_методички / БЖД / Оценка-8.28

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ И ЗАНУЛЕНИЯ

ОМСК 2010

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта Омский государственный университет путей сообщения

––––––––––––––––––––––––––––

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ И ЗАНУЛЕНИЯ

Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве методических указаний к лабораторной работе по курсу «Безопасность жизнедеятельности»

Омск 2010

УДК 658ю38(075.8) ББК 65.247я73

О93

Оценка эффективности действия защитного заземления и зануления:

Методические указания к лабораторной работе по курсу «Безопасность жизнедеятельности» / Ю. Н. Хмельницкий, А. А. Кообар, Б. В. Мусаткина, Е. Н. Рыжкова; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2010. 30 с.

Приведены теоретические сведения о защитном заземлении и занулении, описана методика расчета защитного заземления. Даны практические рекомендации по измерению параметров защитного заземления и зануления.

Предназначены для студентов четвертого и пятого курсов очной и заочной форм обучения, могут использоваться слушателями Института повышения квалификации и переподготовки.

Библиогр.: 4 назв. Табл. 8. Рис. 4. Прил. 4.

Рецензенты: доктор физ.-мат. наук, профессор И. И. Гончар; канд. техн. наук, доцент А. В. Солдаткин.

––––––––––––––––––––––––––

© Омский гос. университет путей сообщения, 2010

4.Расчет защитного заземления………………………..…………...……... 20

5.Контрольные вопросы……………………………………………...……. 24

3

ВВЕДЕНИЕ

Современное развитие техники и промышленно-технического комплекса страны сопровождается непрерывным повышением уровня потребления электрической энергии, совершенствованием применяемого электрооборудования, поиском новых технических решений при создании электроустановок (ЭУ).

Сувеличением разнообразия ЭУ повысилась их потребляемая мощность

иопасность поражения током. В настоящее время в России ежегодно от поражения электрическим током погибает более 4,5 тысячи человек. Обеспечение безопасности является важнейшей задачей при разработке, монтаже и эксплуатации ЭУ.

Наиболее распространенными техническими решениями, обеспечивающими безопасность ЭУ, являются защитное заземление и зануление нетоковедущих металлических частей ЭУ.

Заземляющие устройства являются неотъемлемой частью ЭУ напряжением как до 1000 В, так и более 1000 В. Зануление в свою очередь является неотъемлемой частью ЭУ напряжением до 1000 В, прежде всего это относится к ЭУ зданий и сооружений. Одной из основных функций заземления и зануления открытых проводящих частей (корпусов) ЭУ является защита обслуживающего персонала от поражения электрическим током.

Внастоящих методических указаниях приведено описание лабораторной работы по оценке эффективности действия защитного заземления и зануления.

Отчет по лабораторной работе оформляется в соответствии с СТП ОмГУПС-1.2-2005 (Работы студенческие учебные и выпускные квалификационные. Общие требования и правила оформления текстовых документов) и сдается преподавателю не позднее следующего занятия. К отчету прилагается черновик, подписанный преподавателем в день выполнения работы.

5

Лабораторная работа

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ И ЗАНУЛЕНИЯ

Ц е л ь р а б о т ы: оценить эффективность действия защитного заземления в электроустановках, питающихся от трехфазных трехпроводных сетей с изолированной нейтралью и от трехфазных пятипроводных сетей с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В; зануления в трехфазной пятипроводной сети с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом (вода реки или моря, каменный уголь в пласте и т. п.) металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус или по другим причинам.

Замыканием на корпус называется случайное электрическое соединение токоведущей части с металлическими нетоковедущими частями электроустановки.

Назначение защитного заземления – устранение опасности поражения током в случае прикосновения человека к корпусу установки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус.

Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжения прикосновения и шага, обусловленного замыканием на корпус или другими причинами. Это достигается уменьшением потенциала заземленного оборудования (сопротивления заземлителя), а также выравниванием потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования.

Защитное заземление (рис. 1) следует отличать от рабочего заземления – преднамеренного заземления с землей отдельных точек электрической цепи (например, нейтральных точек обмоток генераторов, трансформаторов), а также фазы при использовании земли в качестве фазного или обратного провода.

6

Защитному заземлению подлежат металлические нетоковедущие части электрооборудования, которые вследствие неисправности изоляции и других причин могут оказаться под напряжением и к которым возможно прикосновение людей и животных.

Рис. 1. Принципиальные схемы защитного заземления в сетях трехфазного тока с изолированной нейтралью до 1000 В и более (а) и с заземленной нейтралью более 1000 В (б): 1 – заземленное оборудование; 2 – заземлитель защитного заземления; r0 и r3 – сопротивление рабочего и защитного заземлений; Z1 – Z 3 – комплексные сопротивления изоляции фазных проводов относительно земли

В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных, а также в наружных установках заземление обязательно при номинальном напряжении электроустановки более 42 В переменного тока и 110 В постоянного тока, в помещениях без повышенной опасности – при напряжении 380 В и более переменного тока и 440 В и более постоянного тока.

Зануление – преднамеренное электрическое соединение металлических токоведущих частей электроустановки, которые могут оказаться под напряжением, с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока в трехфазных сетях.

Принципиальная схема зануления представлена на рис. 2.

