ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ
Цель работы
Оценка эффективности защитного заземления в трёхфазной трёхпроводной сети с изолированной нейтралью и в трёхфазной четырёхпроводной сети с глухозаземлённой нейтралью напряжением до 1000 В.
Содержание работы
1. Оценить эффективность защитного заземления в трёхфазной трёхпроводной сети с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В (система IT).
Рис.3.1. Система IT переменного тока. Открытые проводящие части электроустановки заземлены. Нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через большое сопротивление:
1 – сопротивление заземления нейтрали источника питания (если имеется); 2 – заземлитель; 3 – открытые проводящие части; 4 – заземляющее устройство электроустановки;
2. Оценить эффективность защитного заземления в сети с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В (система IT) при двойном замыкании на корпуса электроустановок, имеющие раздельные заземляющие устройства.
3. Оценить эффективность защитного заземления в трёхфазной четырёхпроводной сети с глухозаземлённой нейтралью напряжением до 1000 В (система TN).
|
|
Рис. 3.2. Система TN -C переменного тока.
Нулевой защитный и нулевой рабочий проводники совмещены в одном проводнике:
1 – заземлитель нейтрали (средней точки) источника питания;
2 – открытые проводящие части.
Защитное заземление
Защитное заземление – заземление, выполняемое в целях электробезопасности [2].
|
|
|
Защитное заземление следует выполнять преднамеренным электрическим соединением металлических частей электроустановок с «землёй» или её эквивалентом [3].
Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с заземляющим устройством открытых проводящих частей электроустановок (например, корпусов электрооборудования), которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциала и т.п.).
Открытая проводящая часть – доступная прикосновению проводящая часть электроустановки, нормально не находящаяся под напряжением, но которая может оказаться под напряжением при повреждении основной изоляции [2].
Замыкание на корпус - случайный электрический контакт между токоведущими частями и открытыми проводящими частями электроустановки.
Назначение защитного заземления - устранение опасности поражения электрическим током в случае прикосновения к корпусу и другим открытым проводящим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением.
Причём, допустимые напряжения прикосновения и сопротивления заземляющих устройств должны быть обеспечены в любое время года [3].
|
|
|
Защитное заземление следует отличать от других видов заземления, например, рабочего заземления и заземления молниезащиты.
Рабочее заземление – преднамеренное соединение с землёй отдельных точек электрической цепи, например нейтральных точек обмоток генераторов, силовых и измерительных трансформаторов, дугогасящих аппаратов, реакторов поперечной компенсации в дальних линиях электропередачи, а также фазы при использовании земли в качестве фазного или обратного провода. Рабочее заземление предназначено для обеспечения надлежащей работы электроустановки в нормальных или аварийных условиях и осуществляется непосредственно (т. е. путём соединения проводником заземляемых частей с заземлителем) или через специальные аппараты – пробивные предохранители, разрядники, резисторы и т. п.
Заземление молниезащиты – преднамеренное соединение с землёй молниеприёмников и разрядников в целях отвода от них токов молнии в землю.
Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус и другими причинами. Это достигается путём уменьшения потенциала заземлённого оборудования (уменьшением сопротивления заземлителя), а также путём выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземлённого оборудования (подъёмом потенциала основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к значению потенциала заземлённого оборудования).
|
|
|
Рассмотрим два случая. Корпус электроустановки не заземлён (рис.3.3). В этом случае прикосновение к корпусу электроустановки также опасно, как и прикосновение к фазному проводу сети.
Рис. 3.3. Прикосновение человека к изолированному от земли корпусу при замыкании на него фазного проводника
, (3.1)
гдеUф- фазное напряжение сети, В; Rh , - сопротивление тела человека, Ом; Z - комплекс полного сопротивления проводника относительно земли, Ом;
, (3.2)
здесь r и С - сопротивление изоляции и ёмкость проводников относительно земли соответственно; w - угловая частота, с-1.
При малых значениях С (т.е. в коротких сетях) уравнение (3.1) принимает вид:
, (3.3)
Корпус электроустановки заземлён (рис.3.2). В этом случае напряжение корпуса электроустановки относительно земли уменьшится и станет равным потенциалу заземлителя:
|
|
|
(3.4)
Напряжение прикосновения и ток через тело человека в этом случае будут определяться по формулам:
, (3.5)
где 
– коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий форму потенциальной кривой (распределение потенциала по поверхности земли при стекании тока;
– коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий дополнительное сопротивление основания растеканию тока по поверхности земли.
