Лабораторная работа №2

МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Ордена Трудового Красного Знамени

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики»

Кафедра «экологии и безопасности жизнедеятельности»

Лабораторная работа № 2

по курсу

«Безопасность жизнедеятельности»

“Исследование эффективности действия защитного заземления и зануления”

Выполнили:

студенты группы БВТ2101

Юдин Артем Андреевич

Москва

2024

Цель работы:

1. Исследовать зависимость общего сопротивления заземляющего устройства и коэффициента использования от числа заземлителей, а также от отношения расстояния между заземлителями к длине заземлителя l.

2. Исследовать эффективность действия защитного заземления и зануления в трехфазных сетях переменного тока напряжением до 1000 В с различными режимами нейтрали.

Задание:

Провести расчеты силы тока для каждого случая представленного в нижеприведенной таблице (т. 1).

Таблица 1 – Таблица расчетных данных для 3 варианта.

№	ρ, Ом/м	l, м	d, м	h, м	Сопротивление заземляющего устройства, Rз, Ом
					Количество заземлителей n, шт
					1	2	3	4	5
3	60	3	0,045	0,7	-	10,04	7,49	6,38	5,9

Схема установки:

Рис 1. Не заземленный корпус в контакте с фазным проводом

Рис 2. Заземленный корпус в контакте с фазным проводом

Выполнение:

Рассчитаем сопротивление одиночного заземлителя:

Рассчитаем коэффициент использования заземлителей:

Получим экспериментальные данные.

Рис. 3 – Схема измерения сопротивления заземляющего устройства.

Заполним таблицу.

Таблица 2 – Полученные результаты расчета коэффициента использования заземлителей.

Количество заземлите- лей n, шт.			1	2		3	4	5
Rз (расч) , Ом			14,75	10,04		7,49	6,38	5,9
η (расч)			1	0,73		0,66	0,58	0,5
U (эксп) , В	a/l	1	169,7		99,8	70,7	56,6	48,5
		2	169,7		94,3	66,5	53	45,2
		3	169,7		89,3	62,8	48,8	39,9
Rз (эксп), Ом	a/l	1	16,97		9,98	7,07	5,66	4,85
		2	16,97		9,43	6,65	5,3	4,52
		3	16,97		8,93	6,28	4,88	3,99
η (эксп)	a/l	1	1		0,85	0,8	0,75	0,7
		2	1		0,9	0,85	0,8	0,75
		3	1		0,95	0,9	0,87	0,85

Построим графики полученных результатов:

Рис. 4 – График коэффициента использования заземлителя

Чем больше заземлителей, тем меньше коэффициент их использования.

Чем выше отношение a/l , тем меньше коэффициент использования заземлителей.

Рассчитаем ток и напряжение в сети, в которой человек прикасается к корпусу электроустановки. (Изолированная нейтраль)

Тогда, если корпус не заземлен:

При R_из = 3,6 кОм:

При R_из = 500 кОм:

Теперь рассчитаем, если корпус заземлен:

При R_из = 3,6 кОм:

При R_из = 500 кОм:

Теперь измерим экспериментально.

Рис. 5 – Схема сети с ИН.

Таблица 3 – Полученные результаты при измерении тока, проходящего через человека, и напряжения.

	Rиз, кОм	n	Uрасч, В	Ih расч, mA	Uэксп, В	Ih эскп, mA
Корпус не заземлён	3,6	-	100	100	100	100
	500	-	1,3	1,3	1,3	1,3
Корпус заземлён	3,6	1	2,67	2,67	35	22,7
		2	1,82	1,82	18	10,7
		3	1,36	1,36	13,1	7,6
		4	1,16	1,16	10,6	6,1
		5	1,08	1,08	9,1	5,2
	500	1	0,02	0,02	0,3	0,3
		5	0,01	0,01	0,1	0,1

Измерим ток и напряжение в сети, в которой человек прикасается к корпусу электроустановки. (Заземленная нейтраль)

Рис. 6 – Схема сети с ЗН. (Заземление)

