Лабораторный стенд представляет собой модель электрической сети с источником питания, электропотребителями, средствами защиты, измерительными приборами. Лицевая панель стенда представлена на рис.4. В качестве источника используется трехфазный трансформатор. Стенд включается трехфазным автоматом S2 - положение I. При этом загораются индикаторы (желтого, зеленого и красного цветов); расположенные рядом с фазными проводами А. В, С. Режим нейтрали сети изменяется переключателем S1, причем правое положение соответствует режиму заземленной нейтрали, а левое положение - режиму изолированной нейтрали. Нейтральная точка заземляется через сопротивление R0 = 4 Ом. С помощью переключателя S3 подключается нулевой рабочий проводник (N-проводник). Переключатель S4 предназначен для подключения нулевого защитного проводника (PE-проводника). Верхнее положение переключателей означает наличие пятипроводной сети, нижнее положение - трехпроводной сети.
Сопротивления фазных проводов сети и N-провода относительно земли смоделированы сосредоточенными сопротивлениями RА, RВ. RС, RN. В данном стенде моделируется только активная составляющая полного сопротивления, причем используется случай симметричной проводимости проводов относительно, земли (то есть RА=RВ=RС=RN). Значения указанных сопротивлений изменяются пятипозиционным переключателем S18 в зависимости от вариантов, задаваемых преподавателем.
Электропотребители на мнемосхеме показаны в виде их корпусов. Потребители «корпус 1» и «корпус 2» являются трехфазными и подключены к сети через автоматические выключатели S5 и S10 соответственно. Положение I означает включение автоматов, при этом напряжение подается на потребители. Электропотребитель «корпус 3» является однофазным, выполненным по классу 1 защиты от поражения электрическим током.
Лабораторный стенд позволяет моделировать два способа защиты: защитное заземление и зануление. Подключение корпусов 1 и 2 к PЕ-проводнику осуществляется переключателями S8 и S14 соответственно. Правое положение переключателей означает, что корпуса занулены. Сопротивление фазного провода от нейтральной точки до 2 корпуса не изменяется и имеет значение Rф =0,1 Ом распределенное равномерно на двух участках провода (нейтральная точка - точка подключения 1 корпуса и точка подключения 1 корпуса - точка подключения 2 корпуса). Сопротивление РЕ-проводника может изменяться с помощью трехпозиционного переключателя S6, причем сопротивления участков «нейтраль» - «корпус 1» и «корпус 1» - «корпус 2» равны и принимают значения 0.1; 0.2: 0.5 Ом. Обрыв РЕ-проводника между точками подсоединения корпусов 1 и 2 имитируется с помощью переключателя S12. нижнее положение которого соответствует обрыву проводника. Повторное заземление Rn подключается к РЕ-проводнику с помощью переключателя S17. Значение сопротивления Rn изменяется трехпозиционным переключателем S19 (4,10,100 Ом). Переходное сопротивление Rпер между корпусом 2 и зануляющим проводником изменяется трехпозиционным переключателем S16 и может принимать значения 0; 0,1; 0,5 Ом.
Подключение корпусов 1 и 2 к заземляющим устройствам с сопротивлениями RЗ1, RЗ2 осуществляется с помощью переключателей S9 и S15 соответственно. Сопротивление заземления R31 корпуса 1 является постоянным и равным 4 Ом. Сопротивление заземления R32 корпуса 2 устанавливается с помощью трехпозиционного переключателя S11 (4, 10, 100 Ом).
Замыкания фазных проводов на корпуса 1 и 2 осуществляются кнопками S7 и S13 соответственно, причем на корпус 1 замыкается фазный провод А и на корпус 2 - фазный провод В.
Лабораторный стенд имеет три измерительных прибора: цифровой вольтметр с диапазоном измерения от 0 до 2000 В, цифровой амперметр с диапазоном измерения от 0 до 2000 А, цифровой милисекундомер с диапазоном измерения от 0 до 999 мс.
Вольтметр включается в измерительные цепи через гнезда XI - XI5, установленные в соответствующих точках схемы, с помощью гибких проводников, снабженных наконечниками. Включение амперметра в цепь осуществляется с помощью переключателя, находящегося под индикатором. При соответствующем подключении загорается лампочка, указывающая на место подключения прибора. Положение «ОТКЛ» означает отсутствие амперметра в цепях стенда. В положении А1 измеряется ток короткого замыкания, в положении А2 - ток, стекающий с заземлителя корпуса 2, в положении АЗ - ток замыкания на землю через повторное заземление РЕ-проводника.
