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
Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР
Новосибирский электротехнический институт
621.316
3-402
ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В
Методические указания к лабораторной работе № 12
дли студентов Ш-VI курсов всех факультетов
и форм обучения
Новосибирск 1988
621.316.99(076.5)
Составитель Ю.И. Фадин, канд.техн.наук
Рецензенты: Д.И. Поляк, канд.техн.наук,
И.Л. Озерных, канд.техн.наук
Работа подготовлена на кафедре охраны труда
Новосибирский электротехнический институт, 1988 г.
Цель работы
Изучить назначение, устройство и принцип действия защитного заземления.
Общие сведения о защитном заземлении
Защитное заземление - это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Оно применяется в сетях до 1000 В с изолированной нейтралью и в сетях выше 1000 В с любым режимом нейтрали [I] и предназначается для защиты человека от напряжения прикосновения и шага (шагового напряжения).*
Случайное электрическое соединение фазных проводов о корпусом электроустановки называют замыканием на корпус, после которого замыкание на землю происходит в том случае, если существует электрическое соединение корпуса о землей. Будем считать, что электрическое соединение корпуса c землей в общем случае осуществляется через человека, прикасающегося к корпусу установки, и через заземлитель 3 (рис. 1).
Если заземлитель не соединен с корпусом установки, то весь ток замыкания на землю протекает только через человека и замыкается через емкостные и активные проводимости фаз 2 и 3 относительно земли (рис. 1). Эквивалентная схема замещения для данного случая показана на рис. 2, а. Из рисунка видно, что величина напряжения прикосновения (падения напряжения на сопротивлении Rh), под которое попадает человек, во многом зависит от величины сопротивления изоляции и емкости сети (ZЭКВ). Если емкость сети большая (протяженные сети) и сопротивление изоляции мало (для воздушных линий оно определяется, как правило, сопротивлением изоляторов и зависит от их целости, загрязнения и пр.), то человек может оказаться под большим напряжением прикосновения, опасным для жизни. В реальных сетях всегда существует опасность поражения электрическим током при прикасании человека к корпусу "пробитого" оборудования, если не приняты специальные меры защиты.
Рассмотрим случай, когда корпус двигателя соединен с заземлителем (рис. 1). В этом случае ток замыкания протекает по двум параллельным ветвям: через заземлитель (IЗ) и через человека (Ih). А так как сопротивление заземлителя (rз) в сотни раз меньше сопротивления человека (Rh), то почти весь ток течет через заземлитель. Эквивалентная схема замещения дана на рис. 2, б. Из нее видно, что напряжение прикосновения, под которое попадает человек, будет равно падению напряжения на заземлителе (а значит и на корпусе, который электрически соединен с заземлителем).
В сетях напряжением до 1000 В, которые здесь рассматриваются, ток замыкания на землю не превышает 10 А [2], а величина сопротивления заземления в соответствии с ПУЗ не должна превышать 4 Ом. Следовательно, максимально возможное напряжение на заземлителе (и на корпусе) не должно превышать 40 В. Под такое же напряжение попадает я человек, касающийся корпусов заземленного оборудования.
Краткое описание лабораторной установки
На мнемосхеме передней панели лабораторной установки (рис. З) показаны: силовой трансформатор Т-10/0,4 кВ, трехпроводная сеть напряжением 380 В, магистраль заземления, идущая от заземлителя "3", сопротивления изоляции (R1, R2, R3) и емкость сети (C1, C2, C3), три двигателя (ЭП1ЭПЗ), кривая изменения напряжения на поверхности земли в зоне растекания тока.
С помощью выключателя Q подается напряжение на трансформатор. Тумблерами S1 имитируется замыкание фазы I на корпус (положение включено), S2 - прикасание человека к корпусу, S3 -устанавливается максимальное или минимальное сопротивление изоляции, S5 - измеряется напряжение на заземлителе "3" и электроприемниках ЭП1 - ЭПЗ относительно земли и напряжение прикосновения соответственно для первого, второго и третьего человека. Тумблер S4 - трехпозиционный. В нейтральном положении заземлитель отключен, в крайних положениях включаются заземлители c сопротивлением 4 Ом (Rmin) и 8 Ом (Rmax). Схема собрана постоянно и все замеры напряжения ведутся относительно точки о нулевым потенциалом ("Земля").
