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 группы МСИ-09: Трофимов А.

Васильев И.

Заикин Д.

Проверил преподаватель: Шевченко А.Е.

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:

1. Исследовать зависимость напряжения прикосновения (U₂, В) от применения защитного заземления

2. Исследовать зависимость напряжения прикосновения (U₂, В) (напряжение на заземленном корпусе электропотребителя) от сопротивления его заземляющего устройства (R_ЗМ2, Ом) в сети с изолированной нейтралью.

3. Оценить опасность поражения током при одновременном замыкании разных фаз сети с изолированной нейтралью на корпуса электропотребителей, имеющих раздельные заземляющие устройства.

4. Исследовать влияние защитного заземления на опасность поражения током при замыкании фазы на корпус электропотребителя, питающегося от трёхфазной пятипроводной сети с заземленной нейтралью.

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.

Выполнение лабораторной работы

Задача 1. Исследовать зависимость напряжения прикосновения (U₂, В) от применения защитного заземления

Таблица 1

Вариант № 1 : Uф= 200 В; RE= 500 кОм; RЗМ2= 4 кОм
Параметры сети	Iз, А	U2, В	UA, В	UB, В	UC, В
При отсутствии защитного заземления	0	200	200	200	200
При наличии защитного заземления	0,0012	0,0048	-	0,0048	-

Вывод:

1. Наличие защитного заземления значительно уменьшает напряжение на корпусе электропотредителя (U₂, В).

2. Защитные свойства заземления позволяют обеспечить безопасность рабочего места, так как сильно уменьшают величину напряжения прикосновения (U₂, В).

Задача 2. Исследовать зависимость напряжения прикосновения (U₂, В) (напряжение на заземленном корпусе электропотребителя) от сопротивления его заземляющего устройства (R_ЗМ2, Ом) в сети с изолированной нейтралью.

Таблица 2

Изменение величины тока Iз и напряжения на корпусе 2 u2 относительно земли в зависимости от сопротивления заземляющего устройства rзм2

Сопротивление заземляющего устройства RЗМ2, Ом	Напряжение на корпусе электропотребителя 2 U2, В	Ток замыкания на землю Iз, А
4	0,0048	0,0012
10	0,012	0,0012
100	0,12	0,0012

Вывод:

1. Напряжение на заземленном корпусе электропотребителя зависит от сопротивления заземляющего устройства.

2. Чем выше сопротивление заземляющего устройства, тем выше напряжение на корпусе заземленного электрополтебителя.

3. Для обеспечения безопасности на рабочем месте, необходимо, чтобы сопротивление заземляющего устройства было минимальным, так как электрический ток идет по пути наименьшего сопротивления, соответственно, сопротивления заземляющего устройства должно быть меньше 1000 Ом.

Задача 3. Оценить опасность поражения током при одновременном замыкании разных фаз сети с изолированной нейтралью на корпуса электропотребителей, имеющих раздельные заземляющие устройства.

Таблица 3

Изменение величины тока Iз и напряжений на корпусах электропотребителей

1 (U₁) и 2 (U₂) относительно земли в зависимости от величины R_ЗМ2

Сопротивление заземления корпуса электропотребителя 1 RЗМ1= 4 Ом
Сопротивление заземляющего устройства RЗМ2, Ом	Напряжение на корпусе электропотребителя 1 U1, В	Напряжение на корпусе электропотребителя 2 U2, В	Ток замыкания на землю Iз, А
4	173	173	43,25
10	98,84	247,1	24,71
100	13,32	333	3,33

Вывод:

1. Ток замыкания на землю (I_з, А) и напряжение на корпусах электропотребителей 1 и 2 (U₁, В, U₂, В) зависят от сопротивления заземляющего устройства (R_ЗМ2, Ом).

2. При увеличении сопротивления заземляющего устройства, ток замыкания на землю и напряжение на корпусе электропотребителя 1 уменьшаются, а напряжение на корпусе электропотребителя 2 увеличивается.

3. Для обеспечения безопасности рабочего места чтобы сопротивление заземляющего устройства было минимально, так как электрический ток идет по пути наименьшего сопротивления, соответственно, сопротивления заземляющего устройства должно быть меньше 1000 Ом.

Задача 4. Исследовать влияние защитного заземления на опасность поражения током при замыкании фазы на корпус электропотребителя, питающегося от трёхфазной пятипроводной сети с заземленной нейтралью.

Таблица 4