Лаб2Э

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

Ордена Трудового Красного Знамени

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики»

(МТУСИ)

Лабораторная работа №2Э

Исследование эффективности действия защитного заземления и зануления

Москва 2017

Цель работы:

1. Исследовать зависимость общего сопротивления заземляющего устройства и коэффициента использования от числа заземлителей, а также от отношения расстояния между заземлителями а к длине заземлителя l

2. Исследовать эффективность действия заземления и зануления в трехфазных сетях переменного тока напряжением до 1000 В с различными режимами нейтрали

Исходные данные:

Таблица 1

Вариант	ρ, Ом/м	l, м	d, м	h, м	Сопротивления заземляющего устройства Rз , Ом
					Количество заземлителей n, шт.
					1	2	3	4	5
3	60	3	0,045	0,7	-	10,04	7,49	6,38	5,9

Формулы для расчётов:

(1)

(2)

(корпус не заземлен) (3)

(корпус заземлен) (4)

Выполнение работы:

Схема измерения сопротивления заземляющего устройства

I_эксп=10А

По формуле (1) рассчитаем сопротивление одиночного заземлителя R_од

R_од=48,44

Заполним таблицу 2, используя формулу (2)

Построим графики

η_расч=f(n) и η_эксп=f(n) при a/1=1,2,3

Таблица 2

Количество заземлителей n, шт				1		2		3		4		5
Rз расч , Ом				-		10,04		7,49		6,38		1,2
ηрасч				-		2,41		2,16		1,89		1,64
Uэксп , В	а/1	1	172,7		101,6		72		57,6		49,3
		2	172,7		96		67,7		54		46,1
		3	172,7		90,9		64		49,6		40,6
Rз эксп , Ом	а/1	1	17,27		10,16		7,2		5,76		4,93
		2	17,27		9,6		6,77		5,4		4,61
		3	17,27		9,09		6,4		4,96		4,06
ηэксп	а/1	1	2,8		2,38		2,24		2,1		1,97
		2	2,8		2,52		2,39		2,24		2,1
		3	2,8		2,66		2,52		2,44		2,39

Заземление. Сеть с ИН

По формулам (3) и (4) расчитаем значение тока, проходящего через тело человека и заполним таблицу 3

Таблица 3

	Rиз , кОм	n	Uрасч , В	Ih расч , мА	Uэксп , В	Ih эксп , мА
Корпус не заземлен	3,6	-	100	100	100	100
	500	-	1,3	1,3	1,3	1,3
Корпус заземлен	3,6	1	3,12	3,12	34,5	22,3
		2	1,82	1,82	17,7	10,5
		3	1,36	1,36	12,9	7,4
		4	1,16	1,16	10,4	6
		5	1,08	1,08	9	5,1
	500	1	0,023	0,023	0,3	0,3
		5	0,0078	0,0078	0,1	0,1

Заземление. Сеть с ЗН

Таблица 4

Rз, Ом Iср, А			30		26		24		20		18		14		10		4
10	U, В	194,12		190,67		188,57		183,33		180		171,11		157,14		110
	I, А	6,47		7,33		7,86		9,17		10		12,22		15,71		27,5
	Ih, мА
20	U, В	194,12		190,67		188,57		183,33		180		171,11		157,14		110
	I, А	6,47		7,33		7,86		9,17		10		12,22		15,71		27,5
	Ih, мА
30	U, В	194,12		190,67		188,57		183,33		180		171,11		157,14		110
	I, А	6,47		7,33		7,86		9,17		10		12,22		15,71		27,5
	Ih, мА

Схема установки зануление

Таблица 5

Inом, А	10	20	30
In(ф-0), А	30	60	90
Uк, В	110	110	110

Схема установки заунление АР сети

Таблица 6 Таблица 7

Rзам, Ом	183	426	600
In(ф-0), А	0,19	0,15	0,14
Uк, В	185,97	154,28	137,5

Rзам, Ом	183	426	600
IR0, А	1,17	0,51	0,36
Ih, мА	4,69	2,04	1,45

Схема установки зануления. Обрыв НЗП

Таблица 8

Iср, А	10	15	30
До срабатывания защиты Uк, В
После срабатывания защиты Uк, В
Срабатывание защиты «+» «-»	110	110	110

Контрольные вопросы.

1. Что такое защитное заземление, его назначение, устройство и принцип действия?

Защитное заземление - защитная мера электробезопасности в электроустановках, представляющая собой преднамеренное создание электрической связи нетоковедущих частей электроустановки, которые в аварийном режиме могут оказаться под напряжением с землей (ее эквивалентом).

Назначение защитного заземления - обеспечение защиты людей от поражений электрическим током в электроустановках в случае возникновения в них аварийных режимов работы (напр. при прикосновении людей к нетоковедущим частям электроустановки, вследствие повреждения изоляции оказавшимся под напряжением).

Устройство. Конструктивно система заземления представляет собой совокупность следующих элементов: заземлителя - проводящей части, имеющей непосредственный контакт с землей и заземляющего проводника, обеспечивающем электрическую связь заземлителя с нетоковедущими частями электроустановки.

Основные параметры систем (количество, размеры, глубина размещения, расстояние между электродами и пр.) являясь расчетными величинами определяются в каждом случае индивидуально, исходя из допустимого сопротивления растекания тока заземлителя.

