МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ МИНИСТЕРСТВА ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ"

Ю.М.Бурашников Н.А.Беляева

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторной работы

"Исследование эффективности способов защиты человека

от поражений электрическим током с помощью

зануления и защитного отключения"

(для студентов всех специальностей)

Юрий Михайлович Бурашников

Наталья Анатольевна Беляева

Кафедра «Охрана труда,

окружающей среды,

строительства и сантехники »

Рецензенты:

А.С. Максимов, н.В. Рассохин

Цель работы: изучить устройство, принцип работы и исследовать эффективность систем зануления и защитного отключения.

Введение

На предприятиях для электроснабжения используется переменный ток напряжением до 1000 В: трехфазная трехпроводная сеть с изоли­рованной нейтралью понижающего трансформатора и четырехпроводная сеть с заземленной нейтралью. На рис.1 приведены схемы электриче­ских сетей.

Трехпроводные сети с изолированной нейтралью применяются в ос­новном при коротких линиях между трансформатором и потребителем (подвижные трансформаторные средства, передвижные электростанции, линии автоблокировки и т.п.), т.е. там, где сопротивление изоляции установок легко контролировать, и где емкость фазных проводов отно­сительно земли невелика. В такой сети прикосновение человека, сто­ящего на земле, к одному из фазных проводов или металлическому кор­пусу электроустановки, оказавшемуся под напряжением вследствие замыкания одной из фаз не корпус, что бывает часто в производственных условиях, при хорошем состоянии изоляции практически безопасно. Ток, проходящий через человека, не будет превышать пороговых ощутимых значений, т.к. зависит от сопротивления изоляции и емкости фаз от­носительно земли. Ток, проходящий через человека тем меньше, чем больше сопротивление между фазными проводами и землей.

Однако большинство стационарных электрических сетей промышлен­ных предприятий имеют значительную протяженность и сильно разветвлены. В этом случае емкость разных проводов относительно земли значительна (С > 0,1 МкФ на фазу), сопротивление изоляции мало, намно­го меньше сопротивления цепи человека, т.е. человек, касаясь фазы, окажется под фазным напряжением, а изоляция никак не влияет на ве­личину проходящего через него тока.

В сети напряжением 380 В (фазное напряжение 220 В) ток, проходящий через человека, достигает смертельно опасной величины - 220 мА. Сеть с плохой изоляцией и большой емкостью опасна, т.к. ток через человека, прикоснувшегося к фазе, достигает опасных и даже смертельных величин J_чел > 50 мА.

Также значительную опасность в сетях с изолированной нейтралью представляет замыкание одной из фаз на землю. Электрические установ­ки при этом будут продолжать работать в нормальном режиме, но прикосновение человека к любой из соседних фаз эквивалентно двухфазному включению и ток, проходящий через человека J_чел = U_л/R_ч может превысить опасную величину.

Н а рис.2 показана схема включения человека в сетях с изолированной нейтралью при замыкании одной из фаз на землю.

Для защиты обслуживающего персонала от прикосновения к метал­лическим корпусам установок, оказавшимся под напряжением, в сетях с изолированной нейтралью используют защитное заземление (устройст­во, принцип действия даны в методическом указании "Исследование защитного заземления электроустановок").

Защита человека от поражения электрическим током при случайном соприкосновении с корпусом электроустановки, оказавшимся под напря­жением, в сетях четырехпроводных с глухозаземленной нейтралью обеспечивается занулением.

Зануление – преднамеренное соединение металлических нетоковедущих корпусов электрооборудования с многократно заземленным нулевым проводом. При этом любое замыкание одной из фаз на корпус превраща­ется в однофазное короткое замыкание, которое приводит к срабатыва­нию максимальной токовой защиты - сгорают предохранители либо отклю­чается автоматический выключатель, что обеспечивает отключение неисправной установки от сети.

На рис.3 показана схема зануления и путь тока при замыкании одной фазы на корпус.

И з рисунка видно, что обязательным условием четкого срабаты­вания защиты в системе зануления является наличие исправных пре­дохранителей, а также достаточно малое сопротивление току корот­кого замыкания участка между нулевым и фазным проводом - петли "фаза - нуль".

