4. Порядок выполнения работы

1. Включить стенд в сеть 220 В и включить тумблер В1 (сеть).

2. Выбрать на стенде грунт, заданный преподавателем (1–4).

3. Ручкой потенциометра (R1, на рис. 4) подать напряжение от источников питания на R_исп и снять показания амперметра и вольтметра. Измерения желательно отмечать из правой части шкалы приборов, где отмечаются наименьшие погрешности.

4. Данные занести в таблицу результатов измерений.

5. Рассчитать U₃ по формуле (2).

6. По формуле (1) определить значение R_исп.

7. Определить среднее значение величины R_исп.

8. Определить, сравнив с нормативами, в каких электроустановках можно использовать защитное заземление с полученным значением сопротивления, и сформулировать выводы по работе.

Таблица

Результаты измерений

№ п/п	Показания		Rзонд, Ом	Rв, Ом	Uз, В	RИСП, Ом
	Амперметр, А	Вольтметр, В
1
2
3
Среднее

Контрольные вопросы

1. Что такое защитное заземление?

2. Для чего применяется защитное заземление?

3. Укажите область применения защитного заземления.

4. Каково назначение на измерительной схеме вспомогательного заземлителя и зонда?

5. Назовите допустимые величины сопротивления защитного заземления электроустановок в сетях с заземленной и изолированной нейтралью напряжением до 1000 В, свыше 1000 В.

Проверка эффективности зануления

Цель работы: проверить на практике надежность отключения поврежденного участка электрической цепи предохранителями с плавкими вставками и автоматическими выключателями при однофазных замыканиях в установках с напряжением до 1000 В, работающих в сетях с заземленной нейтралью.

1. Общие положения

Для обеспечения электробезопасности посредством надежного отключения аварийного участка цепи в цепях с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В применяют зануление, т.е. соединение корпусов электроустановок с заземленной нейтралью трансформатора или генератора (рис. 1).

Рис.1. Схема зануления:

R₀ – сопротивление заземления нейтрали трансформатора;

R_п – сопротивление повторного заземления нейтрали;

I_к.з. – ток короткого замыкания;

О – нулевой провод (нулевой защитный проводник);

------ – путь тока короткого замыкания (КЗ)

Принцип действия зануления – превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (т.е. между фазным и нулевым защитным проводниками) с целью вызвать большую величину тока короткого замыкания, способного обеспечить срабатывание защиты и тем самым отключить поврежденную элктроустановку от питающей сети. Такой защитой являются: плавкие предохранители или автоматические выключатели (рис. 2).

Рис. 2. Плавкие предохранители, вставки (а) и автоматические выключатели (б)

Плавкий предохранитель – это электротехническая конструкция, которая обычно изготавливается из стекла или фарфора. Наружу выведены контакты, внутри же находится легкосплавный металлический проводник – плавкие вставки. Плавкий предохранитель рассчитан на определенную силу тока. Исходя из этого плавкие вставки имеют конкретное сечение. Когда сила тока превышает определенную отметку, тогда плавкие вставки нагреваются и меняют свою структуру. Они плавятся, вследствие чего электрическая сеть разрывается. Таким образом, плавкий предохранитель защищает сеть от перегрузок, а значит, и приборы от перегорания.

Внутри корпуса предохранителей рассчитанных на защиту при небольших токах чаще всего не используют наполнителя. В предохранителях же на большие токи и напряжения обязательно используется наполнитель, в основном мелкий кварцевый песок, который предотвращает при срабатывании предохранителя его физическое разрушение, ведь при разрушении плавкой вставки, особенно при токах КЗ выделяется много энергии за короткий промежуток времени. Плавкие вставки следует выбирать с таким расчетом, чтобы вставка плавилась раньше, чем температура превысит допустимое значение для проводки, во избежание возгорания. Плавкие вставки срабатывают практически мгновенно, защищая сети и нагрузку от выхода из строя, разрушения и воспламенения – это их основное достоинство. К недостаткам таких предохранителей можно отнести необходимость замены в том случае, если он сработал. Автомат защиты тогда достаточно просто взвести (включить).

Автоматические выключатели предназначены для защиты от токов короткого замыкания и перегрузки электрических линий и приемников энергии, для включений и отключений линий и приемников энергии.

Автоматический выключатель состоит из следующих частей (см. рис. 3):

• контактной системы – предназначена непосредственно для коммутации электрических цепей.

• Механизма свободного расцепления – позволяет производить переключения автоматически или вручную.

• Расцепителей (электромагнитный и тепловой) – обеспечивают отключение автоматического выключателя при перегрузках и коротких замыканиях (тепловой и электромагнитный соответственно).

• дугогасительной камеры – способствует гашению электрической дуги.

