Uз = U0 = 0,5Uф
Это напряжение является опасным для человека, поэтому в сети на пряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью защитное заземление не применяется.
В сетях с глухозаземленной нейтралью и корпусами, имеющими отдельное заземление (система заземления TT) обязательным согласно ПУЭ является применение устройств защитного отключения на дифференциальном токе.
Экспериментальная часть
Применяемое оборудование
Лицевая панель стенда представлена на рис.5. Стенд включа ется кнопкой "Вкл". Распределенные вдоль фазных проводников сопротивления изоляции относительно земля имити руются на стенде резисторами R1, R2 и R3, величина этих сопротивлений варьируется от 5 до 120 кОм последовательным нажатием на кнопку П5.
Вольтметр UL измеряет напряжение относительно земли каждого фазного проводника (подключение вольтметра к фазному проводнику осуществляется последовательным нажатием на кнопку П3), вольтметр U0 – напряжение нейт рали источника тока относительно земли, вольтметр UК1 – напряжение корпуса первой электроустановки относительно земли, вольтметр UК2 – 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 IЗ, стекающий в землю при замыкании фазы на корпус первой электроустановки, если последний заземлен.
Кнопка В1 предназначена для подключения нейтральной точки источника тока к рабочему заземлению R0, значение которого неизменно и составляет 4 Ом.
Рис. 5. Лицевая панель стенда
Указания по технике безопасности
При обнаружении в стенде какой-либо неисправности необхо димо прекратить работу, отключить стенд и сообщить о случившемся преподавателю.
Порядок проведения работы
I. Оценка эффективности защитного заземления в сети с изолированной нейтралью до 1000 В.
а) Корпус электроустановки не заземлен.
1. Включить стенд.
2. В соответствии с табл.1 установить зна чения сопротивлений, имитирующих сопротивление изоляции проводников относительно земли.
Таблица 1
|
№ бригады |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
Сопротивление изоляции |
5 |
20 |
60 |
120 |
5 |
20 |
|
Сопротивление заземлителя корпуса 1 (rз), Ом |
4 |
10 |
100 |
4 |
10 |
100 |
3. Отключить корпус первой электроустановки от защитного заземлителя.
4. Отключить нейтраль источника тока от рабочего заземлителя.
5. Произвести замыкание фазы L3 на корпус первой электроус тановки, измерить напряжение этого корпуса относительно земли и напряжения всех фазных проводников относительно земли. Результаты измерений занести в табл.2.
б) Корпус электроустановки заземлен.
1. Заземлить корпус первой электроустановки. Величину сопротивле-ния заземлителя установить в соответствии с табл.1.
2. Произвести замыкание фазы L3 на корпус первой электроус тановки, измерить напряжение этого корпуса относительно земли и напряжения всех фазных проводов относительно земли. Результаты измерений занести в табл.2.
3. Отключить стенд от сети.
II. Оценка эффективности защитного заземления в сети с изоли рованной нейтралью до 1000 В при двухфазном замыкании на заземленные корпуса электроустановок.
3. На корпус первой электроустановки замкнуть фазу L3, на корпус второй электроустановки – фазу L1 или фазу L2.
4. Измерить значения тока замыкания на землю и напряжений корпусов первой и второй электроустановок относительно земли. Результаты измерений занесите в табл.3.
5. Отключить стенд от сети.
III. Оценка эффективности защитного заземления в четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В.
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,В |
Uкорп, В |
U1, В |
U2, В |
U3,В |
Iз, мА |
|
фазного провода L3 |
1.3. Заключение об эффективности защитного заземления в се ти 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 замыкания 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. Оценку эффективности защитного заземления при двухфазном замыкании по результатам измерений.
По теме 3. Оценка эффективности защитного заземления в сети с глухозаземленной нейтралью .
3.1. Принципиальную схему защитного заземления в сети с глухозаземленной нейтралью.
3.2. Результаты измерений в виде табл.4.
Таблица 4
|
Uф , В |
U0 , В |
Uкорп , В |
Iз , А |
Расчетные значения |
|
|
RЗ1, Ом |
RЗ2, Ом |
||||
Контрольные вопросы и примеры
1. Назначение и область применения защитного заземления.
2. По какой формуле вычисляется ток, протекающий через чело века 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 проводников относительно земли равны: r1= r2= r3= r =10 кОм; с1= с2= с3=0. Один из фазных проводников сети замкнулся на корпус, которого каса ется человек. Сопротивление человека Rh=1000 Ом, фазное напря жение 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 проводников на кор пуса 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 че ловека, если значения сопротивлений заземлителей rз1 и rз2 соот ветственно 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 заземле ния 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.: «Знак», 2000. с. 179-215.