Eremina.Osnovi electrobezopasnosti

31

Основное назначение защитного зануления – устранение опасности поражения электрическим током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшейся под напряжением вследствие замыкания на корпус за счёт быстрого отключения электроустановки от сети действием защиты.

Однако, поскольку корпус оказывается заземленным через нулевой защитный проводник, то в аварийный период (с момента возникновения замыкания на корпус до отключения электроустановки от сети защитой) будет проявляться защитное свойство заземления.

Принцип действия защитного зануления основан на превращении замыкания на корпус в однофазное к.з. с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты, и тем самым отключить поврежденную электроустановку от сети.

Нулевой защитный проводник в схеме защитного заземления предназначен для создания тока однофазного к.з. цепи с малым сопротивлением, чтобы этот ток был достаточным для быстрого срабатывания защиты (т.е. быстрого отключения поврежденной электроустановки от питающей сети).

В3х фазной сети до 1 кВ с заземленной нейтралью без нулевого защитного проводника невозможно обеспечить безопасность при замыкании на корпус, поэтому такую сеть применять запрещается.

Заземление нейтрали предназначено для снижения до безопасного значения напряжения относительно земли нулевого защитного проводника (и всех присоединенных к нему корпусов электрооборудования) при случайном замыкании фазы на землю.

В4х проводной сети с изолированной нейтралью при случайном замыкании фазы на землю между нулевым защитным проводом и землёй, а следовательно между каждым зануленным корпусом и землей, возникает напряжение Uк, близкое к значению Uф. Например, при

Uф = 220 В, Uк ≈ 220 В. Что является весьма опасным.

В сети с заземленной нейтралью при таком повреждении будет обеспечиваться безопасность, так как при замыкании фазы на землю фазное напряжение Uф разделится пропорционально сопротивлениям Rзм (сопротивления замыкания фазы на землю) и Rо (сопротивление заземления нейтрали), благодаря чему напряжение между зануленным оборудованием и землей Uк снизится.

Как правило, сопротивление, которое оказывает грунт току замыкания фазы на землю Rзм, во много раз больше сопротивления за-

32

земления нейтрали R0. Поэтому Uк оказывается незначительным. При таком напряжении прикосновение к корпусу неопасно.

Для уменьшения опасности поражения людей электрическим током в случаях обрыва нулевого защитного проводника и замыкания фазного проводника на корпус применяют повторное заземление ну-

левого защитного проводника.

При случайном обрыве нулевого защитного провода и замыкании фазы на корпус (за местом обрыва) отсутствие повторного заземления приведёт к тому, что напряжение относительно земли оборванного участка нулевого защитного провода и всех присоединенных к нему корпусов окажется равным фазному напряжению сети (Uф).

Это напряжение, опасное для человека, будет существовать длительно, поскольку поврежденная электроустановка не будет отключаться от защиты, а обрыв нулевого проводника трудно обнаружить, чтобы отключить вручную. Если же нулевой защитный проводник будет иметь повторное заземление, то при его обрыве сохранится цепь тока Iз через землю, а напряжение прикосновения на корпусе относительно земли за местом обрыва снизится. Этот случай является наименее опасным, так как при других соотношениях R0 и Rn часть корпусов будет находиться под напряжением, большим 0,5Uф, а другая часть корпусов под напряжением, меньшим 0,5Uф.

Вывод: повторное заземление значительно уменьшает опасность поражения электрическим током, возникающую при обрыве нулевого защитного проводника, но не может обеспечить условий безопасности, которые существовали до обрыва.

В сети, где применяется защитное зануление, запрещается заземлять корпус электроприемника, не присоединив его к нулевому защитному проводу.

Следует отметить, что одновременное заземление и зануление одного и того же корпуса наоборот улучшает условия безопасности, т.к. создаёт дополнительное заземление нулевого проводника.

Порядок выполнения работы

1.Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

2.Соедините гнезда защитного заземления ″″ устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" источника G1.

Перечень аппаратуры приведен в табл. 4.1.

	33
			Таблица 4.1
			Параметры
Обозна-	Наименование	Тип
чение			(предельные)
			400 В - 16 А
G1	Трехфазный источник	201.2
	питания
Л1	Блок линейных дросселей	337	6 x 1,0 Гн; 0,5 А
А2	Трехфазный	302	250 В-А, 380/380 В,
	трансформатор		Y-0/Y-0
			380 В ~; 3x0.5 А
А5	Модель замыкания	310
	на землю
			380В-3 х 0.5А
А7	Модель зануления	329
			3 мультиметра
Р1	Блок мультиметров	508.2
			0...1000B~;
			0..Л0А-; 0...20МОм

3.Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений (рис. 4.2).

