Привет студент

Министерство образования и науки Российской Федерации

 Пермский национальный исследовательский политехнический университет Горно-нефтяной факультет

Кафедра «Безопасности жизнедеятельности»

 

 

  

 

Отчет по учебно-исследовательской лабораторной работе

 “Исследование эффективности действия защитного заземления 

в электроустановках  напряжением до 1000 В”               

 

 

 

Выполнили:

студенты группы МИЭ-15-1б

____________/Симакова Е.В.

____________/Перминова Д.А.

 

Проверил:

Доцент кафедры БЖД

Бердышев Олег Вячеславович

 

 

 

 

Пермь, 2019

1. Цель и содержание работы

 

Исследовать влияние защитного заземления на опасность поражения током в электроустановках, питающихся от трёхфазных трёхпроводных сетей с изолированной нейтралью и от трехфазных пятипроводных сетей с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ.

Содержание работы:

1. Исследовать эффективность защитного заземления корпуса электропотребителя, питающегося от трёхфазной трёхпроводной сети с изолированной нейтралью.
2. Исследовать зависимость напряжения на заземлённом корпусе электропотребителя от величины сопротивления его заземляющего устройства в сети с изолированной нейтралью.
3. Оценить опасность поражения током при одновременном замыкании разных фаз сети с изолированной нейтралью на корпуса электропотребителей, имеющих раздельные заземляющие устройства.
4. Исследовать эффективность защитного заземления корпуса электропотребителя, питающегося от трёхфазной четырёх- или пятипроводной сети с глухозаземленной нейтралью.

 

2. Описание лабораторного стенда

 

Стенд представляет собой настольную конструкцию с вертикальной передней панелью. На лицевой панели стенда (рис. 4.8) изображена мнемосхема системы «электрическая сеть – потребители», которая содержит изображение источника питания (трехфазная сеть), фазных и защитных проводников, электропотребителей: полуактивного (корпус 1), активного (корпус 2) и пассивного (корпус 3), соответствующего классу защиты I от поражения электрическим током (ГОСТ РМЭК 61140-2000).

Индикация наличия фазных напряжений осуществляется тремя светодиодными индикаторами – желтым (фаза А), зеленым (фаза В) и красным (фаза С).

Стенд позволяет моделировать два, способа защиты – защитное заземление и зануление. Подключение корпусов 1 и 2 к РЕ-проводнику (зануление) или к заземляющим устройствам осуществляется путем соединения гибким проводом со штекерами клемм «X₁» или «Х₂» с одной из соответствующих клемм «X_PE1», «X_PE2» или «Х_ЗМ1», «Х_ЗМ2». Реально существующие распределенные сопротивления изоляции проводов (фазных и нулевого) относительно земли изображены на мнемосхеме в виде сосредоточенных элементов – резисторов, расположенных справа («R_AE», «R_BE», «R_CE», «R_NE»).

Рисунок 4.8 Лицевая панель стенда

 

На поле мнемосхемы, рядом с изображениями элементов моделируемой сети, размещены коммутационные элементы и регуляторы с соответствующими буквенно-цифровыми обозначениями, выполняющими следующие функции:

• изменение значений сопротивления изоляции проводов «R_AE», «R_BE», «R_CE», «R_NE»: 1; 5; 10; 20 кОм;
• имитацию подключения автоматическими выключателями активного
  (корпус 2) и полуактивного (корпус 1) потребителей кнопками без фиксации с
  индикацией, соответственно S₂ и S₁. Корпус 3 является пассивным и изображен как однофазный потребитель;
• имитацию замыкания корпусов 1 и 2 на фазы соответственно «А» и «В» нажатием кнопок с фиксацией и индикацией «S_КЗ1» и «S_КЗ2». О замыкании корпуса при нажатии кнопки свидетельствует загорание соответствующего светодиода, при отжатии кнопки происходит размыкание корпуса от фазы, и светодиод внутри кнопки гаснет;
• изменение значений сопротивлений РЕ-проводника «R_PE»: 0,1, 0,2 и 0,5 Ом (сопротивления участков «нейтраль – корпус 1» и «корпус 1 – корпус 2» условно считаются равными);
• изменение значений переходного сопротивления между корпусом 2 и зануляющим проводником «R_ПЕР»: 0; 0,1 и 0,5 Ом;
• изменение значений сопротивления заземления корпуса 2 «R_ЗМ2»: 4; 10; 100 Ом;
• изменение значений сопротивления повторного заземления «R_ПОВ»: 4; 10; 100 Ом; значение R_ПОВ = ∞ означает отсутствие повторного заземления;
• имитацию обрыва РЕ-проводника тумблером «S_ОБР» при переводе его в нижнее положение;
• переключение режима нейтрали «глухозаземленная (переключатель «S_N» в верхнем положении) – изолированная» (переключатель «S_N» в нижнем положении) с одновременным подключением (отключением) РЕ- и N-проводников («S_N»).

Сопротивления заземления нейтрали «R₀» и заземления корпуса 1 «R_ЗМ1» установлены постоянными и равными 4 Ом.

Сопротивления фазных проводов «R_A, R_B, R_C» установлены постоянными и равными 0,1 Ом по каждой фазе, распределены равномерно на двух участках проводника – от нейтральной точки до корпуса 2 и после корпуса 2; на мнемосхеме изображены пунктиром.

Реальные уровни напряжений на доступных прикосновению частях стенда составляют не более 3 В и не представляют опасности поражения электрическим током.

Индикация токов (Амперметр) и напряжений (Вольтметр) в моделируемой трехфазной сети, а также времени срабатывания автоматического выключателя корпуса 2 (Секундомер) осуществляется цифровыми индикаторами в нижней части стенда. Индицируемые параметры зависят от положения переключателей «А₁ – А₂» (ток короткого замыкания и ток, стекающий с заземлителя «А₁» и ток замыкания на землю через повторное заземление РЕ-проводника «А₂») и «U_A – U_B – U_C – U₀ – U₁ – U₂ – U₃ – U_ф» (напряжения фазных проводов, нейтральной точки, а также корпусов 1, 2, 3 относительно земли) и фазных напряжений U_ф (между нулевой точкой и другими концами обмоток, цепь симметричная).

  Теоретическая часть

Поражающий ток - ток, проходящий через тело человека, характеристики которого могут обусловить патофизиологические воздействия или вызвать травму.

Защитное заземление предназначено для защиты людей от поражения электрическим поражающим током при косвенном  прикосновении с открытыми проводящими частями электроустановки и сторонними проводящими частями (например, металлоконструкции здания, металлические газовые сети, водопровод, трубы отопления и т.п. и неэлектрические аппараты, полы и стены из неизоляционного материала), которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения.

Защитное заземление представляет собой преднамеренное электрическое соединение с землей открытых проводящих частей электроустановки, которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения.

Под заземлителем понимается проводник (электрод), находящийся в контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду, например, через неизолированный водоем.

При замыкании одной из фаз электроустановки на заземленный корпус электрооборудования ток замыкания растекается в земле. При этом возникает опасность поражения человека током, так как между корпусом оборудования и землей возникают напряжения.

Состав, а следовательно, электрические свойства земли, неоднороден. Часть земли, находящаяся вне зоны влияния какого-либо заземлителя, электрический потенциал которой принимается равным нулю, называется зоной нулевого потенциала или относительной землей. Относительная земля в зависимости от свойств грунта начинается с расстояния 10-20 м от заземлителя. 

Если какая-либо точка электрической цепи оказывается в контакте с заземлителем, вследствие чего через заземлитель протекает ток Iз, потенциал заземлителя φз сообщается и данной точке. Поэтому в результате контакта с заземлителем любая точка электрической цепи может снизить свой потенциал (напряжение относительно земли) до величины Iз • Rз, используется для целей безопасности. Мера защиты такого рода называется защитным заземлением.