Миллисекундомер включается при нажатии кнопки S13, а отключается при срабатывании автоматического выключателя S10. Установка позволяет длительно сохранить режим соответствующий периоду замыкания фазного провода на корпуса 1 и 2. Для возврата схемы в исходное состояние после того, как измерены все необходимые параметры, следует нажать кнопку «СБРОС».
Содержание работы
2.2.1. Оценить эффективность действия защитного заземления в электроустановках, питающихся от трехфазных трехпроводных сетей с изолированной нейтралью напряжением до 1 кВ. Определить зависимость изменения напряжения прикосновения при изменении расстояния до заземлителя.
2.2.2. Оценить эффективность действия защитного заземления в электроустановках, питающихся от трехфазных четырехпроводных сетей с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ.
Порядок выполнения работы
2.3.1. Оценка эффективности защитного заземления в сети
с изолированной нейтралью
1. На стенде смоделировать участок трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью:
- изолировать нейтраль - перевести переключатель S1 в левое положение.
- отключить N и РЕ-проводники - перевести переключатели S3 и S4 в нижнее положение.
- установить значения активных сопротивлений изоляции переключателем S18 в соответствии с вариантом задания (Приложение 2).
- убедиться, что переключатели S8, S14, S17, S9, S15 находятся в левом положении, переключатель S12 в нижнем положении, автоматы S5 и S10 в нижнем положении (положение 0).
внимание!
Установить переключатель амперметра - в положении «ОТКЛ», переключатель предела измерения амперметра в положение 2000.
Установить переключатель предела измерения вольтметра
в положение 2000.
Корпус 2 не заземлен.
2. Включить стенд - перевести переключатель S2 в верхнее положение, при этом загораются индикаторы, сигнализирующие о подаче напряжения на фазные провода электрической сети.
3. Подключить корпус 2 к сети - перевести автомат S10 в верхнее положение (положение 1).
4. Произвести кнопкой S13 замыкание фазного провода В на корпус 2.
5. Вольтметром с помощью гибких проводников измерить следующие напряжения:
- напряжение между корпусом 2 и землей (гнезда Х2 и Х8);
- напряжения между фазными проводами и землей (гнезда Х2 и Х15, Х2 и Х14, Х2 и Х13);
- убрать гибкие проводники;
- результаты измерений занести в таблицу.
6. Кнопкой «СБРОС» устранить замыкание фазного провода на корпус 2.
7. Отключить корпус 2 от сети - перевести автомат S10 в нижнее положение (положение 0).
8. Отключить стенд - перевести переключатель S2 в нижнее положение, при этом погаснут индикаторы фазных проводов.
9. Установить значение RЗ2 в соответствии с вариантом задания (Приложение 2).
10. Заземлить корпус 2 - перевести переключатель S15 в правое положение.
11. Включить стенд - перевести переключатель S2 в верхнее положение, при этом загораются индикаторы, сигнализирующие о подаче напряжения на фазные провода электрической сети.
12. Подключить корпус 2 к сети - перевести автомат S10 в верхнее положение (положение 1).
13. Произвести кнопкой S13 замыкание фазного провода В на корпус 2.
14. Вольтметром с помощью гибких проводников измерить следующие напряжения:
- напряжение между корпусом 2 и землей (гнезда Х2 и Х8);
- напряжения фазных проводов относительно земли (гнезда Х2 и Х15, Х2 и Х14, Х2 и Х13);
- напряжения прикосновения (напряжения между корпусом 2 и точками на защищенной заземлением площадке) при различных расстояниях (l) до заземлителя (гнезда Х8 и Х9, Х8 и Х6, Х8 и Х5).
- результаты измерений занести в таблицу;
- убрать гибкие проводники.
15. Амперметром:
- измерить ток замыкания на землю, установив переключатель амперметра в положение А2, при этом загорается индикатор, соответствующий данному подключению амперметра;
- результаты измерений занести в таблицу;
- переключатель предела измерения амперметра установить в положение 2000;
- отключить амперметр - переключатель амперметра установить в положение «ОТКЛ».
ПРИМЕЧАНИЕ 1. При переходе с одного предела измерения амперметра на другой необходимо дождаться установившегося показания прибора.
