II. Экспериментальная часть

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Методические указания к лабораторной работе № 5

по курсу «Безопасность жизнедеятельности»

ПЕНЗА 2013

УДК

П

 

Работа содержит необходимую терминологию, теоретические основы, методики определения параметров. В заключении даны контрольные вопросы для самостоятельной проверки усвоения теоретического материала.

Методические указания предназначены для студентов всех специальностей и форм обучения, а также могут быть использованы для выполнения научно-исследовательских студенческих работ.

Ил. 3, табл. 3, библиогр. 1 назв.

 

 

Автор-составитель: к.т.н., доцент Д.П. Грузин.

 

Научный редактор: д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Техносферная безопасность» Н. Н. Вершинин

 

 

Рецензент: д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Защита в чрезвычайных ситуациях» ПФ РГУ ИТП В. А. Казаков

СОДЕРЖАНИЕ

 

СОДЕРЖАНИЕ.. 3

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.. 4

II.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.. 8

2.1. Описание лабораторного стенда. 8

2.2. Содержание работы.. 10

2.3 Порядок выполнения работы.. 10

2.4. Содержание отчета. 15

Контрольные вопросы и примеры.. 17

Литература. 17

Приложение 1. 18

Приложение 2. 19

Приложение 3. 20

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе № 5

по курсу «Безопасность жизнедеятельности»

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Цель работы – Оценка эффективности защитного заземления в трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью (IT) и в трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью (TN) напряжением до 1000 В.

 

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Опасность поражения человека электрическим током определяется величиной протекающего через тело человека тока. В общем случае величина этого тока зависит от схемы прикосновения человека к электрической сети, ее напряжения, схемы самой сети и рода тока, режима нейтрали сети, наличия защитных средств.

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.).

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.

Область применения защитного заземления - трехфазные трехпро­водные сети до 1000 В с изолированной нейтралью и выше 1000 В с любым режимом нейтрали.

Нейтраль – общая точка соединенных в звезду обмоток (элементов электрообрудования).

Изолированная нейтраль – нейтраль трансформатора или генератора, неприсоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление приборов сигнализации, измерения, защиты и других аналогичных им устройств.

Глухозаземленная нейтраль – нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная непосредственно к заземляющему устройству. Глухозаземленным может быть также вывод источника однофазного переменного тока или полюс источника постоянного тока в двухпроводных сетях, а также средняя точка в трехпроводных сетях постоянного тока.

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 грунтом.

Поясним это на примере трехфазной трехпроводной сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью.

 

Рис.1. Прикосновение человека к изолированному от земли корпусу
при замыкании на него фазного проводника
при отсутствии защитного заземления

 

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 (I_h), будет определяться по формуле (без учета реактивных составляющих, что характерно для молопротяженных сетей и при отсутствии паде­ния напряжения на сопротивлении основания, на котором стоит чело­век):

, (1)

где U _ф - фазное напряжение сети, В; R_h, - сопротивление тела человека, Ом (R_h = 1000 Ом); r - сопротивление изоляции проводников относи­тельно земли, Ом.

Напряжение, под которым окажется человек, прикоснувшийся к корпусу (напряжение прикосновения), определяется формулой:

 

Если же корпус электроустановки заземлен, то при замыкании на него фазного проводника (рис.2) через заземление пойдет ток I _з, значение которого зависит от r и сопротивления заземления корпуса r _з и определяется выражением:

 

(2)

Напряжение корпуса относительно земли в этом случае будет равно:

(3)

где U _з - напряжение на заземлителе, В

а напряжение прикосновения:

где a₁ - коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий форму потенциальной кривой и расстояние до заземлителя; a₂ - коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий падение напряжения на сопротивлении основания, на котором стоит человек.

Ток через человека, касающегося корпуса при самых неблагоприятных условиях(a₁ = a₂ = 1), будет

(4)

 

Рис.2. Принципиальная схема защитного заземления
в сети с изолированной нейтралью

 

Сопротивление заземляющего устройства выбирается таким, что­бы напряжение прикосновения не превышало допустимых значений. Для электроустановок напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью наибольшие допустимые значения r _з составляют 10 Ом при суммарной мощности генераторов или трансформаторов, питающих данную сеть не более 100 кВ×А; а в остальных случаях r _з не должно превышать 4 Ом.

В сети с глухозаземленной нейтралью (рис.3) при замыкании фазного проводника на корпус по цепи, образовавшейся через землю, будет проходить ток

,

где r ₀ - сопротивление заземления нейтрали, Ом.

При этом фазное напряжение распределится между r _з и r ₀, т.е. U _з= I _з r _з; U ₀= I _з r ₀; U _з + U ₀ = U _ф.

Таким образом, напряжение корпуса относительно земли зависит от соотношения сопротивлений r ₀ и r _з. При равенстве r ₀ и r _з напряжение на заземленном корпусе будет:

 

Рис.3. Защитное заземление в сети с глухозаземленной нейтралью

 

Это напряжение является опасным для человека, поэтому в сети напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью защитное заземление не применяется.

II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