Теория метода исследований

В данной работе предполагается оценить эффективность действия защитного заземления в различных сетях трехфазного перемен­ного тока напряжением не более 1000 В.

Суть оценки эффективности действия защитного заземления заключается в следующем. Если известны значения токов, проходящих через тело человека в случае его касания за корпус без защитного заземления и с защитным заземлением , следовательно и напряжения прикосновения, при касании человека к корпусу незаземленного и заземленного оборудования при пробое какой–либо фазы на корпус, то, взяв отноше­ние указанных величин, можно четко сказать, во сколько раз сила то­ка через тело человека (или напряжение прикосновения) уменьшилась по сравнению с незаземленным оборудованием. Это отношение и будет критерием эффективности, и его можно записать в виде:

(13а)

или с учетом выражения (3):

(13б)

где – соответственно силы тока через тело человека в случае его касания к незаземленному и заземленному электрооборудова­нию, А;

–соответственно напряжения прикосновения в случае касания человека к незаземленному и заземленному электрооборудованию, В.

Таким образом, коэффициент эффективности К_Э показывает, во сколько раз уменьшилась сила тока через тело человека (напряжение прикосновения) в случае касания его к заземленному корпусу по сравнению со случаем касания к незаземленному корпусу. Очевидно, что чем больше значение К_э, тем более эффективно защитное заземление в качестве меры про­тив поражения человека током.

Зная коэффициент эффективности для различных сетей и режимов защиты электрооборудования, можно определить, в какой из сетей рационально применение защитного заземление.

Порядок выполнения работы

Работа разбивается на несколько этапов:

1. Моделируется переключателями В2 и В3 одна из схем трехфазных сетей: сначала трехпроводная с изолиро­ванной нейтралью, затем четырехпроводная с заземленной нейтралью.

2. Для каждой из схем измеряются: сначала напряжение фаз относительно земли U_ф; далее, моделируя корпус электроустановки незаземленным и заземленным, – величина тока замыкания на землю I₃ и напряжение корпуса электроустановки относительно земли U₃ при имитации замыкания фаз на корпус.

3. По приведенным выше формулам вычисляются: силы тока через тело человека и напряжения прикосновения при известных (заданных) величинах сопротивлений рабочего и защитного заземлений R₀ и R₃.

4. По формуле (9) для указанных сетей определяются коэффици­енты эффективности К_Э.

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА

1. В связи с тем, что стенд питается от трехфазной сети пе­ременного тока напряжением 380 В, необходимо строго соблюдать общие требования электробезопасности.

2. Включать установку в сеть разрешает преподаватель, ведущий лабораторные занятия, после проверки у студентов знания работы электрической схемы и порядка подключения приборов, а также порядка включения и выключения органов управления.

3. Перед включением стенда в сеть от общего рубильника необходимо убедиться, что кнопка "Сеть" на передней панели нахо­дится в положении "Откл."

4. После подачи напряжения категорически запрещается прикасаться к проводам (даже если они и изолированы) соединительным зажимам и другим частям электри­ческой цепи находящимся под напряжением.

5. Все переключения приборов производить только при отключенном стенде!

6. При обнаружении каких–либо неисправностей в процессе выполнения работы стенд немедленно отключить от сети и сообщить преподавателю. По окончании работы установку отключить от сети с помощью ручки переключения "'Сеть" в положение "Откл.''.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Прежде чем приступить к выполнению эксперимента необходимо ознакомиться с разделами "Методика эксперимента” и "Требования безопасности труда".

Задание 1. Исследование эффективности защитного заземления

в сети с изолированной нейтралью

Оборудование и принадлежности:

Лабораторный стенд, измерительный комплект, амперметр, вольтметр .

1. Привести стенд в исходное положение, для чего необходимо:

а) тумблеры В2, В3 поставить в положение "Выкл.", при этом моделируется трехфазная трехпроводная схема с изолированной нейтралью;

б) тумблеры В5, В7 поставить в положение "Выкл.", при этом моделируется отсутствие защитного заземления корпуса электроустановки;

в) переключатели В4, В6 поставить в положение "Откл.", при этом моделируется отсутствие замыкания фазных проводов на корпус;

г) ручки имитации сопротивления изоляции фаз R_A, R_B, R_C, R_N поставить в положение, соответствующее варианту, заданному преподавателем;

д) ручки имитации емкости проводов фаз С_A, С_B, С_C, C_N поставить в положение, соответствующее варианту, заданному преподавателем.