Принцип действия. Повышение уровня электробезопасности электроустановок, оборудованных системами защитного заземления обусловлено уменьшением до безопасных значений напряжения прикосновения и шагового напряжения, возникших в результате возникновения разности потенциалов на нетоковедущих частях заземленного оборудования.

В сетях с заземленной нейтралью использование систем заземления наиболее эффективно в комплексе с устройствами защитного отключения, сработка которых при появлении опасного для человека потенциала на заземленном оборудовании вызывает обесточивание электроустановки.

2. В каких сетях целесообразно применять защитное заземление?

Cети до 1000 В: переменного тока, трехфазные, трехпроводные сети с изолированной нейтралью, однофазные двухпроводные, изолированные от земли; а также сети постоянного тока, двухпроводные с изолированной средней точкой обмоток источника тока.

Сети выше 1000 В: переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали или средней точки обмоток источника тока.

3. Уметь показать путь тока и знать, как определяется величина тока через человека, прикоснувшегося к корпусу электроустановки в период замыкания фазы на корпус:

А) если корпус не заземлен

Б) если корпус заземлен

4. Какова допустимая, по ПУЭ, величина сопротивления защитного заземления в электроустановках до 1000 В?

Согласно ПУЭ, сопротивление заземления в установках напряжением до 1000 В не должно превышать 4 Ом. При мощности источника питания до 100 кВт допускается R_з≤10 Ом.

5. Что такое явление экранирования заземлителей?

Так как заземлитель обычно состоит из нескольких параллельно соединенных электродов, расположенных на сравнительно небольших расстояниях друг от друга, то возникает явление экранирования, приводящее к уменьшению объема грунта, в котором происходит растекание тока с каждого электрода и, как следствие этого, увеличение сопротивления заземлителя.

6. Как определяется коэффициент использования заземлителей?

Для того чтобы обеспечить требуемую величину сопротивления применяют сложные заземлители, состоящие из углубленных заземлителей, соединенных металлическими полосами. В таких заземлителях поля токов, стекающих с углубленных заземлителей и полос, налагаются друг на друга. В результате общее сопротивление сложного заземлителя, измеренное приборами, получается больше, чем сопротивление этого заземлителя, рассчитанное по формуле как сумма сопротивлений параллельно соединенных одиночных заземлителей. Поэтому при проектировании заземляющего

устройства необходимое число заземлителей определяется с учетом их влияния друг на друга. В связи, с чем вводится коэффициент использования заземлителей, всегда меньшей единицы

7. Что такое зануление, его назначение и принцип действия?

Зануление — преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей с заземленной нейтральной точкой источника электроэнергии с целью автоматического отключения участка при замыкании на корпус.

Назначение зануления. Зануление применяется по ПУЭ только для промышленных установок и не является гарантом безопасности. Если фаза попадает на открытую часть устройства, то ток не уходит. После этого происходит сопряжение двух фаз, и, как следствие, короткое замыкание. Нулевой проводник необходим для быстрого реагирования дифференциального защитного автомата на КЗ, но не для защиты человека от поражения током. Поэтому его принято использовать только на производстве, где требуется быстрое отключение питания в случае аварийной ситуации.

Принцип действия. При замыкании на корпус зануление создает цепь однофазного КЗ, что вызывает срабатывание максимальной токовой защиты (за счет протекания тока однофазного КЗ), и поврежденная электроустановка отключается от сети. При этом в промежуток времени от момента замыкания на корпус до отключения электроустановки происходит снижение напряжения корпуса поврежденной электроустановки относительно земли из-за перераспределения напряжения между фазным и нулевым защитным проводниками и наличия повторного заземления нулевого защитного проводника.

8. В каких сетях целесообразно применять зануление?

Область применения:

1) трехфазные четырехпроводные сети до 1000 В с глухозаземленной нейтралью;

2) трехпроводные сети постоянного тока с глухозаземленной средней точкой обмотки источника энергии;

3) в однофазных двухпроводных сетях переменного тока с глухозаземленным выводом обмотки источника питания.

9. Назначение нулевого защитного проводника при занулении?

Назначение нулевого защитного проводника при занулении - обеспечение необходимого для отключения установки значения тока однофазного КЗ путем создания для этого тока цепи с малым сопротивлением.

10. Назначение заземления нейтрали при занулении?

Назначение заземления нейтрали в сетях до 1000 В – снижения напряжения зануленных корпусов относительно земли до безопасного значения на период замыкания фазы на землю (аварийный режим сети).

11. Назначение повторного заземления нулевого защитного проводника?

Повторное заземление нулевого защитного проводника необходима для того, чтобы снизить напряжение корпуса относительно земли на период от момента замыкания на корпус до момента отключения поврежденной установки, а также на случай обрыва нелевого защитного проводника.

12. От чего зависит и как определяется величина тока короткого замыкания, необходимого для срабатывания защиты, при замыкании фазы на зануленный корпус?

, где I_кз – аварийный ток короткого замыкания,

R_n(ф-n) – сопротивление «петли фаза-нуль»

I_ном – номинальный ток срабатывания защиты

К – коэффициент кратности тока

Защита срабатывает при достаточно низком сопротивлении петли «фаза-нуль»