При замыкании на корпус в одном из электроприемников (ЭП2 на рис. 3) ток замыкания стекает о заземлителя в землю, растекается в ней и замыкается по пути, указанному на рис. 1. При этом на заэемлителе и всех присоединенных к нему корпусах двигателей появится потенциал . Поверхность земли так же будет иметь потенциал, изменяются по кривой, зависящей от формы и размеров заземлителя (см. нижнюю часть мнемосхемы).
Напряжение прикосновения для человека, касающегося заземленного корпуса и стоящего на земле, определяется формой кривой и расстоянием до заземлителя. Так, например, для человека, касающегоcя корпуса двигателя I, напряжение прикосновения будет равно отрезку АВ или
где - потенциал заземлителя (корпуса);
- потенциал основания на поверхности армии, где стоит человек;
- коэффициент напряжения прикосновения ().
Чем больше расстояние от заземлителя, тем больше . Практически на расстоянии 20 метров от одиночного заземлителя . Следовательно, напряжение прикосновения, под которое попадает человек, касающийся двигателя 2, будет больше, чем напряжение прикосновения для человека, касающегося двигателя I. Для человека, касающегося двигателя 3, напряжение прикосновения будет равно потенциалу заземлителя (, так как ).
Таким образом, в сетях напряжением до 1000 В c глухозаземленной нейтралью, защита от поражения электрическим током, обусловленным замыканием на корпус, достигается снижением напряжения прикосновения до допустимой величины. Это осуществляется путем выбора малого значения сопротивления заземляющего устройства.
Следует отметить, что в сетях до 1000 В, снижение напряжения прикосновения за счет выравнивания потенциалов (ом. лаб. работу № 16) практически не имеет существенного значения.
Задание и указания по выполнению работы
1. Измерить ток, протекающий через человека, касающегося корпуса злектроприемника ЭП2 при пробое фазы на корпус. Защитное заземление отсутствует, сопротивление изоляции максимальное. Тумблер S5 должен быть при замерах (1-4) в положении "отключено”. Показания миллиамперметра занести в табл. 1. Рассчитать напряжение прикосновения по формуле
и занести в таблицу.
2. Замеры по п.1, но при минимальном сопротивлении изоляции.
3. Замеры по п.2, но при наличии защитного заземления ( = 8 Ом) (тумблер S4 в положении Rmax).
4. Замеры по п.3, но при величине сопротивления заземления 4 Ом (S4 в положении Rmin).
5. Измеритель напряжения относительно земли на заземлителе и электроприемниках 1,2,3 при пробое фазы на корпус и при минимальном значении сопротивления изоляции и сопротивления заземлителя 4 Ом (Rmin). Показания вольтметра занести в табл. 2.
6. Измерить напряжение прикосновения для первого, второго и третьего человека, касающихся соответствующих электроприемников. Данные замеров занести в табл. 3.
Величины тока и напряжения прикосновения
Таблица 1
|
№ п/п |
Сопротивление изоляции |
Наличие защитного заземления |
Ток через человека, А |
Напряжение прикосновения, В |
|
1 |
Максимальное |
Нет |
||
|
2 |
Минимальное |
Нет |
||
|
3 |
Минимальное |
Есть (8 0м) |
||
|
4 |
Минимальное |
Есть (4 Ом) |
Величины измеренного напряжения относительно земли
Таблица 2
|
№ п/п |
Объект измерения |
Показания вольтметра, В |
|
1 |
Заземлитель (= 4 Ом) |
|
|
2 |
Двигатель ЗП1 |
|
|
3 |
Двигатель ЭП2 |
|
|
4 |
Двигатель ЭП3 |
|
|
5 |
Человек, касающийся ЭП1 () |
|
|
6 |
Человек, касающийся ЭП2 () |
|
|
7 |
Человек, касающийся ЭП3 () |
Выводы
1. Зависимость тока через человека и напряжения прикосновения от сопротивления изоляции и емкости сети.
2. Принцип действия защитного заземления.
3. Зависимость напряжения прикосновения от величины сопротивления заземлители и от расстояния до заземлителя.
Наибольший допустимые токи, проходящие через человека
Таблица 3
|
Род и частота тока |
Нормируемая величина |
Продолжительность воздействия, с |
||||||||
|
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
||
|
Переменный 50 Гц |
Ih , мА |
. |
Контрольные вопросы
Как зависит напряжение прикосновения от расстояния до заземлителя?
Список литературы
1. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. - М.: Энергия, 1984.
2. Князевский Б.А. Охрана труда в электроустановках. - М.: Энергия, 1985.
* Выполнение защитного заземления cм в лабораторной работе № 6.