4.Установите у модели А5 сопротивление замыкания на землю

Rзам =°° . Включите источник G1 и питание блока мультиметров Р1. Установите режим глухозаземлённой нейтрали.

Режим глухозаземленной (изолированной) нейтрали питающей электрической сети моделируйте установкой (отсутствием) перемычки между гнездом нейтральной точки трансформатора и гнездом сопротивления заземлителя Ro в блоке трехфазного трансформатора А2.

Замыкание фазы на корпус электрооборудования моделируйте установкой выключателя S в положение «ВКЛ».

Ток короткого замыкания измеряйте с помощью амперметра блока мультиметров Р1. Напряжение на корпусе электрооборудования измеряйте с помощью вольтметра блока мультиметров Р1.

5.Замыкая фазу на корпус, оцените, как влияет сопротивление

повторного заземления нулевого защитного проводника Rп на ток Iк и напряжение Uк КЗ. Результаты измерений занесите в табл. 4.2.

Таблица 4.2

RN = 2

Rп,Ом	2	4	6	8	10	20	∞
Iк,А
Uк,В

34

6. Замыкая фазу на корпус, оцените, как влияет сопротивление цепи короткого замыкания RN на ток Iк и напряжение Uк.. Результаты измерений занесите в табл. 4.3.

Таблица 4.3

Rп = 2

RN,Ом	1	2	3	5	10	15	20
Iк,А
Uк,В

При величинах сопротивления цепи короткого замыкания RN = 1, 2, 3 Ом и возникновении короткого замыкания фазы на корпус электрооборудования (выключатель S включен) защита отключает электрооборудование от сети, что проявляется в отсутствии свечения светодиодов в фазах подходящих к нему проводов.

При величинах сопротивления цепи короткого замыкания RN = 5, 10, 15, 20 Ом и возникновении короткого замыкания фазы на корпус электрооборудования (выключатель S включен) защита не отключает электрооборудование от сети, что проявляется в наличии свечения светодиодов в фазах подходящих к нему проводов.

7. Смоделируйте сеть, изолированную от земли. Убедитесь, что зануление обеспечит отключение повреждённой установки так же надёжно, как и в сети с заземлённой нейтралью. Смоделируйте замыкание фазы на землю Rзам≠∞ и оцените, как влияет сопротивление замыкания фазы на землю Rзам на ток Iк и напряжение Uк.. Результаты измерений занесите в табл. 4.4.

RN = 2, Rп = 2					Таблица 4.4
	Rзам,Ом	2	10	100	200
	Iк,А
	Uк,В

8. Постройте графики и сделайте основные выводы.

Контрольные вопросы

1.Какие технические средства защиты применяются для обеспечения электробезопасности?

2.В чем состоит сущность зануления электроустановок?

35

3. Назначение, принцип действия и область применения зану-

ления.

4.Назначение нулевого защитного проводника?

5.Назначение заземления нейтрали обмоток источника тока?

6.Назначение повторного заземления нулевого защитного проводника?

7.Каково основное различие между нулевым защитным проводником и нулевым рабочим проводником?

36

Рис. 4.2. Электрическая схема соединений

37

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

КОНТРОЛЬ ИЗОЛЯЦИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

Цель лабораторной работы

Ознакомится с методами контроля изоляции.

Подготовка к работе

1.Повторить теоретический материал: контроль и профилактика повреждений изоляции [2].

2.Подготовить в рабочей тетради таблицы для занесения результатов опыта и координатную сетку для построения графиков.

Перечень аппаратуры приведен в табл. 5.1.

			Таблица 5.1
Обозна-	Наименование	Тип	Параметры
чение			(предельные)
G1	Трехфазный источник	201.2	400 В - 16 А
	питания
А1	Блок линейных	337	6 x 1,0 Гн; 0,5 А
	дросселей
А2	Трехфазный	302	250 В-А,
	трансформатор		380/380 В, Y-0/Y-0
A3	Модель участка	303	380 В ~; 3 x 0.5 А
	электрической сети
А7	Модель сопротивления	311	380 В ~
	изоляции
А8	Устройство контроля	316	380 В ~; 3 x 0.5 А
	изоляции
Р1	Блок	508.2	3 мультиметра
	мультиметров		О...1ОООВ; 0..Л0А~;
			0...20МОм

38

Общие замечания

Контроль изоляции — измерение ее активного или омического сопротивления с целью обнаружения дефектов и предупреждения замыканий на землю и коротких замыканий.

Следует отметить, что сигнализацию о замыканиях на землю без измерения сопротивления изоляции нельзя назвать контролем изоляции.

Состояние изоляции в значительной мере определяет степень безопасности эксплуатации электроустановок. Сопротивление изоляции в сетях с изолированной нейтралью определяет ток замыкания на землю, а значит и ток через человека.