ПРИМЕЧАНИЕ 2. При измерениях с помощью цифровых приборов наблюдается дрейф последнего знака цифрового индикатора - в протокол следует заносить среднее значение показания.
16. Кнопкой «СБРОС» устранить замыкание фазного провода на корпус 2.
17. Отключить корпус 2 от сети - перевести автомат S10 в нижнее положение (положение 0).
18. Отключить стенд - перевести переключатель S2 в нижнее положение, при этом погаснут индикаторы фазных проводов.
2.3.2 Оценка эффективности действия защитного заземления
в сети с заземленной нейтралью
1. На стенде смоделировать участок трехфазной четырехпроводной электрической сети с заземленнойнейтралью:
- заземлить нейтраль источника тока - переключатель S1 перевести в правое положение;
- подключить N проводник к заземленной нейтрали источника питания, переключатель - S3, перевести в верхнее положение;
- убедиться, что переключатели S8, S14, S17, S9, S15 находятся в левом положении, переключатели S4 и S12 в нижнем положении, автоматы S5 и S10 в нижнем положении (положение 0).
внимание!
Установить переключатель амперметра - в положении «ОТКЛ», переключатель предела измерения амперметра в положение 2000.
Установить переключатель предела измерения вольтметра
в положение 2000.
Корпус 2 не заземлен.
2. Включить стенд - перевести переключатель S2 в верхнее положение, при этом загораются индикаторы, сигнализирующие о подаче напряжения на фазные провода электрической сети.
3. Подключить корпус 2 к сети - перевести автомат S10 в верхнее положение (положение 1).
4. Произвести кнопкой S13 замыкание фазного провода В на корпус 2.
5. Вольтметром с помощью гибких проводников измерить напряжение между корпусом 2 и землей (гнезда Х2 и Х8); результат измерений занести в таблицу.
6. Кнопкой «СБРОС» устранить замыкание фазного провода на корпус 2.
7. Отключить корпус 2 от сети - перевести автомат S10 в нижнее положение (положение 0).
8. Отключить стенд - перевести переключатель S2 в нижнее положение, при этом погаснут индикаторы фазных проводов.
9. Заземлить корпус 2 - перевести переключатель S15 в правое положение.
10. Включить стенд - перевести переключатель S2 в верхнее положение, при этом загораются индикаторы, сигнализирующие о подаче напряжения на фазные провода электрической сети.
11. Подключить корпус 2 к сети - перевести автомат S10 в верхнее положение (положение 1).
12. Произвести кнопкой S13 замыкание фазного провода В на корпус 2.
внимание!
Установить переключатель амперметра - в положении «ОТКЛ», переключатель предела измерения амперметра в положение 2000.
Установить переключатель предела измерения вольтметра в положение 2000.
2. Вольтметром с помощью гибких проводников измерить следующие напряжения:
- напряжение между корпусом 2 и землей (гнезда Х2 и Х8);
- напряжение (U0) между нейтралью и землей (гнезда X1 и Х2);
- результаты измерений занести в таблицу;
- убрать гибкие проводники.
3. Амперметром:
- измерить ток (Iз) в цепи замыкания на землю корпуса 2, установив переключатель амперметра в положение А 2;
- результаты измерений занести в таблицу;
- переключатель предела измерения амперметра установить в положение 2000;
- отключить амперметр - переключатель амперметра установить в положение «ОТКЛ».
4. Кнопкой «СБРОС» устранить замыкание фазного провода на корпус 2.
5. Отключить корпус 2 от сети - перевести автомат S10 в нижнее положение (положение 0).
6. Отключить стенд - перевести переключатель S2 в нижнее положение, при этом погаснут индикаторы фазных проводов.
Содержание отчета
Отчет должен содержать:
1. Параметры электрической сети в соответствии с вариантом задания.
Таблица 1
| Вариант задания | 
| R З2, ОМ | t, с |
По разделу 2.3.1. Оценка эффективности защитного заземления в сети с изолированной нейтралью при замыкании фазного провода на корпус электроустановки.
1.1. Принципиальную схему защитного заземления в сети с изолированной нейтралью с указанием протекающих токов.
1.2. Результаты измерений и расчетов при замыкании фазного провода на корпус электроустановки в сети с изолированной нейтралью, табл.2.
Значение тока протекающего через тело человека расчитать по формуле 4.