Таблица 4 – Измеренные значения тока и напряжения для сети с заземленной нейтралью (Заземление)

Rз, Ом Iср, А		30	26	24	20	18	14	10	4
10	U, В	194,12	190,67	188,57	183,33	180	171,11	157,14	110
	I, А	6,47	7,33	7,86	9,17	10	12,22	15,71	27,5
	Ih, мА	0,1941	0,1907	0,1886	0,1833	0,1800	0,1711	0,1571	0,1100
20	U, В	194,12	190,67	188,57	183,33	180	171,11	157,14	110
	I, А	6,47	7,33	7,86	9,17	10	12,22	15,71	27,5
	Ih, мА	0,1941	0,1907	0,1886	0,1833	0,18	0,1711	0,1571	0,11
30	U, В	194,12	190,67	188,57	183,33	180	171,11	157,14	110
	I, А	6,47	7,33	7,86	9,17	10	12,22	15,71	27,5
	Ih, мА	0,1941	0,1907	0,1886	0,1833	0,18	0,1711	0,1571	0,11

Теперь измерим значения тока и напряжения для сети с заземленной нейтралью при занулении.

Рис. 7 – Схема сети с ЗН. (Зануление)

Таблица 5 – Измеренные значения тока и напряжения для сети с заземленной нейтралью (Зануление)

Inом, А	10	20	30
In(ф-0), А	30	60	90
Uк, В	110	110	110

Измерим значения тока и напряжения для аварийного режима сети при занулении.

Рис. 8 – Установка зануления АР сети

Таблица 6 – Измеренные значения тока, проходящего через корпус, и напряжения на корпусе установки для сети в аварийном режиме при отсутствии заземления нейтрали							Таблица 7 – Измеренные значения токов, протекающих через нейтраль и человека для сети при аварийном режиме
Rзам, Ом	188	421	657			Rзам, Ом		188	421	657
In(ф-0), А	0,19	0,15	0,13			IR0, А		1,14	0,52	0,33
Uк, В	185,19	154,82	132,77			Ih, мА		4,57	2,06	1,33

Измерим напряжение на корпусе относительно земли

Рис. 9 – Установка зануления. Обрыв НЗП.

Таблица 8 – Измеренные значений напряжения на корпусе относительно земли до и после срабатывания защиты

Iср, А	10	15	30
До срабатывания защиты Uк, В	0	0	-
После срабатывания защиты Uк, В	110	110	-
Срабатывание защиты «+» «-»	110	110	-

При 30А защита не сработала.

Выводы:

В ходе лабораторной работы мы изучили зависимость общего сопротивления заземления и коэффициента использования от количества заземлителей, а также от соотношения расстояния между заземлителями a и длины заземлителя l. Мы также исследовали эффективность заземления и зануления в трехфазных системах переменного тока напряжением до 1000 В с разными режимами нейтрали.

Контрольные вопросы:

1. Что такое защитное заземление, его назначение, устройство и принцип действия?

Защитное заземление является важной мерой безопасности в электроустановках. Оно предназначено для защиты людей от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции и появления напряжения на корпусе оборудования. Защитное заземление обеспечивает снижение напряжения между корпусом оборудования и землей, что позволяет уменьшить опасность поражения электрическим током.

Устройство защитного заземления включает в себя заземлитель и заземляющие проводники. Заземлитель представляет собой совокупность металлических электродов, погруженных в грунт и соединенных между собой. Заземляющие проводники — это провода, соединяющие оборудование с заземлителем.

Принцип действия защитного заземления основан на создании пути с низким сопротивлением для электрического тока. При замыкании фазы на корпус оборудования, электрический ток начинает протекать по заземляющим проводникам и уходит в землю, не причиняя вреда человеку. Благодаря этому, напряжение на корпусе оборудования снижается до безопасного уровня.

2. В каких сетях целесообразно применять защитное заземление?

Защитное заземление целесообразно применять в любых электрических сетях, где есть риск поражения электрическим током. Это может быть как бытовая сеть напряжением 220 В, так и промышленные сети напряжением до 1000 В. Защитное заземление помогает снизить напряжение на корпусе оборудования и предотвратить поражение электрическим током в случае аварии.