В сетях напряжением выше 1000 В снижение сопротивления изоляции почти всегда приводит к глухому замыканию на землю. При заземленной нейтрали ток замыкания на землю и ток через человека не зависят от сопротивления изоляции. Но при плохом состоянии изоляции часто происходят ее повреждения, что приводит к глухим замыканиям на землю (корпус) и к коротким замыканиям. При замыкании на корпус возникает опасность поражения людей электрическим током, так как нетоковедущие части, с которыми человек нормально имеет контакт, оказываются под напряжением.

Чтобы предотвратить замыкания на землю и другие повреждения изоляции, при которых возникает опасность поражения людей электрическим током, а также выходит из строя оборудование, необходимо проводить испытания повышенным напряжением и контроль изоляции.

Постоянный контроль изоляции — измерение сопротивления изоляции под рабочим напряжением в течение всего времени работы электроустановки без автоматического отключения. Отсчет сопротивления изоляции производится по шкале прибора. При снижении сопротивления изоляции до предельно допустимого или ниже прибор подает звуковой или световой сигнал или оба сигнала вместе.

Прибор постоянного контроля изоляции (ПКИ) должен удовлетворять следующим основным требованиям:

1.Прибор должен показывать только активное или омическое сопротивление изоляции фаз относительно земли независимо от емкости.

2.Колебания напряжения сети не должны влиять на точность показаний прибора.

3.Прибор должен быть достаточно надежным.

39

4.Прибор должен осуществлять самоконтроль, т. е. при неисправности самого прибора стрелка указателя должна устанавливаться на нуль, а не на ∞ .

5.Сопротивление внутренних цепей прибора должно быть значительно выше полного сопротивления фаз относительно земли (не ниже 100 кОм). В противном случае при подключении прибора к сети повысится опасность эксплуатации электрооборудования.

В практике применяются приборы постоянного контроля изоляции двух типов: на постоянном оперативном токе и вентильные.

Вентильные схемы контроля изоляции измеряют сопротивление изоляции выпрямленным током. На рис. 5.1 показана простейшая вентильная схема — схема ЗВ (три вентиля).

При положительной полуволне напряжения в фазе А ток про-

ходит через вентиль Дъ, указатель Q, заземлитель и сопротивления изоляции двух других фаз к источнику. Полярность фаз изменяется,

ипоэтому постоянный ток проходит поочередно через вентили Д1, Д2 и Д3, через указатель Q и сопротивление изоляции.

			C
			B
	Д2		A
Д1	ra	rb	rc
	Д3
	ca	cb	cc
	Ω

Рис. 5.1. Вентильная схема контроля изоляции ЗВ

Указатель Q представляет собой магнитоэлектрический прибор, через который проходит ток, выпрямленный тремя вентилями. Среднее значение этого тока зависит от общего сопротивления R. При замыкании на землю ток через указатель определяется эквива-

40

лентным сопротивлением Rb. Указатель градуируется в килоомах. Последовательно с указателем может быть включено реле, замыкающее сигнальную.

Приборы контроля изоляции, собранные по вентильной схеме, не требуют источника оперативного тока, и поэтому более компактны, более просты в устройстве, однако они имеют некоторые недостатки:

- не осуществляют самоконтроля, так как при неисправности внутренних цепей прибор показывает оо, т. е. исправную изоляцию; - точность измерения зависит от колебаний напряжения в сети, а также от степени несимметрии сопротивлений изоляции.

Защита от замыканий на землю, действующая на сигнал,

применяется также для обнаружения дефектов изоляции — глухих замыканий на землю. Такая защита реагирует на напряжение фаз относительно земли, на напряжение нулевой последовательности или на ток нулевой последовательности.

Самая простая схема — схема трех вольтметров (рис. 5.2), которые включаются в звезду с заземленной нейтральной точкой (иногда эти вольтметры называют земляными). Каждый вольтметр показывает напряжение относительно земли той фазы, к которой он подключен.

Проводимости исправной изоляции (g' = 0) приблизительно симметричны (Yа = Yb= Ус = Y), и поэтому напряжение смещения нейтрали невелико и напряжения фаз относительно земли, которые показывают вольтметры, приблизительно равны фазным напряжениям источника.

При глухом замыкании одной из фаз на землю (допустим, фазы А) напряжение поврежденной фазы А относительно земли определится из выражения:

Uaç =3U RZÇ →0,

тaк как │Z│> > R3.

Напряжение исправных фаз больше фазного и приближается к линейному:

Ubз ≈ Ucз ≈ 3U.

При исправной изоляции вольтметры показывают напряжение, приблизительно равное фазному. В случае глухого замыкания на землю один из них показывает нуль, а два других - линейное напряжение. Такая схема осуществляет самоконтроль, так как неисправный вольтметр показывает нуль, как и при замыкании на землю.