2. Снять показания напряжения фаз относительно земли U_ф с по­мощью измерительного комплекта, для чего:

а) переключатель "Сеть" на передней панели лабораторного стенда перевести в положение "Вкл.";

б) рукоятку переключения фаз на передней панели измерительного комплекта перевести в положение "А";

в) зафиксировать показания стрелки вольтметра измерительного комплекта в табл.1;

г) повторить подпункты "б" и "в" для фаз "В" и "С", устанавли­вая рукояткой переключения фаз соответствующие положения.

Внимание! По окончании измерений переключатель "Сеть" уста­новить в положение "Откл.”, а рукоятку переключения фаз измерительного комплекта – в положение "0".

Таблица 1

Измеряемые параметры
Замыкание на корпус фазы	Сила тока замыкания на корпус, IЗ, А	Напряжение корпуса относительно земли UЗ, В	Напряжение фазы относительно земли UФ, В
			A	B	C
Корпус электроустановки не заземлен
A
B
C
Корпус электроустановки заземлен
A
B
C

3. Снять показания напряжения корпуса электроустановки относи­тельно земли U₃ с помощью вольтметра, подключенного к гнездам Гн.9–Гн.10, для чего:

а) переключатель "Сеть" на передней панели лабораторного стенда перевести в положение “Вкл.";

б) переключатель В6 лабораторного стенда установить в положение “А”;

в) произвести имитацию замыкания фазы "А" на корпус нажатием на кнопку Кн.2 "Аварийный режим" и зафиксировать показания вольтметра в табл. 1;

г) повторить подпункты "б" и "в" для фаз "В" и "С", устанавливая переключателем В6 соответствующие положения.

Внимание! По окончании измерений переключатель "Сеть" установить в положение "Откл.”, а переключатель В6 – в исходное положение.

4. Включить тумблер В7, тем самым имитируется наличие защитного заземления корпуса электроустановки в той же самой трехфазной трехпроводной схеме сети с изолированной нейтралью.

5. Заменить вольтметр, показывающий напряжение на корпусе (Гн.9–Гн. 10), на вольтметр с меньшим пределом (7,5 В).

6. Повторить для полученной схемы пункт 4, и резуль­таты измерений занести в табл. 1.

Задание 2. Исследование эффективности защитного заземления в сети с заземленной нейтралью

Оборудование и принадлежности

Лабораторный стенд, измерительный комплект, амперметр, вольтметр.

1. Привести стенд в исходное положение, для чего необходимо:

а) тумблеры В2, В3 поставить в положение "Вкл.", при этом моделируется трехфазная четырехпроводная сеть с заземленной нейтралью;

б) тумблеры В5, В7 поставить в положение "Выкл.", при этом моделируется отсутствие защитного заземления корпуса электроустановки;

в) переключатели В4, В6 поставить в положение "Откл.", при этом моделируется отсутствие замыкания фазных проводов на корпус.

2. Повторить измерения напряжения фаз относительно земли U_Ф, напряжения корпуса электроустановки относительно земли U_З в соответствие с пунктами 2, 3, 4, 5, 6 предыдущего задания, и результаты изме­рений занести в табл. 2.

3. Для измерения напряжения нейтрали относительно земли необходимо переключатель В6 установить в положение " N", далее нажатием кнопки Кн.2 имитировать замыкание нулевого провода на корпус электроустановки и снять показания вольтметра, включенного в гнезда Гн.9–Гн.10. Результаты измерений занести в табл. 2.

Внимание! По окончании всех измерений лабораторный стенд привести в исходное состояние.

Таблица 2

Измеряемые параметры
Замыкание на корпус фазы	Сила тока замыкания на корпус, IЗ, А	Напряжение корпуса относительно земли UЗ, В	Напряжение нейтрали относительно земли UN, В	Напряжение фазы относительно земли UФ, В
				A	B	C
Корпус электроустановки не заземлен
A
B
C
Корпус электроустановки заземлен
A
B
C

Задание 3. Расчет коэффициентов эффективности

На основании полученных экспериментальных данных, табл. 1 и 2, а также на основании заданных значений сопротивления изоляции фаз R, сопротивлений защитного R_З и рабочего R₀ заземлений произвести следующие расчеты и результаты занести в табл. 3.:

1. Рассчитать для трехпроводной сети с изолированной нейтралью:

а) по формуле (8) силу тока через тело человека , коснувшегося корпуса незаземленной электроустановки;

б) по формулам (9) и (4) силу тока через тело человека , кос­нувшегося корпуса заземленной электроустановки, принять₁=0,45; ₂=1;

в) по формуле (3) для обоих случаев напряжения прикосновения;

г) по формулам (13а или 13б) коэффициент эффективности К_Э.

