Лабораторна робота №2

Оцінка ефективності захисного заземлення

Мета роботи . Оцінка ефективності захисного заземлення в трифазній мережі з ізольованої нейтралью у трифазній чотирьохпровідній мережі із глухозаземленною нейтралью напругою до 1000 в.

Зміст роботи

1. Оцінити ефективність захисного заземлення в трифазній мережі з ізольованої нейтралью напругою до 1000 В (система заземлення IT).

2. Оцінити ефективність захисного заземлення в мережі з ізольованої нейтралью напругою до 1000 В при двофазнім замиканні на корпуси електроустановок, що мають роздільні заземлюючі пристрої.

3. Оцінити ефективність захисного заземлення в трифазній мережі із глухозаземленной нейтралью напругою до 1000 В (система заземлення TT).

Опис електричних мереж і систем заземлення наведені в Додатку I до лабораторного практикуму.

Захисне заземлення

Із заземлюючим пристроєм відкритих провідних частин електроустановок (наприклад, корпусів електроустаткування).

Захисним заземленням називається навмисне електричне з'єднання які можуть виявитися під напругою внаслідок замикання на корпус і з інших причин (індуктивний вплив сусідніх струмоведучих частин, винос потенціалу й т.п.).

Замикання на корпус ( випадковий електричний контакт між струмоведучими частинами й відкритими провідними частинами електроустановки.

Призначення захисного заземлення ( усунення небезпеки поразки електричним струмом у випадку дотику до корпуса й іншим відкритим провідним частинам електроустановки, які опинилися під напругою.

Область застосування захисного заземлення ( трифазні трехпровідні мережі до 1000 В с ізольованої нейтралью й вище 1000 В з будь-яким режимом нейтрали.

Принцип дії захисного заземлення ( зниження напруги між корпусом електроустановки, які опинилися під напругою, і землею до безпечного значення. Захисне заземлення виконується шляхом приєднання корпуса електроустановки до заземлюючого пристрою, що полягає зі штучного або природнього заземлителей, виконаних з металу або інших струмопровідних матеріалів, що й мають електричний контакт із ґрунтом.

Пояснимо це на прикладі мережі до 1000 В з ізольованої нейтралью. Якщо корпус електроустановки не заземлений і він виявився в контакті з фазним провідни ком, то дотик людини до такого корпуса рівносильне дотику до фазного провідника (рис.1). У цьому випадку струм, що проходить через людину, буде визначатися по формулі ( у комплексній формі):

(1)

де U_ф  фазна напруга мережі, В; Rh,  опір тіла людину, Ом; z  комплекс повного опору провідника щодо землі, Ом;

(2)

Тут r і С  опір ізоляції і ємність провідників щодо землі відповідно;   кутова частота, с^1 .

Рис.1. Дотик людини до ізольованого від землі корпуса при замиканні на нього фазного провідника

При малих значеннях З рівняння (1) має вигляд :

, (3)

де I_h  струм у дійсній формі, що проходить через людину, А.

Напруга, під яким виявиться людина, яка торкнулася до корпуса (напруга дотику), визначається формулою

U_пр = I_hR_h.

Якщо ж корпус електроустановки заземлений, то при замиканні на нього фазного провідника (рис.2) через заземлення піде струм I_з, значення якого залежить від r і опору заземлення корпуса r_з і визначається вираженням, подібним (3):

(4)

Рис.2. Принципова схема захисного заземлення у мережі з ізольованої нейтралью (система IT)

Напруга корпуса щодо землі в цьому випадку буде рівно

U_корп = U_з = I_зr_з, (5)

а напруга дотику

U_корп = U_з₁₂,

де ₁  коефіцієнт напруги дотику, що враховує форму потенційної кривій і відстань до заземлителя; ₂  коефіцієнт напруги дотику, що враховує спадання напруги на опорі підстави, на якім коштує людей.

Струм через людину корпуса, що стосується, при самих несприятливих умовах, буде

(6)

Опір заземлюючого пристрою вибирається таким, щоб напруга дотику не перевищувала припустимих значень. Для електроустановок напругою до 1000 У с ізольованої нейтралью найбільші припустимі значення r_з становлять 10 Ом при сумарній потужності генераторів або трансформаторів, що харчують дану мережу не більш 100 кВА; а в інших випадках r_з не повинне перевищувати 4 Ом.

При двофазнім замиканні в мережі до 1000 В, тобто замиканні двох фаз на два корпуси, що мають роздільні заземлители (рис.3), ці й інші корпуси, приєднані до зазначених заземлителів, виявляться під напругою щодо землі, рівним: в установці 1  U_з1= I_зr_з1, в установці 2  U_з2 = I_зr_з2.

Рис.3. Двофазне замикання на корпуси електроустановок, що мають роздільні заземлители

Опір ізоляції і ємності фазних провідників щодо землі в цьому випадку практично не впливають на значення струму замикання на землю, ланцюг якого встановлюється через опори заземлень r_з1 і r_з2. При цьому U_з1 + U_з2 = U_л (U_л  лінійна напруга мережі). При рівності r_з1 і r_з2, U_з1=U_з2= 0,5U_л. Наявність таких напруг на заземлених елементах установок є небезпечним для людини, тим більше, що замикання в мережах до 1000 В може існувати довгостроково.

Якщо ж заземлители, або корпуса електроустановок 1 і 2 з'єднати провідником достатнього перетину або ці заземлители виконати як одне ціле, то двофазне замикання на корпуси перетвориться в коротке замикання між фазними провідниками, що викличе швидке відключення установок максимально струмовим захистом (запобіжники, автоматичні вимикачі), тобто забезпечить короткочасність небезпечного режиму.

У мережі із глухозаземленной нейтралью (рис.4) при замиканні фазного провідни ка на корпус по ланцюгу, що утворювався через землю, буде проходити струм ,

де r₀  опір заземлення нейтрали, Ом.

При цьому фазна напруга розподілиться між r_з і r₀, тобто U_з= I_зr_з; U₀= I_зr₀; U_з + U₀ = U_ф.

Рис.4. Захисне заземлення в мережі із глухозаземленною нейтралью (система ТТ)

Таким чином, напруга корпуса щодо землі залежить від співвідношення опорів r₀ і r_з. При рівності r₀ і r_з напруга на заземленому корпусі буде

U_з = U₀ = 0,5U_ф

Ця напруга є небезпечною для людини, тому в мережі напругою до 1000 В с глухозаземленной нейтралью захисне заземлення не застосовується.

У мережах із глухозаземленною нейтралью й корпусами, що мають окреме заземлення (система заземлення TT) обов'язковим згідно ПУЭ є застосування пристроїв захисного відключення на диференціальному струмі.