Для контроля исправности зануления сопротивление петли "фаза - нуль" периодически измеряется по методике, изложенной ниже. Соп­ротивление должно быть таким, чтобы расчетный ток короткого замы­кания в 1,5-3 раза превышал пороговый ток срабатывания защиты. Мно­гократное заземление нулевого провода обеспечивает снижение напря­жения на корпус электроустановки в момент короткого замыкания, осо­бенно при обрыве нулевого провода. Если повторное заземление отсут­ствует (R_n→∞), напряжение корпуса относительно земли будет рав­няться напряжению на корпусе U_З = U_К = U/2 (при U = 220 В; U_З = 110 В), а напряжение нейтрали будет равно 0. При наличии повторного заземления потенциалы будут равны: U_З = U_o = U/4 (при U = 220 В, U_o =U_З = 55 В, что допустимо в течение 1 секунды).

Таким образом, повторное заземление при замыкании на корпус уменьшает его потенциал и тем самым повышает безопасность. На рис.3 показано распределение потенциалов вдоль нулевого провода, между повторным заземлением (а, значит, и корпусом) и заземлением нейтра­ли. Эти потенциалы будут существовать в течение времени срабатыва­ния защиты.

При обрыве нулевого провода, в случае замыкания на корпус, ко­роткого замыкания не произойдет. Все корпуса, соединенные с нулевым проводом за местом обрыва, оказываются под напряжением относитель­но земли, равным U_З. Те корпуса, которые занулены до места обрыва, находятся под напряжением, равным U_o, что является опасным. При от­сутствии повторного заземления нулевого провода, опасность возрас­тает еще больше, т.к. замыкание происходит на корпус, не имеющий ни зануления, ни заземления. Корпуса, соединенные с поврежденным корпусом, оказываются под фазным напряжением относительно земли.

Таким образом, для работы системы зануления необходимо наличие следующих условий:

1.Надежное соединение корпуса электроустановки с исправным нулевым проводом (малое сопротивление петли "фаза-нуль").

2. Наличие исправных предохранителей или автоматов защиты.

3. Наличие заземления нейтрали и многократного заземления ну­левого провода.

Только совместное выполнение этих трех условий гарантирует на­дежную работу системы зануления.

Серьезным недостатком зануления является большое время сраба­тывания. Это обусловлено тем, что для целей защиты от поражения электрическим током используются те же предохранители, которые ис­пользуются для предохранения самой электроустановки от повреждений в различных аварийных ситуациях. Они, как и всякие типовые систе­мы, имеют сравнительно большую инерционность, время срабатывания может достигать нескольких секунд. В течение этого времени человек, коснувшийся корпуса электродвигателя, может быть поражен электри­ческим током.

С целью устранения вышеуказанного недостатка в четырехпроводных сетях с заземленной нейтралью в настоящее время все более ши­рокое применение находят системы защитного отключения (ЗО), кото­рые позволяют обеспечить время срабатывания защиты τ≤0,2 с.

Время 0,2 с. является рекомендованным допустимым временем при­косновения к токоведущим частям, находящимся под напряжением ≤ 250 В.

Наиболее простыми и широко распространенными системами защит­ного отключения являются системы, реагирующие на потенциал корпу­са установки относительно земли, который появляется на корпусе вследствие замыкания на нем одной из фаз.

Как правило, система защитного отключения включает в себя чувствительный элемент (например, реле) и исполнительное устрой­ство, отключающее неисправную установку от сети.

Время срабатывания защиты зависит от напряжения, при котором срабатывает чувствительный элемент. Это напряжение называется нап­ряжением установки (U_У). На графике рис.4 показан ход изменения потенциала на корпусе электроустановки относительно земли с момен­та замыкания фазы на корпусе.

Как только напряжение на корпусе достигает U_У, система за­щиты отключения отключает неисправную установку от сети.

В большинстве систем ЗО U_У можно регулировать, тем самым из­меняя время срабатывания защиты.

Работа состоит из двух частей.