Ток через тело человека, касающегося корпуса при самых неблагоприятных условиях(a1 = a2 = 1), будет равен:
. (3.6)
Уменьшая значение сопротивления заземлителя растеканию тока RЗ, можно уменьшить напряжение корпуса электроустановки относительно земли, в результате чего уменьшаются напряжение прикосновения и ток через тело человека.
Заземление будет эффективным лишь в том случае, если ток замыкания на землю IЗ практически не увеличивается с уменьшением сопротивления заземлителя. Такое условие выполняется в сетях с изолированной нейтралью (система IT) напряжением до 1 кВ, так как в них ток замыкания на землю в основном определяется сопротивлением изоляции проводов относительно земли, которое значительно больше сопротивления заземлителя (рис.3.4).
Область применения защитного заземления - трёхфазные трёхпроводные сети до 1000 В с изолированной нейтралью и выше 1000 В с любым режимом нейтрали.
Сопротивление заземляющего устройства выбирается таким, что бы напряжение прикосновения не превышало допустимых значений. Для сетей напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью наибольшие допустимые значенияrз составляют 10 Ом при суммарной мощности генераторов или трансформаторов, питающих данную сеть не более 100 кВ×А; а в остальных случаях rз не должно превышать 4 Ом.
Рис.3.4. Принципиальная схема защитного заземления
в сети с изолированной нейтралью (система IT)
При двойном замыкании на землю в сети трёхфазной трёхпроводной с изолированной нейтралью (система IT) до 1000 В, то есть замыкании двух фаз на два корпуса, имеющих раздельные заземлители (рис.3.5), эти и другие корпуса, присоединённые к указанным заземлителям, окажутся под напряжением относительно земли, равным: в установке 1 - Uз1= Iзrз1, в установке 2 - Uз2 = Iзrз2 соответственно.
Сопротивление изоляции и ёмкости фазных проводников относительно земли в данном случае практически не влияют на значение тока замыкания на землю, цепь которого устанавливается через сопротивления заземленийrз1 и rз2. При этом Uз1 + Uз2 = Uл (Uл - линейное напряжение сети). При равенстве rз1 и rз2, Uз1=Uз2= 0,5Uл. Наличие таких напряжений на заземлённых элементах установок является опасным для человека, тем более, что замыкание в сетях до 1000 В может существовать длительно.
Рис.3.5 Принципиальная схема при двойном замыкании на землю (замыкание двух разных фаз сети на корпуса электроустановок, имеющие раздельные заземлители)
Если же заземлители, или корпуса электроустановок 1 и 2 соединить проводником достаточного сечения или эти заземлители выполнить как одно целое, то двойное замыкание на землю превратится в межфазное короткое замыкание, что вызовет быстрое отключение установок максимальной токовой защитой (предохранители, автоматические выключатели и т.п.), т.е. обеспечит кратковременность опасного режима.
В сети с глухозаземлённой нейтралью (рис.3.6) при замыкании фазного проводника на корпус по цепи, образовавшейся через землю, будет проходить ток
, (3.7)
гдеr0 - сопротивление заземления нейтрали, Ом.
При этом фазное напряжение распределится между rз иr0, т.е.
; 
; 
(3.8)
Таким образом, напряжение корпуса относительно земли зависит от соотношения сопротивлений r0 и rз. При равенстве r0 и rз напряжение на заземлённом корпусе будет
Uз = U0 = 0,5×Uф
Это напряжение является опасным для человека, поэтому в сети напряжением до 1000 В с глухозаземлённой нейтралью защитное заземление не применяется.
Рис.3.6. Принципиальная схема защитного заземления в сети с глухозаземлённой нейтралью (система ТN)
В сетях с глухозаземлённой нейтралью и корпусами, имеющими отдельное заземление (система TТ) обязательным согласно ПУЭ является дополнительное применение устройств защитного отключения на дифференциальном токе (рис.3.7).
Рис.3.7. Защитное заземление в сети с глухозаземлённой нейтралью
(система ТТ)
Экспериментальная часть
Применяемое оборудование
Лицевая панель стенда представлена на рис.3.5.
Стенд включается кнопкой «Вкл». Распределённые вдоль фазных проводников сопротивления изоляции относительно земли имитируются на стенде резисторами R 1 , R 2 и R 3, 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 нейтрали 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 I З, стекающий в землю при замыкании фазы на корпус первой электроустановки, если последний заземлён.
Кнопка В1 предназначена для подключения нейтральной точки источника тока к рабочему заземлению R0, значение которого неизменно и составляет 4 Ом.
Рис. 3.5. Лицевая панель стенда
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 399; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!