3.4.2.2.Исследование неэффективности действия зануления с точки зрения возможности снижения напряжения прикосновения и тока через человека ниже предельно допустимых уровней.

В процессе исследования эффективности действия зануления необходимо выяснить его возможности по снижению напряжения прикосновения и тока через человека, возникающих при замыканиях на корпус, ниже предельно допустимых уровней.

Выше было показано, что основное назначение зануления состоит в обеспечении срабатывания максимальной токовой защиты при корпусных замыканиях и отключении поврежденной электроустановки.

Однако, максимальная токовая защита обладает инерционностью срабатывания электроустановки при корпусном замыкании происходит не мгновенно, а с задержкой по времени.

Особенно большой инерционностью обладают отключающие устройства, имеющие обратно зависимую от тока временную характеристику (предохранители с плавкими вставками, автоматы с тепловыми расцепителями, тепловые реле и т.п.). Это приводит к тому, что в период времени от момента возникновения замыкания на корпус до срабатывания защиты и отключения аварийной электроустановки по цепи фазный провод – корпус электроустановки – нулевой провод протекает ток замыкания Iкз. Этот ток вызывает падение напряжения на сопротивлении нулевого проводаZo, равное , которое оказывается приложенным ко всем корпусам зануленного оборудования относительно земли.

При выполнении условия Zo≤2Zф напряжение на корпусах зануленного оборудования относительно земли может достигать значения(147 В приUф = 220 В), что представляет высокую опасность для людей, прикасающихся к этим корпусам.

Таким образом, зануление не обеспечивает снижения напряжения прикосновения и тока через человека при замыкании на корпусе ниже предельно допустимых уровней.

Выполняя лабораторную работу следует доказать это экспериментально путем моделирования на стенде описанного режима замыкания на корпус.

Для этого необходимо:

• все тумблеры и переключатели предварительно поставить в исходное положение «ВЫКЛЮЧЕНО» (для переключателей положение ∞);

• заземлить нейтраль трансформатора, установив переключатель Roв положение 4 Ом (или в другое положение по заданию преподавателя);

• переключателем Rч установить значение сопротивления тела человека по заданию преподавателя;

• занулить корпус 2, установив переключателем Znмаксимальное сопротивление петли фаза-нуль 15 Ом, или другое значение, при котором защита не сработает;

• подать напряжение на смоделированную сеть, для чего включить тумблер «СЕТЬ» на базовом блоке и нажать кнопку «СЕТЬ» на сменной панели;

• включением тумблера «ЗАМЫКАНИЕ 2» произвести замыкание фазы А на корпус 2;

• измерить по амперметру ток корпусного замыкания Iкз, по миллиамперметру ток через тело человекаIч, а выносным вольтметром напряжениеUк2 накорпусе 2 относительно земли.

• Результаты измерений занести в таблицу 3.4.

Таблица:3.4,

R0 Ом	R4 Ом	Zn Om	Время срабатывания защиты, С	Iкз А	I4 mA	Uк2 В
			∞

Оценить опасность прикосновения человека к корпусу зануленной электроустановки при корпусном замыкании и сделать вывод о неэффек­тивности действия зануления с точки зрения возможности снижения напряжения прикосновения и тока через человека ниже предельно допустимых уровней.

3.4.2.3. Исследование влияния сопротивления петли "фаза-нуль" на время отключения электроустановки при корпусном замыкании.

Поскольку при замыкании на корпус заяуленной электроустановки не происходит снижения напряжения прикосновения и тока через тело человека ниже допустимого уровня, то для обеспечения безопасности необходимо стремиться к наибольшему быстродействию защиты. Чем быстрее произойдет отключение аварийной установки, тем меньшей опасности подвергается обслуживающий персонал и тем выше эффектив­ность действия зануленая.

