Исследование защитного заземления электроустановок

Цель работы - изучить устройство, порядок расчета и измерения защитного заземления электроустановок.

Лабораторная работа состоит из двух частей: в первой изучается влияние сопротивления заземления на величину тока, протекающего через человека, во второй определяется удельное сопротивление грунта, по полученным данным рассчитываются элементы и ожидаемое сопротивление заземления электроустановки, которое затем собирается и контролируется на макете.

1. Общая часть

При прикосновении человека к оказавшимся под напряжением (при коротком замыкании, пробое изоляции и др.) металлическим нетоковедущим частям электрооборудования может произойти поражение его электрическим током. Для предотвращения этого широко применяется защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение с землей металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Задача защитного заземления - снизить до безопасной величины потенциалов между корпусом оборудования, к которому прикоснулся человек, и землей, на которой он стоит. Эта разность потенциалов называется напряжением прикосновения. Чем меньше напряжение прикосновения, тем меньший ток будет протекать через человека.

Защитное заземление применяется в сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и выше 1000 В с любым режимом нейтрали.

Величина максимально допустимого сопротивления заземления электроустановок К - регламентируется Правилами устройства электроустановок в зависимости от мощности источника электроснабжения и составляет 10 Ом для источников мощностью 100 кВА и менее и 4 Ом во всех остальных случаях. Эти значения выбраны с таким расчетом, чтобы при попадании напряжения на металлические нетоковедущие части электроустановки и прикосновения к ним человека ток через него не превышал 6 мА, т.е. был меньше неотпускающего.

Конструктивно заземление выполняется в виде нескольких стержневых заземлителей, погруженных в грунт на определенную глубину и соединенных параллельно полосой связи. Такая система применяется потому, что одиночный заземлителъ, как правило, имеет сопротивление значительно большее, чем R_доп.

Сопротивление заземления в большей мере зависит от удельного сопротивления грунта ρ, Омм.

Удельное сопротивление грунта - это сопротивление одного кубического метра грунта, к противоположным граням которого приложены измерительные электроды.

Удельное сопротивление грунта зависит от вида почвы (глина, песок, чернозем и т.п.) и времени года. Наибольшую величину оно имеет зимой в северных районах при промерзании почвы и в июле в северных районах, когда почва наиболее сухая.

Сопротивление заземления необходимо периодически, не реже I раза в год, контролировать, так как из-за коррозии заземлителей или их механических повреждений оно может превысить допустимую величину.

2. Оборудование для выполнения работы

Работа выполняется на лабораторном стенде, верхняя (наклонная) панель которого разделена на две части; левая - для исследования влияния сопротивления заземления на величину тока, протекающего через человека, правая – для определения удельного сопротивления грунта 0 , имитации по результатам измерения и расчета заземления электроустановки и контроля величины его сопротивления. Для определения ρ и измерения Rз имеется измеритель заземления М-416 (рис. 3)

Рис. 3. Измеритель заземления М-416

Левая половина стенда состоит из вторичной обмотки питающего трансформатора 10 кВ/0,4 кВ и электродвигателя переменного тока 380 В. Сеть трехпроводная с изолированной нейтралью. Одна из фаз сети из-за пробоя изоляции имеет контакт с корпусом электродвигателя.

Стенд включается в сеть выключателем В_с. Имеющееся в схеме заземление R_з подключается к электродвигателю выключателем В_з, а его сопротивление изменяется ползунком. Контакт человека с корпусом электродвигателя обеспечивается при включении выключателя В_чел, при этом напряжение прикосновения U_пр и ток, проходящий через него I_чел, измеряются имеющимися в схеме вольтметром и миллиамперметром.

Правая половина стенда состоит из гнезд I, 2, 3, 4 для определения удельного сопротивления грунта, выключателей ("чернозем", "глина", "суглинок") для подключения заданного вида грунта, схемы заземления электроустановки и гнезд R_x , R_зонд и R_всп для измерения сопротивления заземления электроустановки.

Схема заземления собирается по результатам расчетов, необходимое количество одиночных заземлителей подключается выключателями Т₁ – Т₁₀, их сопротивление с учетом коэффициента использования заземлителей устанавливается имеющимися ниже потенциометрами. Влияние полосы связи устанавливается потенциометром η.

При работе с М-416 его клеммы I, 2, 3, 4 проводами соединяются с гнездами I, 2, 3, 4 (при измерении R₁ для определения удельного сопротивления) или с гнездами R_x , R_зонд и R_всп при измерении R_з переключателем устанавливается масштаб, начиная с х1, нажимается кнопка К _н и вращением ручки реохорда стрелка прибора выводится в центр подвижной шкалы (на отметку «О» на корпусе). Измеренное сопротивление равно произведению показаний подвижной шкалы на масштаб.