Министерство образования и науки РФ

Пермский научный исследовательский политехнический университет

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности»

Лабораторная работа №1

«Исследование эффективности действия

защитного заземления в электроустановках

напряжением до 1000 В»

Выполнили студенты гр.УК -09

Карасова Е.С.

Кузьмина О.В.

Аникина Я.А.

Михеева В.В.

Проверила Середа Т.Г.

Пермь, 2013

Цель работы – изучить теоретические сведения связанные с исследованием эффективности действия защитного заземления в электроустановках напряжением до 1000 В и 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.

Задачи исследований:

Изучить:

1. Общие теоретические сведения о сущности и назначении защитного заземления

2. Действие тока на человеческий организм;

3. Нормирование параметров защитного заземления;

4. Связь между заземляющими устройствами аналогичных установок;

5.Сравнение защитных свойств заземления в сетях с изолированной и глухозаземлённой нейтралями.

6. Ознакомиться с лабораторным стендом

7. Провести лабораторные исследования по эффективности защитного заземления корпуса электропотребителя, питающегося от трёхфазной трёхпроводной сети с изолированной нейтралью;

8. Провести лабораторные исследования по зависимости напряжения на заземлённом корпусе электропотребителя от величины сопротивления его заземляющего устройства в сети с изолированной нейтралью;

9. Провести лабораторные исследования по оценке опасности поражения током при одновременном замыкании разных фаз сети с изолированной нейтралью на корпуса электропотребителей, имеющих раздельные заземляющие устройства;

10. Провести лабораторные исследования по влиянию защитного заземления на опасность поражения током при замыкании фазы на корпус электропотребителя, питающегося от трёхфазной пятипроводной сети с заземленной нейтралью.

Теоретические сведения.

Под электрооборудованием понимается любое оборудование для производства, передачи, распределения или потребления электрической энергии, например: машины, трансформаторы, аппараты, измерительные приборы, устройства защиты, кабельная продукция, электроприемники.

Электрический ток, протекая через организм человека и оказывая тепловое (термическое), электролитическое и биологическое воздействие, может вызывать серьезные последствия для здоровья. И хотя электротравмы (травмы, вызванные воздействием электрического тока или электрической дуги) составляют лишь незначительную часть общего травматизма, количество смертельных электротравм в общем смертельном травматизме велико.

Действие на организм человека электрического тока одних и тех же параметров зависит от окружающей обстановки и состояния самого организма: электрический ток не вызывающий заметного воздействия на организм человека в одних условиях, может привести даже к смертельному исходу в других. Опасность поражения электрическим током усугубляется еще и тем, что он не может быть обнаружен при помощи наших органов чувств.

Защита людей от поражения электрическим током в условиях производства и быту достигается различными способами, одним из которых является защитное заземление.

Защитное заземление предназначено для защиты людей от поражения электрическим поражающим током при косвенном прикосновении с открытыми проводящими частями электроустановки и сторонними проводящими частями, не являющимися частями электроустановки (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 или её эквивалентом, например, с неизолированным от земли водоемом (в дальнейшем - землей), открытых проводящих частей электроустановки и сторонних проводящих частей, не являющихся частями электоустановки (в дальнейшем – открытых проводящих частей), которые могут оказаться под напряжением в случае повреждения.

Защитному заземлению подлежат корпуса электрических машин, трансформаторов, светильников и т.п.; приводы электрических аппаратов; каркасы распределительных щитов, щитов управления, щитков, шкафов и т.п.; металлические конструкции распределительных устройств, кабельные конструкции, кабельные муфты, рукава и трубы электропроводок и т.д.

Нормирование факторов.

Для электроустановок напряжением до 1 кВ в зависимости от типа систем токоведущих проводников (для переменного тока – однофазные двух- и трехпроводные, двухфазные трех- и пятипроводные и трехфазные четырех и пятипроводные и для постоянного тока – двух- и трехпроводные) по ГОСТ Р 50571.2-94 приняты следующие системы заземления: TN, TT, IT.

Система ТN – система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки присоединены к глухозаземленной нейтрали источника посредством нулевых защитных или совместных проводников.

