доцент Редькин Б.А.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а Оценка эффективности действия зануления Методические указания

Цель работы

1. Изучить теоретические основы действия зануления.

2. Получить навыки по измерению и оценке эффективности действия зануления.

Учебные вопросы:

1. Теоретические основы, защитного зануления.

2. Провести стендовые измерения эффективности действия зануления в сети.

Порядок выполнения работы

1. Законспектировать теоретические основы действия зануления.

2. Изучить лабораторный стенд,

3. Получить у преподавателя исходные данные для оценки.

4. Подготовить измерение показателей в соответствии с заданием,

5. Подготовить принципиальные схемы исследуемых режимов.

6. Сделать выводы по каждому разделу измерений

1.Теоретические основы

Зануление -преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей электроустановки или другого оборудования, которое может оказаться под напряжением в результате нарушения изоляции, с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока в трехфазных сетях, с глухо-заземленным выводом обмотки источника тока в однофазных сетях и с глухозаземленной средней точкой обмотки источника энергии в сетях постоянного тока с помощью нулевого защитного проводника.

Нулевой защитный проводник следует отличать от нулевого рабочего проводника, который служит для питания током электроприемников, т.е. является частью цепи рабочего тока и по нему проходит рабочий ток.

Зануление предназначено для устранения опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим металлическим нетоковедущим частям, оказавшихся 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. замыкание между фазным и нулевым защитным проводниками) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. Кроме того, поскольку зануленные корпуса заземлены через нулевой защитный проводник (см. рис. 1),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 их напряжение относительно земли.

Рис. 1 Принципиальная схема зануления, в трехфазной сети до 1кВ.

1 -корпус электроустановки;

2 -аппараты зашиты от токов короткого замыкания (KЗ), (предохранители, автоматические выключатели и т.п.);

R^k₀ -сопротивление заземления нейтрали обмотки источника тока;

R^k_n-сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника;

J^k_k -защитный ток HЗ^k;

J^k_H -часть тока HЗ^k, протекающего через нулевой защитный проводник;

J^k_з; -часть тока КЗ, протекающего через землю.

Нулевой защитный проводник в схеме зануления обеспечивает необходимое для отключения установки значение тока короткого однофазного замыкания путем создания для этого тока цепи с малым сопротивлением.

Для того, чтобы понять необходимость нулевого защитного проводника, давайте представим трехфазную сеть с защитным заземлением и заземленной нейтралью (рис. 2).

Рис 2. Обоснование необходимости нулевого проводника в трехфазной сети с напряжением до 1 кВ.

\

При замыкании фазы на корпус по цепи, образовавшейся через землю, будет проходить ток

где U_ф -фазное напряжение, В;

R₀иR_k- сопротивление нейтрали и корпуса, Ом.

В результате протекания тока через R_kв землю на корпусе возникает напряжение относительно землиU_k, В. Равное падению напряжения на сопротивленииR_k:

A

При таком токе корпус может оказаться под напряжением

В

что создает угрозу поражения людей, прикоснувшихся к корпусу, до тех пор, пока установку не отключат в ручную.

Чтобы устранить эту опасность, надо обеспечить быстрое автоматическое отключение установки, т.е. увеличить ток, проходящий через защиту, что достигается уменьшением сопротивления цепи этого тока путем введения в схему нулевого защитного проводника соответствующей проводимости, как это показано ранее (рис.1, НЗ).

Повторное заземление нулевого защитного проводника позволяет снизить напряжение относительно земли зануленных конструкций в период замыкания фазы на корпус как при исправной схеме зануления, так и в случае обрыва нулевого защитного проводника. Для того чтобы понять его необходимость, давайте представим трехфазную сеть только нулевым защитным проводником (четырех проводную сеть) с глубоко заземленной нейтралью и несколькими электроустановками (рис.3).

При замыкании фазы на корпус участок нулевого защитного проводника, находящийся за местом замыкания, и все присоединенные к нему корпуса (в точке N) окажутся под напряжением относительно земли

где I_k- ток КЗ, проходящий по петле фаза -нуль.A;

Z_к.з.- полное сопротивление участка нулевого защитного проводника, обтекаемого токомI_k, Ом (т.е. участкаMN):

На другом участке нулевого защитного проводника (ближе к источнику энергии) напряжение будет изменяться от U_kдо О по прямой линии.

Рис.3. Замыкание на корпусе в сети, не имеющей повторных заземлений нулевого защитного проводника

Эти напряжения будут существовать в течение аварии, т.е., с момента замыкания на фазу до автоматического отключения поврежденной установки от сети.

Если принять R_к.з.≤2R_k(что обычно имеет место в практике), тоU_н≤2/3U_ф. Так в сетиU_ф=220 ВR_kсоставит 147В (2/3 220),что создает реальную угрозу поражения людей электротоком. Чтобы уменьшить это сопротивление до безопасного напряжения (40В) потребуется сечение нулевого защитного проводника увеличить в 4,25раза, что, безусловно, экономически нецелесообразно.

Поэтому необходимо дополнительно в сеть нулевого защитного проводника подключить повторное заземление (как показано пунктиром), что позволит снизить U_kдо значения. 40 В

где -ток, стекающий в землю через сопротивление,A;

-падение напряжения в нулевом защитном проводнике на участкеMN;

R₀- сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом,

При одинаковых значениях и= 4 Ом получим, это в 2раза меньше, чем при отсутствии повторного заземления. При уменьшении, или увеличении количества повторных заземленийможно снизить до требуемых значений.

В случае обрыва нулевого защитного проводника при наличии повторного заземления напряжение зануленных корпусов, находящихся за местом обрыва, снизится до

А на корпусах, присоединенных к нулевому защитному проводнику до места обрыва, приобретут напряжение относительно земли

Во всех случаях , то есть напряжения после обрыва и до места обрыва в сумме будут равны фазному напряжению.

Поэтому требуется тщательная прокладка нулевого защитного проводника, чтобы исключить возможность его обрыва. Кроме того, в нем не допускается установка выключателей, предохранителей и других приборов, способных нарушить его целостность.

Таким образом, зануление осуществляет два защитных действия: быстрое автоматическое отключение поврежденной установки от питающейся сети и снижение напряжения зануленных металлических нетоковедущих частей, оказавшихся под напряжением, относительно земли. При этом, отключение осуществляется лишь при замыкании на корпус, а снижение напряжения на зануленных металлических нетоковедущих частях.

Защитное зануление обычно применяется в трехфазных четырех проводных сетях до 1кВ с глухозаземленной нейтралью, в том числе наиболее распространенных сетях напряжением 380 / 220,В., а также сетях 220/127и 660 / 380В. Зануление применяется и в трех проводных сетях постоянного тока с глухо-заземленной средней точкой обмотки источника энергии, а так же однофазных двухпроводных сетях переменного тока с глухо-заземленным выводом обмотки источника тока.