3. Уметь показать путь тока и знать, как определяется величина тока через человека, прикоснувшегося к корпусу электроустановки в период замыкания фазы на корпус:

А) если корпус не заземлен:

Б) если корпус заземлен:

4. Какова допустимая, по ПУЭ, величина сопротивления защитного заземления в электроустановках до 1000 В?

ПУЭ не устанавливает конкретной величины сопротивления защитного заземления для электроустановок до 1000 В. Однако, сопротивление заземления должно быть таким, чтобы обеспечить безопасность людей и оборудования в случае возникновения аварийных ситуаций. Обычно сопротивление заземления должно быть не более 4 Ом.

5. Что такое явление экранирования заземлителей?

Явление экранирования заземлителей — это снижение эффективности заземлителя из-за близости других объектов, имеющих большое сопротивление. Это может происходить, например, когда заземлитель находится рядом с бетонным фундаментом здания или другим объектом, который не проводит электричество. Экранирование может снизить эффективность заземлителя и увеличить риск поражения электрическим током.

6. Как определяется коэффициент использования заземлителей?

Коэффициент использования заземлителей определяется на основе анализа конкретной электроустановки и ее параметров. Он учитывает такие факторы, как количество и расположение заземлителей, тип грунта, а также характеристики оборудования. Для определения коэффициента использования заземлителей могут использоваться специальные программы и методики расчета.

7. Что такое зануление, его назначение и принцип действия?

Зануление — это система защиты, которая используется в электроустановках напряжением до 1 кВ. Она предназначена для обеспечения безопасности людей и предотвращения пожаров в случае замыкания фазы на корпус электроустановки или на землю.

Зануление состоит из трех основных элементов: нулевого защитного проводника, нулевого рабочего проводника и устройства защиты от короткого замыкания и перегрузки. Нулевой защитный проводник соединяет корпус электроустановки с землей, а нулевой рабочий проводник - с источником питания. Устройство защиты обеспечивает отключение электроустановки в случае возникновения короткого замыкания или перегрузки.

Принцип действия зануления основан на том, что при замыкании фазы на корпус или землю возникает ток короткого замыкания, который вызывает срабатывание устройства защиты и отключение электроустановки от источника питания. Это предотвращает поражение электрическим током людей и предотвращает возникновение пожаров.

8. В каких сетях целесообразно применять зануление?

Зануление целесообразно применять в сетях, где есть опасность поражения электрическим током, например, в бытовых электросетях. Оно также может использоваться в промышленных электросетях, где необходимо обеспечить высокую степень безопасности.

9. Назначение нулевого защитного проводника при занулении?

Нулевой защитный проводник предназначен для соединения корпуса электроустановки с землей и обеспечения безопасности людей в случае короткого замыкания или утечки тока.

10. Назначение заземления нейтрали при занулении?

Заземление нейтрали при занулении предназначено для обеспечения безопасности людей и предотвращения поражения электрическим током в случае короткого замыкания или утечки тока на землю.

11. Назначение повторного заземления нулевого защитного проводника?

Повторное заземление нулевого защитного проводника предназначено для повышения безопасности системы зануления и обеспечения надежной защиты от поражения электрическим током в случае обрыва нулевого проводника или его неисправности.

12. От чего зависит и как определяется величина тока короткого замыкания, необходимого для срабатывания защиты, при замыкании фазы на зануленный корпус?

, где I_кз – аварийный ток короткого замыкания,

R_n(ф-n) – сопротивление «петли фаза-нуль»,

I_ном – номинальный ток срабатывания защиты,

К – коэффициент кратности тока.

Защита срабатывает при достаточно низком сопротивлении петли «фаза-нуль».

Почему я такой чудной человек? Я же должен был стать адекватом, а не вот это вот всё. Я просто хотел сделать всё красиво, а получилось, всё как всегда. Мне хочется, чтобы в будущем у меня было много детей от одной женщины. Самой лучшей в мире, разумеется, для меня.