Надежность и быстродействие защиты обеспечиваются выполнением уже известного условия I_кз >= кI_н , т.е. чем больше ток замыкания I_кз , тем больше фактическое значение коэффициента К и меньше время срабатывания защиты. А поскольку сила тока I_кз оп­ределяется сопротивлением петли "фаза-нуль", то с целью повышения эффективности действия зануления и сокращения времени срабатывания защиты необходимо стремиться к возможно меньшему значению сопро­тивления петли z_n .

Для экспериментальной проверки этого положения необходимо повторить предыдущий опыт по пункту 3.4.2.2 при различных сопротив­лениях Z_n , равных бесконечности, 15, 10 и 3 Ома. При этом время сраба­тывания защиты измеряется электронным секундомером, расположенным на передней стенке базового блока, Если электроустановка не отклю­чается в течение 30 с, то время срабатывания защиты следует считать бесконечным.

При достаточно малых значениях Z_n происходит срабатывание автомата защиты и отключение электроустановки. Если до срабатывания автомата не удаётся успеть измерить напряжение прикосновения и токи, то следует ограничиться только измерением времени отключения.

После каждого срабатывания автомата защиты необходимо приводить схему в исходное состояние следующим образом:

- выключить тумблер «ЗАМЫКАНИЕ 2» ;

- дважды нажать (выключить и снова включить ) кнопку «СЕТЬ» на сменной панели;

- нажать кнопку «СБРОС» на секундомере.

Результаты измерений занести в таблицу 3.5.

Таблица 3.5.

R0 Ом	R4 Ом	Zn Om	Время срабатывания защиты, С	Iкз А	I4 mA	Uк2 В
			∞-зануление отсутствует
			15
			10
			3

По результатам измерений оценить влияние Z_n на быстродействие защиты. Сделать вывод, в котором обосновать требование ПУЭ с недопустимости снижения коэффициента кратности тока замыкания ниже допустимых значений.

3.4.2.4. Исследование влияния повторного заземления нулевого провода на величину напряжения прикосновения при обрыве и при отсутствии обрыва нулевого провода.

При выполнении лабораторной работы следует исследовать и наиболее тяжелый аварийный случай, когда происходит обрыв нулевого провода с одновременным замыканием фазы на корпус электроустановки, оказавшейся за местом обрыва(рис 3.4.).

Рис3.4.Повторное заземление нулевого провода.

При обрыве нулевого провода все электроустановки, корпуса которых соединены с нулевым проводом за местом обрыва, оказываются лишенными защиты от замыкания на корпус (защитного зануления). Действительно, если одновременно с обрывом произойдет и замыкание фазы на корпус (фазы А на рис 3.4.), то при отсутствии повторного заземления нулевого провода R_п вероятность отключения электроустановки будет равна нулю, т.к. нет цепи для протекания тока замыкания ( I_кз =0 ). При этом на корпусе аварийной электроустановки относительно земли будет опасное фазное напряжение U_ф Это же напряжение будет на всем оборванном участке нулевого провода и соединенных с ним корпусах всех направленных электроустановок.

В этом случае для снижения опасности поражения током нулевой провод (PEN) необходимо повторно заземлить, т.е. соединять с заземлением, имеющим сопротивление растеканию тока R_п (рис3.4.). В соответствии с требованиями ПУЭ [I] повторные заземления нулевого провода должны выполняться на концах и ответвлениях воздушной линии длиной более 200 м, а также на вводах от ВЛ к электроустановкам, которые подлежат занулению. При этом в первую очередь следует использовать естественные заземлители (например, подземные части опоры ВЛ и др.).

Наличие повторного заземления нулевого провода R_п приводит к образованию цепи фаза-корпус-оборванный нулевой провод - R_п –земля- R₀ – нейтраль трансформатора, по которой может протекать ток корпусного замыкания I_{кз ,} что увеличивает вероятность срабатывания максимальной токовой защиты и автоматического отключения аварийной электроустановки.

Величина тока корпусного замыкания при этом определяется выражением

Где n-количество повторных заземлений за местом обрыва нулевого проводов.