Замыканием на землю называется случайный электрический контакт между токоведущими частями, находящимися под напряжением, и землей. При замыкании на корпус разных фаз в двух установках, имеющих раздельные заземляющие устройства (рис. 4.6) возникает двойное замыкание на землю.

 При двойном глухом замыкании на землю эффективность заземления резко снижается, так как ток замыкания на землю зависит от величины сопротивлений тех заземляющих устройств, которые участвуют в цепи замыкания.

Напряжение прикосновения – напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикос-новении к ним человека.

 

4. Порядок проведения работы

     Лабораторная работа выполняется в соответствии с вариантом задания таблицы 2.1.

 

Таблица 1. Варианты заданий параметров сети

№ варианта	4
Сопротивление изоляции проводов RE, кОм	5
Сопротивление заземляющего устройства RЗ2, Ом	10

 

 

Задание №1. Исследовать эффективность защитного заземления корпуса электропотребителя, питающегося от трёхфазной трёхпроводной сети с изолированной нейтралью.

 

Оценка эффективности защитного заземления (ЗЗ) в сети с изолированной нейтралью:

 

1. Изолировать нейтраль источника питания - перевести переключатель S1 в нижнее положение (положение «0»).
2. Отключить N и РЕ-проводники - перевести переключатели S3 и S4 в нижнее положение (положение «0»).
3. Установить значения активных сопротивлений изоляции переключателем S18 в соответствии с заданием преподавателя.(таблица 2.1)
4. Убедиться, что:

-переключатели S8, S14, S17, S9, S15 находятся в нижнем положении (положение «0»);

-переключатель S12 - в нижнем положении («0»).

5. Включить стенд (положение автомата S2 – «1»), при этом загораются индикаторы (желтого, зеленого и красного цветов), расположенные рядом с фазными проводами А, В, С.
6. Подключить корпус 2 к сети (положение автомата S10 –«1»), корпус 1 отключен (положение S5 – «0»).
7. Произвести кнопкой S13 замыкание фазного провода фазы В на корпус 2.
8. Вольтметром с помощью гибких проводников измерить следующие напряжения:

- U₂ -напряжение корпуса 2 относительно земли (гнезда Х8 и Х2);

- U_A,  U_В,  U_С -  напряжения фазных проводов относительно земли (соответственно гнезда Х2 и  Х15, Х2 и Х14, Х2 и Х13).

 

 

Таблица 2. Оценка эффективности ЗЗ

Оценка эффективности ЗЗ
Вариант №4	Uф=220 В	Rе=5 кОм	Rзм2=10 Ом
Параметры сети	Iз, А	U2, В	UА, В	UВ, В	UС, В
При отсутствии ЗЗ		217	220	218	215
При наличии ЗЗ	0,104	52	334	52	329

 

9. Кнопкой «Сброс» устранить замыкание фазного провода на корпус 2.
10. Выключить стенд (положение S2 – «0»).
11. Установить переключателем S11 значение R₃₂ в соответствии с заданием преподавателя (таблица 2.1).
12. Заземлить корпус 2 (переключатель S15 поставить в верхнее положение ).
13. Включить стенд (положение переключателя S2 – «1»).
14. Произвести кнопкой S13 замыкание фазного провода фазы В на корпус 2.
15. Вольтметром с помощью гибких проводников измерить следующие напряжения:

- U₂ - напряжение корпуса 2 относительно  земли (гнезда Х8 и Х2);

- U_A,  U_В,  U_С  -напряжения фазных проводов относительно земли (гнезда Х2 и Х15, Х2 и Х14, Х2 и Х 13);

16. Измерить ток замыкания на землю, установив переключатель амперметра в положение А2, при этом загорается лампа, соответствующая данному  подключению амперметра. Полученное значение тока записать в отчет по лабораторной работе (таблица 2.2, строка «При наличии защитного заземления)
17. Измерить потенциалы j точек грунта Х9, Х6, Х5 относительно точки Х2 при  различных их расстояниях от  заземлителя (последовательно гнезда Х2 и Х9; Х2 и Х6; Х2 и Х5).