Работа теплового расцепителя основана на тепловом действии тока: при прохождении тока превышающего номинальный, биметаллическая пластина нагревается, и за счет разницы коэффициента теплового расширения металлов из которого она состоит, изгибается и воздействует на механизм свободного расцепления. Электромагнитный расцепитель действует подобно реле с якорем: при протекании тока КЗ якорь, приводимый в движение электромагнитным полем, воздействует на механизм свободного расцепления;

Рис. 3. Внутреннее устройство автоматического выключателя

1 – катушка электромагнитного расцепителя; 2 – дугогасительная камера; 3 – главные контакты; 4 – корпус; 5 – клемма подключения; 6 – биметаллическая пластина теплового расцепителя.

Автоматические выключатели выпускаются в одно-, двух-, трех- и четырехполюсном исполнении

Двухполюсные автоматические выключатели общего применения служат для защиты силовых, осветительных и других электроустановок. Они предназначены для ручного включения и автоматического или ручного отключения электрических потребителей под нагрузкой. Автоматические выключатели двухполюсного исполнения применяются, как правило, в цепях постоянного тока до 63 А. Крепятся такие выключатели на колодке, рейке или панели.

Трехполюсные (трехфазные) автоматические выключатели общего применения служат для защиты силовых, осветительных и других электроустановок, а также электродвигателей от аварийных режимов, коротких замыканий, перегрузок по току и понижения напряжения. Они предназначены для ручного включения и автоматического или ручного отключения электрических потребителей под нагрузкой. Автоматические выключатели трехполюсного исполнения применяются в цепях переменного тока с трехфазной нагрузкой (например, асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором). Расцепители могут встраиваться в один, два или три полюса в зависимости от типа исполнения автомата.

Четырехполюсные автоматические выключатели общего применения служат для защиты силовых, осветительных и других электроустановок, а также электродвигателей от аварийных режимов, коротких замыканий и перегрузок по току. Они предназначены для ручного включения и автоматического или ручного отключения электрических потребителей под нагрузкой. Автоматические выключатели четырехполюсного исполнения применяются в цепях переменного тока с трехфазной нагрузкой. Расцепители могут встраиваться в один, два или три полюса в зависимости от типа исполнения автомата.

Принцип действия автоматического выключателя

При перегрузках в защищаемой цепи протекающий ток нагревает биметаллическую пластину. При нагреве пластина изгибается и толкает рычаг, воздействующий на механизм свободного расцепления. Выдержка времени отключения уменьшается с ростом тока. При этом подвижный контакт отходит от неподвижного, автомат выключается, происходит разрыв цепи, тем самым цепь защищается от перегрузок и токов короткого замыкания. При перегрузках и токах короткого замыкания отключение выключателя производится независимо от того, удерживается ли рукоятка управления во включенном положении.

При пробое изоляции на корпус образуется цепь с очень малым сопротивлением: фаза – корпус – нулевой провод – фаза, т.е. петля «фаза – ноль». Возникающий в цепи ток резко возрастает, в результате чего срабатывает максимальная токовая защита (плавкая вставка предохранителя, автоматический выключатель), эффективно отключающая поврежденный участок сети. Плавкая вставка перегорает примерно через 6 с, автомат отключает сеть через 2 с. В течение этого времени защита персонала от поражения током обеспечивается за счет наличия защитного заземления нейтрали трансформатора. Для схемы зануления необходимо наличие в сети нулевого провода, заземления нейтрали источника и повторного заземления нулевого провода.

Назначение нулевого провода – создание для тока КЗ цепи с малым сопротивлением, чтобы ток был достаточным для срабатывания защиты, т.е. быстрого отключения поврежденной установки от сети.

Назначение повторного заземления нулевого провода, которое для воздушных сетей осуществляется через каждые 250 м, состоит в уменьшении потенциала зануленных корпусов при обрыве нулевого провода и замыкания фазы на корпус за местом обрыва. Поскольку повторное заземление значительно уменьшает опасность поражения током, но не устраняет ее полностью, поскольку необходима тщательная прокладка нулевого провода, чтобы исключить обрыв. Нельзя ставить в нулевом проводе предохранители, рубильники и другие приборы, нарушающие целостность нулевого провода.

Назначение заземления нейтрали – снижение до минимального значения напряжения относительно земли нулевого провода и всех присоединенных к нему корпусов при случайном замыкании фазы на землю.

Значение тока короткого замыкания определяется формулой

, (1)

где R_ТР. – сопротивление одной фазы трансформатора,

R_Ф и R₀ – сопротивления соответственно фазного и нулевого проводов.

Величина сопротивления петли без учета обмотки питающего трансформатора определяется по формуле

. (2)

В этом случае выражение (1) принимает вид:

(3)

Так как сопротивление фазной обмотки трансформатора или генератора и сопротивление фазного провода представляет весьма малую величину (десятые доли Ом), поэтому большое значение тока короткого замыкания обеспечивает цепь зануления и нулевой провод. Для большинства сетей величина сопротивления петли «фаза – ноль» составляет 0,2–2,0 Ом. Таким образом, для сети напряжением 220 В I_к.з = 110...1100 А. Очевидно, что при таком токе защита должна сработать.