Напряжение относительно земли на оборванном участке нулевого провода и соединенных с ним корпусах электроустановок снизится до значения, равного

,

Из приведенных выражений следует, что повторные заземления снижают опасность поражения током при обрыве нулевого провода за счет снижения U_к и увеличения вероятности электроустановок при корпусных замыканиях. Причем, опасность будет тем меньше, чем меньше значение R_п и больше количество повторных заземлений привышать допустимых по ПУЭ значений.

Однако следует помнить, что повторное заземление нулевого провода лишь снижает опасность поражения током, но не устраняет её полностью. Поэтому при эксплуатации электрических сетей и электроустановок необходимо обеспечивать непрерывность нулевого провода и не допускать его обрыва. Все соединения нулевого провода выполняются сварными , а присоединениеего к корпусам допускается болтовое. Запещается устанавливать в нулевом проводе выключатели, предохранители и другие отключающие устройства.

Кроме того, повторное замыкание нулевого провода повышает также эффективность защитного зануления и улучшает условия безопасности и при отсутствии обрыва нулевого провода, так как приводит к снижению потенциала нулевого провода относительно земли (а, следовательно, и U_k) и создает дополнительный путь для протекания тока корпусного замыкания по земле.

Для эксперементального исследования влияния повторного заземления нулевого провода на опасность поражения электрическим током необходимо:

-предварительно поставить все тумблеры в исходное положение «ВКЛЮЧЕНО», а переключатели –в положение ∞;

-заземлить нейтраль трансформатора, установив переключатель R₀ в положение 4 Ом;

-переключатель R₄ установить сопротивление тела человека 1 кОм;

-установить переключатель Z­_п в положение 10 Ом;

-подать напряжение на стенд, включив тумблер СЕТЬ на базовом блоке и кнопку СЕТЬ на сменной панели;

-произвести обрыв нулевого провода, включив тумблер ОБРЫВ;

-включением тумблера ЗАМЫКАНИЕ2 сделать замыкание фазы А на корпус2 электроустаоваки;

-изменяя значение R_n , измерять I_кз , U_k2 , I₄ .

Результаты измерений занести в таблицу 3.6.

После этого установить обрыв нулевого провода (выключить тумблер ОБРЫВ) и повторить все измерения при исправном нулевом проводе, занося результаты в ту же таблицу 3.6.

Таблица 3.6.

Rn, Ом	Нулевой провод оборван			Нулевой провод цел
	Iкз , А	Uk2 , B	I4 , мА	Iкз , А	Uk2 , B	I4 , мА
∞
30
10
4
3

Построить график зависимостей U_k2 = f₁(R_n) , I₄=f₂(R_n) , I_кз =f₃(R_n). Анализируя полученые результаты , оценить опасность обрыва нулевого провода. Сделать вывод о влиянииR_n на снижение опасности поражения током при обрыве и при отсутствии обрыва нулевого провода.

3.4.3. Исследование опасности одновременного применения в одной сети защитного заземления для одних электроустановок и защитного зануления – для других.

Правилами устройства электроустановок [I] определена область применения защитных заземлений и занулений.

Так , защитное заземление или защитное зануление электроустановок следует выполнять при напряжении 50 В и выше переменного тока и 120 В и выше постоянного тока – во всех случаях.

Кроме того, ПУЭ установлено, а при выполнении настоящей лабораторной работы экспериментально подтверждено, что защитное заземление необходимо выполнять только в сетях с изолированной нейтралью, а защитное зануление – в сетях с глухозаземленой централью.

Однако, при эксплуатации электроустановок иногда допускаются нарушения этих требований ПУЭ. Наиболее практически вероятным нарушением является ошибочное заземление отдельных электроустановок(чаще всего передвижных), подключенных к сети с глухозаземлённой нуйтралью(рис 3.5)

Рис 3.5 Одновременное применение в одной сети защитного заземления и защитного зануления

Последствия этих нарушений могут быть весьма тяжелыми. Так , в изображенной на рисунке 3.5 электрической сети с глухозаземленной нейтралью все электроустановки, согласно требованиям ПУЭ, должны быть занулены.