2. Рассчитать для четырехпроводной сети с заземленной нейтралю:

а) по формуле (10) силу тока через тело человека коснувшегося корпуса незаземленного электрооборудования;

Таблица 3

Расчетные параметры	Трехпроводная сеть с изолированной нейтралью		Четырехпроводная сеть с заземленной нейтралю
	Корпус эл.установки не заземлен	Корпус эл.установки не заземлен	Корпус эл.установки не заземлен	Корпус эл.установки заземлен
Ток замыкания на корпус IЗ, А	Формула (8)	Формула (9)	Формула (10)	Формула (11)
Ток через тело человека Ih, А	–	Формула (4)	–	Формула (4)
Напряжение прикосновения Uh	Формула (3)	Формула (3)	Формула (3)	Формула (3)
Коэффициент эффективности КЭ	–	Формула (13, а,б)	–	Формула (13, а,б)

б) по формулам (11) и (4) силу тока через тело человека , кос­нувшегося корпуса заземленного оборудования;

в) повторить подпункты "в" и "г" п. 1.

3. По результатам расчета сделать вывод, в какой из схем наибо­лее эффективно применение защитного заземления.

СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ПО РАБОТЕ

Письменный отчет составляется на листах формата 210х297. Содержание отчета по работе включает в себя следующие обязательные пункты:

– название лабораторной работы,

– формулировка цели работы,

– основные понятия и формулы (2, 3, 5…9)

– схемы исследуемых сетей (рис. 2, 3)

– результаты измерений в виде таблиц (табл. 1, табл. 2),

– результаты расчета в виде таблиц (табл.3).

– окончательные выводы и результаты должны включать в себя оценку, в какой из схем трехфазных сетей до 1000 В применимо защитное заземление и пояснить результатами расчетов.

На титульном листе указать название работы, Ф.И.0. студентов звена, дату проведения, Ф.И.0. преподавателя, принявшего работу.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Что понимается под защитным заземлением?

2. Чем отличается защитное заземление от рабочего?

3. В каких случаях применяется защитное заземление для уста­новок напряжением до 1000 В?

4. Как выбирается допустимое значение сопротивления за­щитного заземления в установках напряжением до 1000 В?

5. Как выбирается допустимое значение сопротивления рабочего заземления в установках напряжением до 1000 В?

6. Какова расчетная величина сопротивления тела человека?

7. Что понимается под напряжением прикосновения?

8. Что понимается под напряжением шага?

9. Как и чем измеряется ток замыкания на землю?

10. Как и чем измеряется напряжение корпуса относительно земли?

11. Как и чем измеряется напряжение фазы относительно земли?

12. Объяснить принцип работы защитного заземления.

13. Что показывает коэффициент эффективности?

Время, отведенное на лабораторную работу

Подготовка к работе	акад.ч. 0.25
Выполнение работы	акад.ч. 1.00
Обработка результатов эксперимента и оформление отчета	акад.ч. 0.25

Литература

Основная

1. Безопасность жизнедеятельности: учебник для вузов /С.В.Белов,  А.В.Ильницкая, А.Ф.Козьяков и др. /Под общ. ред. С.В.Белова. 5–е изд., испр. и доп. — М.: Высш. шк., 2005. — 606 с.: ил.

2. Охрана труда в машиностроении: учебник для машиностроительных вузов/ Е. Я. Юдин, С. В. Белов, С. К. Баланцев. /Под ред. Е. Я. Юдина, С.В.Белова – 2–е изд. перераб. и доп. – М.: Маш–ние, 1983. – 432 с. : ил.

3. Орлов Г. Г. Охрана труда в строительстве: учебник для строительных специальностей вузов. – М.: Высш. шк., 1984. – З4З с. : ил.

Дополнительная

1. Правила устройства электроустановок /Минэнерго РФ.– 7–е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 2005. – 648 с.: ил.

2. ГОСТ 12.1.019-79. ССБТ. Электробезопасность. Общие требования.

3. ГОСТ 12.1.030–81. ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление.

4. ГОСТ 12.1.038–82. ССБТ. Электробезопасность. Предельно до­пустимые уровни напряжения прикосновения и тока.

БЕЗОПАСНОСТЬ 

ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