Министерство образования и науки российской федерации

_______________

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Методические указания к лабораторной работе № 5

по курсу «Безопасность жизнедеятельности»

ПЕНЗА 2013

УДК

П

Работа содержит необходимую терминологию, теоретические основы, методики определения параметров. В заключении даны контрольные вопросы для самостоятельной проверки усвоения теоретического материала.

Методические указания предназначены для студентов всех специальностей и форм обучения, а также могут быть использованы для выполнения научно-исследовательских студенческих работ.

Ил. 3, табл. 3, библиогр. 1 назв.

Автор-составитель: к.т.н., доцент Д.П. Грузин.

Научный редактор: д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Техносферная безопасность» Н. Н. Вершинин

Рецензент: д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Защита в чрезвычайных ситуациях» ПФ РГУ ИТП В. А. Казаков

Содержание

СОДЕРЖАНИЕ 3

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 4

II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 8

2.1. Описание лабораторного стенда 8

2.2. Содержание работы 10

2.3 Порядок выполнения работы 10

2.4. Содержание отчета 15

Контрольные вопросы и примеры 17

Литература 17

Приложение 1 18

Приложение 2 19

Приложение 3 20

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе № 5

по курсу «Безопасность жизнедеятельности»

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Цель работы – Оценка эффективности защитного заземления в трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью (IT) и в трехфазной четырехпроводной сети с глухозаземленной нейтралью (TN) напряжением до 1000 В.

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Опасность поражения человека электрическим током определяется величиной протекающего через тело человека тока. В общем случае величина этого тока зависит от схемы прикосновения человека к электрической сети, ее напряжения, схемы самой сети и рода тока, режима нейтрали сети, наличия защитных средств.

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с заземляющим устройством открытых проводящих частей электроустановок (например, корпусов электрооборудования), которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциала и т.п.).

Замыкание на корпус  случайный электрический контакт между токоведущими частями и открытыми проводящими частями электроустановки.

Назначение защитного заземления  устранение опасности пора­жения электрическим током в случае прикосновения к корпусу и дру­гим открытым проводящим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением.

Область применения защитного заземления  трехфазные трехпро­водные сети до 1000 В с изолированной нейтралью и выше 1000 В с любым режимом нейтрали.

Нейтраль – общая точка соединенных в звезду обмоток (элементов электрообрудования).

Изолированная нейтраль – нейтраль трансформатора или генератора, неприсоединенная к заземляющему устройству или присоединенная к нему через большое сопротивление приборов сигнализации, измерения, защиты и других аналогичных им устройств.

Глухозаземленная нейтраль – нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная непосредственно к заземляющему устройству. Глухозаземленным может быть также вывод источника однофазного переменного тока или полюс источника постоянного тока в двухпроводных сетях, а также средняя точка в трехпроводных сетях постоянного тока.

Принцип действия защитного заземления  снижение напряжения между корпусом электроустановки, оказавшимся под напряжением, и землей до безопасного значения. Защитное заземление выполняется путем подсоединения корпуса электроустановки к заземляющему устройству, состоящему из искусственного или естественного заземлителей, выполненных из металла или других токопроводящих материалов и имеющим электрический контакт с грунтом.

Поясним это на примере трехфазной трехпроводной сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью.

Рис.1. Прикосновение человека к изолированному от земли корпусу при замыкании на него фазного проводника при отсутствии защитного заземления

Если корпус электроустановки не заземлен и он оказался в контакте с фазным проводником, то прикосновение человека к такому корпусу равносильно прикосновению к фазному проводнику (рис.1). В этом случае ток, проходящий через человека (I_h), будет определяться по формуле (без учета реактивных составляющих, что характерно для молопротяженных сетей и при отсутствии паде­ния напряжения на сопротивлении основания, на котором стоит чело­век ):

, (1)

где U_ф  фазное напряжение сети, В; R_h,  сопротивление тела человека, Ом (R_h = 1000 Ом); r  сопротивление изоляции проводников относи­тельно земли, Ом.

Напряжение, под которым окажется человек, прикоснувшийся к корпусу (напряжение прикосновения), определяется формулой:

Если же корпус электроустановки заземлен, то при замыкании на него фазного проводника (рис.2) через заземление пойдет ток I_з, значение которого зависит от r и сопротивления заземления корпуса r_з и определяется выражением:

(2)

Напряжение корпуса относительно земли в этом случае будет равно:

(3)

где U_з  напряжение на заземлителе, В

а напряжение прикосновения:

где ₁  коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий форму потенциальной кривой и расстояние до заземлителя; ₂  коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий падение напряжения на сопротивлении основания, на котором стоит человек.

Ток через человека, касающегося корпуса при самых неблагоприятных условиях (₁ = ₂ = 1), будет

(4)

Рис.2. Принципиальная схема защитного заземления в сети с изолированной нейтралью

Сопротивление заземляющего устройства выбирается таким, что­бы напряжение прикосновения не превышало допустимых значений. Для электроустановок напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью наибольшие допустимые значения r_з составляют 10 Ом при суммарной мощности генераторов или трансформаторов, питающих данную сеть не более 100 кВА; а в остальных случаях r_з не должно превышать 4 Ом.

В сети с глухозаземленной нейтралью (рис.3) при замыкании фазного проводника на корпус по цепи, образовавшейся через землю, будет проходить ток

,

где r₀  сопротивление заземления нейтрали, Ом.

При этом фазное напряжение распределится между r_з и r₀, т.е. U_з= I_зr_з; U₀= I_зr₀; U_з + U₀ = U_ф.

Таким образом, напряжение корпуса относительно земли зависит от соотношения сопротивлений r₀ и r_з. При равенстве r₀ и r_з напряжение на заземленном корпусе будет:

Рис.3. Защитное заземление в сети с глухозаземленной нейтралью

Это напряжение является опасным для человека, поэтому в сети напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью защитное заземление не применяется.