По способу прокладки защитного проводника система TN подразделяется на:

• систему TN–C, в которой функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводника совмещены в одном PEN-проводнике на всём её протяжении ;

• систему TN–S в которой нулевой защитный (PE) и нулевой рабочий (N) проводники разделены на всём её протяжении ;

систему TN–C–S, в которой функции нулевого рабочего (N) и нулевого защитного (PE) проводников совмещены в одном (PEN) проводнике в какой-то ее части, начиная от источника питания

Система TT – система, в которой нейтраль источника питания глухо заземлена, а открытые проводящие части электроустановки заземлены при помощи заземляющего устройства, электрически независимого от глухозаземлённой нейтрали источника.

Система IT – система, в которой нейтраль источника питания изолирована от земли или заземлена через приборы или устройства, имеющие большое сопротивление, а открытые проводящие части электроустановок заземлены.

Согласно ГОСТ Р 50571.3-94 и ПУЭ защитное заземление необходимо выполнять в указанных ниже случаях.

1. При номинальном напряжении более 50 В переменного тока и более 120 В постоянного (выпрямленного) тока – во всех электроустановках;

2. При номинальном напряжении выше 25 В переменного тока и выше 60 В постоянного (выпрямленного) тока – только в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных электроустановках;

3. При номинальном напряжении до 25 В переменного тока и до 60 В постоянного тока – только во взрывоопасных зонах и электросварочных установках.

Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием одного из следующих пяти условий, создающих повышенную опасность поражения электрическим током:

1. сырость, когда относительная влажность воздуха превышает 75 %; такие помещения называют сырыми;

2. высокая температура, когда температура воздуха под воздействием различных тепловых излучений постоянно или периодически (более 1 суток) превышает +35⁰ С; такие помещения называются жаркими;

3. токопроводящая пыль, когда по условиям производства выделяется технологическая пыль, которая может оседать на токоведущих частях, проникать внутрь машин и аппаратов и т.п.; такие помещения называют пыльными;

4. токопроводящие полы (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т.п.);

5. возможность одновременного прикосновения человека к металлоконструкциям зданий, имеющим соединение с землей, технологическим аппаратам, механизмам и т.п. с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования (открытым проводящим частям), с другой.

Помещения особо опасные характеризуются наличием одного из следующих трех условий, создающих особую опасность поражения электрическим током:

1. особая сырость, когда относительная влажность воздуха близка к 100 % (потолок, стены, пол и предметы, находящиеся в помещении, покрыты влагой);

2. химически активная или органическая среда, когда постоянно или в течение длительного времени содержатся агрессивные пары, газы, жидкости, образуются отложения или плесень, разрушающие изоляцию и токоведущие части электрооборудования;

3. одновременное наличие двух или более условий повышенной опасности.

Территория открытых электроустановок в отношении опасности поражения людей электрическим током приравнивается к особо опасным помещениям.

Остальные помещения относятся к помещениям без повышенной опасности.

Краткое описание лабораторного стенда

Рис.1.Лицевая панель стенда

Стенд представляет собой настольную конструкцию с вертикальной передней панелью. На лицевой панели стенда (рис. 1) 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»).

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

• имитацию подключения автоматическими выключателями активного (корпус 2) и полуактивного (корпус 1) потребителей кнопками без фиксации с индикацией, соответственно S₂ и S₁. При нажатии на эти кнопки потребитель считается включенным, о чем свидетельствует загорание соответствующего светодиода внутри кнопки; при отжатии либо по нажатию кнопки «СБРОС» потребитель отключается от сети, и соответствующий светодиод гаснет.

• 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;

• 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 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.

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).

По принципу работы стенд является цифровым микропроцессорным устройством, вычисляющим по соответствующим формулам параметры сети в зависимости от комбинаций коммутационных элементов на передней панели стенда. Результаты вычислений выводятся на цифровые индикаторы. Индикаторы отображают «измеренные» (вычисленные) значения параметров по нажатию кнопки «ИЗМЕРЕНИЕ»; показания сбрасываются нажатием кнопки «СБРОС».

Включение-выключение стенда производится тумблером «ВКЛ-ВЫКЛ», расположенным слева в нижней части передней панели стенда. При включении стенда загораются светодиодные индикаторы наличия фазных напряжений на мнемосхеме передней панели.