Во исполнение этого требования корпус 2 совершенно правильно соединен с нулевым проводником, т.е. занулен.

А вот корпус I, по причине профисиональной некомпетентности обслуживающего персонала, ошибочно заземлён.

При замыкании фазы на корпус I по цепи фаза-корпус - R₃-R₀ – нейтраль потечет ток корпусного замыкания , равный . Будучи ограниченным сопротивлениямиR₀ и R₃ этот ток оказывается недостаточным для перегорания плавкой вставки предохранителя Пр.1 и отключения поврежденной электроустановки не произойдет. По этой причине ток I_кз будет протекать по цепи замыкания длительно, вызывая падение напряжения U₀ на сопротивлении заземления нейтрали R₀ . В результате этого нейтраль трансформатора и соединенный с ней нулевой провод оказывается под напряжением относительно земли, равным U₀ =I_кз*R₀ . это же напряжение оказывается и на корпусах всех зануленных электроустановок(в частности , корп.2 на рис 3.5), если даже все они исправны и никаких повреждений изоляции в них нет.

Таким образом, ошибочное заземление всего лишь одной электроустановки может привести к появлению опасного напряжения U_k=U₀ на корпусах многочисленных, правильно зануленных и исправных электроустановок во всей сети , что создает опасность для всех соприкасающихся с ним людей.

В этом легко убедиться, проведя исследование на модели описанного случая. Для этого необходимо:

- перед составлением модели предварительно поставить все тумблеры в положение ВКЛЮЧЕНО, а переключатели – в положение ∞ ;

- нейтраль трансформатора заземлить , установив переключатель R₀ в положение 4 Ом (или другое положение по заданию преподавателя);

- корпус 1 заземлить (нарушение требований ПУЭ), включив тумблер R₃;

- корпус 2 занулить (выполнение требований ПУЭ), поставив переключатель Z_n в положение 3 Ом;

- установить переключатель R_ч сопротивление тела человека по заданию преподавателя ;

- подать напряжение на стенд , включив тумблер СЕТЬ на базовом блоке и кнопку СЕТЬ на сменной панели;

- произвести замыкание фазы на заземленный корпус I, включив тумблер ЗАМЫКАНИЕ I;

- изменить напряжение U_k относительно земли на корпусах 1 и 2 и ток I_ч через человека.

Результаты эксперемента занести в таблицу 3.7

Таблица 3.7

Наименование электроустановки	Вид защиты	Состояние эл. Установки	Uk , B	Iч , мА
Корп. 1	Ошибочно заземлена	Имеется заземление на корпус
Корп. 2	Занулена по ПУЭ	исправна

Оценить опасные последствия нарушения требований ПУЭ и сделать обоснованный вывод о недопустимости одновременного применения в одной сети защитного заземления для одних электроустановок и защитного зануления – для других.

3.4.4. Оформление отчета по лабораторной работе

Отчет оформляется индивидуально каждым студентом и должен содержать:

- наименование работы;

- цель работы;

- программу работы;

- принципиальные схемы исследуемых видов защиты;

- таблицы результатов исследований и обоснованные выводы по каждому пункту программы.

3.5. Контрольные вопросы

1. Что такое защитное заземление ?

2. В чем заключается защитное действие заземления?

3. Какие требования предъявляются к защитному заземлению?

4. В каких сетях применяется защитное заземление?

5. Почему недопустимо применение защитного заземления в сетях напряжением до 1000 кВ с глухозаземленной нейтралью?

6. Что такое зануление?

7. В чем заключается защитное действие зануления?

8. Какие требования предъявляют к занулению?

9. В каких сетях применяется зануление?

10. Что такое повторное заземление нулевого провода и для чего оно выполняется?

11. Каковы опасные последствия одновременного применения в одной сети защитного заземления для одних электроустановок и зануления – для других?