 

Таблица 3. Изменение потенциала точек грунта  в зависимости от расстояния до заземлителя

Изменение потенциала точек грунта  в зависимости от расстояния до заземлителя
Потенциал грунта ϕ в точках, В				Расстояние до точек почвы от заземлителя, м
				X9	X6	X5	X2
53,2	17,6	0,1	0,05	0,031129	0,094094	16,56051	33,12102

 

18. Переключатель амперметра установить в положение «ОТКЛ».
19. Отключить стенд (положение переключателя S2 – «0»).
20. Определить расстояние до точек почвы Х2, Х5, Х6 и Х9 от заземлителя по формуле:

 

приняв U_А =    в этих точках, удельное сопротивление грунта  (каменистая глина) и результат расчёта занести в таблицу 4 Величину тока замыкания на землю I_З принять равной величине, определённой экспериментально в пункте 16.

21. Построить графическую зависимость изменения потенциала точек почвы j _х от величины их расстояния Х до заземлителя (табл.3).

 

Рис.1. Графическая зависимость изменения потенциала точек почвы j _х  от величины их расстояния Х до заземлителя

 

22. Проанализировать опасность поражения электрическим током при прикосновении к корпусу незаземлённой и заземлённой электроустановки 2 в случае замыкания на корпус, сравнивая значение напряжения прикосновения к корпусу 2 U_пр2 с допустимым значением напряжения прикосновения U_пр.доп. , установленными ГОСТ 12.1.038-82 (с изм.1988 г.). Сделать вывод об эффективности защитного заземления (ЗЗ) в сети с изолированной нейтралью.

Напряжение прикосновения U_пр2 к корпусу электроустановки 2 определить по формуле

,

 

где . Тогда .

 

Вывод: В сети с изолированной нейтралью защитное заземление (ЗЗ) крайне эффективно, т.к. напряжение с защитным заземление на порядок ниже, чем без него.

 

Задание №2. Исследовать зависимость напряжения на заземленном корпусе электропотребителя относительно земли от величины сопротивления его заземляющего устройства в сети с изолированной нейтралью.

 

1. Устанавливая последовательно переключателем «S11» значения
   сопротивления заземляющего устройства R_З2 = 4, 10 и 100 Ом, каждый раз производить измерение напряжения на корпусе электропотребителя 2 U₂ относительно земли (гнезда Х8 и Х2) в соответствии с п.п. 11 – 15 задания №1 и ток замыкания I_з , стекающий в землю через заземляющее устройство, (положение выключателя амперметра – «А₂»). После каждого измерения перед установкой нового значения R_З2 нажимать кнопку «Сброс» и выключать стенд (положение переключателя  S2 – «0»).

Таблица 4. Изменение величины тока замыкания  I_з и напряжения на корпусе 2 U₂ относительно земли в зависимости от величины сопротивления заземляющего устройства R_З2

Сопротивление заземляющего устройства	Напряжение на корпусе электропотребителя 2 U2, В	Ток замыкания на землю Iз, А
4	23,5	0,11
10	52	0,11
100	166	0,103

 

2. Нажать кнопку «СБРОС».
3. Переключатель амперметра установить в положение «ОТКЛ».
4. Отключить стенд (положение автомата S2 – «0»).
5. Проанализировать зависимость опасности поражения электрическим током от величины сопротивления заземляющего устройства в случае
   прикосновения человека к заземленному корпусу неисправного электропотребителя.

 

Рис.2. Зависимость величины тока замыкания Iз и напряжения на корпусе 2 U2 относительно земли в зависимости от величины сопротивления заземляющего устройства R_з2

 

Вывод: При прикосновении человека к заземленному корпусу неисправного электропотребителя появляется возможность поражением электрическим током. 

 

Скачать: lab1zazemlenie.rar