1.4. График зависимости напряжения прикосновения и тока через тело человека в зависимости от расстояния до заземлителя на котором он находится (l 1 = 0 м; l 2 = 15м; l 3 = 20м).
1.3. Анализ полученных результатов с учетом предельных значений параметров (Приложение 1).
1.3. Заключение об эффективности защитного заземления в сети с изолированной нейтралью до 1000 В.
Таблица 2
| Корпус не заземлен | Корпус заземлен | Предельные значения | |||||||||||||||
| U корп, В | UA, В | UB, В | UC, В | Ih, мА | U корп, В | UA, В | UB, В | UC, В | I з, мА | U пр1, В(l1=0) | U пр2, В(l2>l1) | Uпр3, В(l3>l2) | Ih1, мА | Ih2, мА | Ih3, мА | U пр, В | Ih, мА |
По разделу 2.3.2. Оценка эффективности защитного заземления в сети с глухозаземленной нейтралью при замыкании фазного провода на корпус электроустановки.
2.1. Принципиальную схему защитного заземления в сети с глухозаземленной нейтралью с указанием протекающих токов.
2.2. Результаты измерений и расчетов при замыкании фазного провода на корпус электроустановки в сети с глухозаземленной нейтралью, табл.3.
Таблица 3
| Корпус не заземлен | Корпус заземлен | Придельные значения | |||||||
| U корп, В | Ih, мА | U корп, В | U0, В | I з, А | Ih, мА | U пр, В | Ih, мА | ||
2.3. Анализ полученных результатов с учетом предельных значений параметров (Приложение 1).
2.4. Заключение об эффективности защитного заземления в сети с изолированной нейтралью до 1000 В.
Общие выводы.
Контрольные вопросы и примеры
1. Назначение и область применения защитного заземления.
2. По какой формуле вычисляется ток, протекающий через человека в случае прикосновения к заземленному корпусу, оказавшемуся под напряжением?
3. Как вычисляется ток замыкания на землю:
а) в сети с изолированной нейтралью;
б) в сети с заземленной нейтралью?
4. Почему неэффективно применение защитного заземления в сети с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В?
5. В сети (рис.1) сопротивления изоляции проводников относительно земли равны: r 1= r 2= r 3= r =10 кОм. Один из фазных проводников сети замкнулся на корпус, которого касается человек. Сопротивление человека Rh =1000 Ом, фазное напряжение U ф=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?
6. В сети (рис.3) произошло замыкание одного из фазных проводов на корпус электроустановки, которого касается человек. Сопротивление человека Rh =1000 Ом. Параметры сети: r 0 = 4 Ом, r 1= r 2= r 3=10 кОм; U ф=220 В. Определить ток, проходящий через человека Ih, если сопротивление заземления корпуса r з 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 г.
Приложение 1
Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов при аварийном режиме производственных электроустановок напряжением до 1000 В с глухозаземленной или изолированной нейтралью и выше 1000 В с изолированной нейтралью не должны превышать значений, указанных в табл. (ГОСТ 12.1.038-82).
| Род тока | Нормируемая величина | Предельно допустимые значения, не более, при продолжительности воздействия тока, t, с | |||||||||||
| 0,01-0,08 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 | Свыше 1,0 | ||
| Переменный, 50 Гц | U, В | ||||||||||||
| I, мА |
Приложение 2
Значения параметров электрических сетей для различных вариантов.
| Вариант № |
| R З2, Ом | t, с | Примечание |
| 1. | 1,0 | |||
| 2. | 0,8 | |||
| 3. | > 1,0 | |||
| 4. | > 1,0 | |||
| 5. | 1,0 | |||
| 6. | 0,8 | |||
| 7. | а) 10 | 1,0 | Сравнить эффективность действия защитного заземления для 2х сетей с различными значениями параметров | |
| б) 10 | ||||
| 8. | а) 15 | 1,0 | Сравнить эффективность действия защитного заземления для 2х сетей с различными значениями параметров | |
| б) 15 | ||||
| 9. | а) 5 | > 1,0 | Сравнить эффективность действия защитного заземления для 2х сетей с различными значениями параметров | |
| б) 5 | ||||
| 10. | а) 1 | > 1,0 | Сравнить эффективность действия защитного заземления для 2х сетей с различными значениями параметров | |
| б) 1 |
Приложение 3
Рис 4. Лицевая панель лабораторного стенда