Проводник, обеспечивающий указанные соединения зануляемых частей с глухозаземленными нейтральной точкой, выводом и средней точкой обмоток источников тока, называется нулевым защитным проводником (PE-провод- ником). Нулевой защитный проводник следует отличать от так называемого нулевого рабочего проводника (N-проводника), который также соединен с

7

глухозаземленными нейтральной точкой, выводом и средней точкой обмоток источников тока, но предназначен для питания током электроприемников, т. е. является частью цепи рабочего тока и по нему проходит рабочий ток.

rп

Iз

Рис. 2. Принципиальная схема зануления в трехфазной сети до 1000 В:

1 – корпус электроустановки (электродвигатель, трансформатор и т. п.); 2 – аппараты защиты от токов КЗ (предохранители, автоматические выключатели и т. п.); rо – сопротивление заземления нейтрали обмотки источника тока; rп – сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника; Iк – ток КЗ; Iк, Iз – часть тока КЗ, протекающего через нулевой защитный

проводник и землю

Проводник в электроустановках напряжением до 1000 В, совмещающий функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников, называется сов-

мещенным нулевым защитным и нулевым рабочим проводником (PEN-

проводником).

Назначение зануления – устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и к другим металлическим токоведущим частям, оказавшимся под напряжением относительно земли вследствие замыкания на корпус и по другим причинам. Принцип действия зануления – превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (т. е. в замыкание между фазным и нулевым защитным проводниками) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. В качестве такой защиты применяются плавкие предохранители или автоматические выключатели максимального тока, устанавливаемые для защиты от тока короткого замыка-

8

ния (КЗ); магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой, осуществляющие защиту от перегрузки; автоматические выключатели с комбинированными расцепителями, обеспечивающие защиту одновременно от тока короткого замыкания и перегрузки.

Кроме того, поскольку зануленный корпус (другие токоведущие металлические части) одновременно заземлен через нулевой защитный проводник, то в аварийный период, т. е. с момента возникновения замыкания на корпус и до автоматического отключения поврежденной электроустановки от сети, проявляется защитное свойство этого заземления, как при защитном заземлении. Иначе говоря, заземление корпусов через нулевой проводник снижает в аварийный период напряжение прикосновения между корпусом ЭУ и землей.

Таким образом, зануление осуществляет два защитных действия –

быстрое автоматическое отключение поврежденной установки от питающей сети и снижение напряжения зануленных металлических токоведущих частей, оказавшихся под напряжением относительно земли. При этом отключение ЭУ осуществляется лишь при замыкании на корпус, а снижение напряжения – во всех случаях возникновения напряжения на зануленных металлических токоведущих частях, в том числе при замыкании на корпус, при электростатическом и электромагнитном влиянии соседних цепей и т. п.

Область применения зануления – трехфазные четырехпроводные сети до 2000 В с глухозаземленной нейтралью, в том числе наиболее распространенные сети напряжением 380/220 В, а также сети 220/127 и 660/380 В.

Назначение нулевого защитного проводника в схеме зануления – обеспечить необходимое для отключения установки значение тока однофазного короткого замыкания путем создания для этого тока цепи с малым сопротивлением.

Назначение заземления нейтрали обмоток источника тока, питающего сеть до 1000 В, – снижение напряжения зануленных корпусов (следовательно, и нулевого защитного проводника) относительно земли до безопасного значения при замыкании фазы на землю.

Назначение повторного заземления защитного проводника – снижение напряжения относительно земли зануленных конструкций в период замыкания фазы на корпус как при исправной схеме зануления, так и в случае обрыва нулевого защитного проводника.

9

Зануление должно выполняться

впомещениях с повышенной опасностью и в особо опасных в отношении поражения электрическим током, а также вне помещений при напряжении электроустановок, превышающем 42 В переменного тока и 110 В постоянного тока;

впомещениях без повышенной опасности при напряжении электроустановок 380 В и свыше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока;

во взрывоопасных зонах всех классов независимо от напряжения электроустановок.

2.ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Лабораторный стенд представляет собой модель электрической сети с источником питания, электропотребителями, измерительными приборами и со средствами защиты. Общий вид стенда представлен на рис. 3.

В качестве источника напряжения используется трехфазный трансформатор. Стенд включается трехфазным автоматическим выключателем S2 при переводе его в положение «I». При этом загораются индикаторы, расположенные рядом с фазными проводами А, В, С. Режим нейтрали сети изменяется переключателем S1, причем его верхнее положение соответствует режиму заземленной нейтрали, а нижнее – режиму изолированной нейтрали. Нейтральная точка заземляется через сопротивление R0 = 4 Ом. С помощью переключателя S3 подключается нулевой рабочий проводник (N-проводник). Переключатель S4 предназначен для подключения нулевого защитного проводника (РЕпроводника). Верхнее положение переключателей S1 и S2 моделирует пятипроводную сеть, нижнее – трехпроводную.

Сопротивления фазных проводов сети и N-провода относительно земли смоделированы сосредоточенными сопротивлениями RA, RB, RC, RN. В данном стенде моделируется только активная составляющая полного сопротивления, причем изучается случай симметричной проводимости проводов относительно земли, т. е. RA = RB = RC = RN. Значения указанных на стенде сопротивлений (1; 5; 10; 15; 20 кОм) изменяются пятипозиционным переключателем S18.

Электропотребители на мнемосхеме показаны в виде их корпусов (см. рис. 3). Потребители «корпус 1» и «корпус 2» являются трехфазными и подключены к сети через автоматические выключатели. Положение «I» означает