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

защитного заземления

Методические указания

Цель работы

1. Изучить теоретические основы действия защитного заземления.

2. Получить навыки по измерению и оценке эффективности действия защитного заземления.

Учебные вопросы

1. Изучить теоретические основы защитного заземления. Основные положения законспектировать.

2. Произвести стендовые измерения показателей защитного заземления и оценить их эффективность.

Порядок выполнения работы

3. Законспектировать теоретические основы действия защитного заземления.

4. Изучить лабораторный стенд.

5. Получить у преподавателя исходные данные для оценки.

6. Провести измерение показателей в соответствии с заданием.

7. Подготовить принципиальные схемы исследуемых режимов.

8. Сделать выводы по каждому разделу измерений.

1.Теоретические основы

Заземление – электрическое соединение элементов электрических машин, аппаратов, приборов и т.п. с землей. В зависимости от назначения заземление предназначается для защиты людей – защитное заземление, для защиты радиотехнических антенн – рабочее заземление

Защитное заземление - предназначено для защиты людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям оборудования, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции. Его выполняют путем преднамеренного соединения (металлическими проводниками) нетоковедущих частей электроустановок с землей или ее эквивалентом. Эквивалентом земли может служить вода реки или моря и т.п.

В качестве заземлителей в первую очередь используются естественные: металлические и железобетонные конструкции зданий, которые должны образовывать непрерывную электрическую цепь по металлу. В железобетонных конструкциях должны предусматриваться закладные детали для подсоединения (с помощью проводников) к корпусам электрооборудования. При выполнении искусственных заземляющих устройств применяются стальные или медные шины (полосы, трубы, уголки, круглого сечения) длинной 2,5...3 м. Соединения одиночных заземлителей выполняют полосой сечением 4 х 40 мм или профилем круглого сечения 6 мм и более. Нельзя применять алюминий.

Принцип действия защитного заземления - снижение до безопасных значений напряжения прикосновения и шагового напряжения, возникающих при замыкании фазы на корпус. Это достигается уменьшением потенциала заземленного оборудования (в силу малого сопротивления заземляющего устройства 4...10 Ом), а также выравниванием потенциалов заземленного оборудования и основания (за счет увеличения потенциала основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к потенциалу заземленного оборудования).

Шаговое напряжение – электрическое напряжение, обусловленное током, протекающим в земле и разности потенциалов между двумя точками земли, равное расстоянию одного шага человека. Шаговое напряжение возникает вблизи заземлителей при аварийном коротком замыкании на землю.

Принцип защиты от поражения человека током при наличии защитного заземления в сетях с изолированной нейтралью.

Нейтраль - провод, соединенный с общей точкой много разных проводников (обмотки)

При наличии пробоя на корпус электроустановки на нем появляется напряжение, равное произведению тока замыкания на землю J_з на сопротивление заземлителя R_з.

Рассмотрим цепь тока замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью (см. рис. 1а).

.

Рис.1. Схема защитного заземления с изолированной нейтралью

а) Принципиальная схема защитного заземления

б) Схема разветвленного тока при R_чел=1000 Ом и R_з≤10Ом

Ток проходит, по электроцепи, включающей следующие элементы: корпус двигателя, сопротивление заземлителя R_з, землю, сопротивление изоляции двух неповрежденных фаз с общим сопротивлением R_uз

Сопротивления фазных проводов и статорной обмотки электродвигателя малы (десятые доли Ома) и в расчет не принимаются. Ток разветвляется (см. рис. 1б) и идет по двум параллельно соединенным сопротивлениям R_чел =1000 Ом и R_з<10 Ом под действием напряжения, равного напряжению прикосновения (Unp) т.е.:

или

где U_пр – напряжение прикосновения

^ - потенциал заземлителя;

^ - потенциал земли, где располагается человек;

а₁ - коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий форму кривой распределения на поверхности земли и принимает значения 0,1...0,35;

а₂ - коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий падение напряжения в сопротивлении растеканию тока основания, на котором стоит человек. Он определяется по формуле:

R_чел – сопротивление тела человека;

P – удельное сопротивление грунта ;

В зависимость от свойств грунта, а₂ изменяется в пределах 0,31...0,9. Как показала практика, при R₃ <4 0м в сетях напряжением до 1000 В напряжение прикосновения не превышает 12 В, что обеспечивает безопасность человека при соприкосновении с электрическим поврежденным и заземленным оборудованием. Значение тока, проходящего через тело человека, определяется напряжением прикосновения:

= 12 мА

Такой ток является безопасным для человека. Это видно из данных, приведенных в таблице №1

Таблица №1

Воздействие электрического тока на человека

Ток, мА		Характер воздействия
Постоянный	Переменный
5	0.6	Не ощущается
5	0.6	Ощутимый пороговый ток.
5-50	0.6-8	Ощущается безболезненно. Управление мышцами не утрачено. Возможно самостоятельнее освобождение от тока.
50-80	8-15	Ощущается болезненно Управление мышцами еще не утрачено и возможно самостоятельное освобождение
80	15	Пороговый не отпускаемый ток.
80-150	15-50	Ток ощущается еще более болезненно. Сокращение мышц сильное. Дыхание затруднено. Самостоятельнее освобождение становиться невозможным.
150	50	Пороговый фибрилляционный ток.
150 - 300	50-100	Возможна фибрилляция сердца, приводящая к смерти. Паралич дыхания.
300-500	100-200	Возможна фибрилляция сердца, приводящая к смерти. Паралич дыхания.
500	200	Сильные ожоги. Сокращение мышц настолько сильное что препятствуют возникновению фибрилляции сердца. Паралич дыхания.

Защитные заземляющие устройства аналогичных электроустановок, получающих энергию от одной и той же сети с изолированной нейтралью, целесообразно соединять электрически или выполнять их как одно целое устройство. Если этого не сделать, то при замыкании на корпус разных фаз в двух установках, имеющих раздельные заземляющие устройства (рис.3), возникает двойное замыкание на землю и заземленное оборудование оказывается под напряжением относительно земли.

Рис. 2 Двойное замыкание на землю при раздельном заземлении установок, питающихся от одной сети с изолированной нейтралью

Тогда в установке А напряжение составит:

;

а в установке В:

, где

U- линейное напряжение сети, В;

R_a и R_B - сопротивления заземляющих установок А и В соответственно, Ом;

При этом U_a U_b=U, что является опасным при прикосновении к любому из корпусов, на который замкнуло фазное напряжение, и в этом случае двойное замыкание может существовать, длительно.

Чтобы устранить двойное замыкание, целесообразно корпуса электроустановок соединить между собой металлической шиной или заземлители их выполнить как одно целое. Тогда двойное замыкание на землю превратится в короткое замыкание между фазами, что вызовет быстрое отключение электроустановок от сети, т.е. обеспечит кратковременность аварийного режима.

При невозможности соединить заземляющие устройства (из-за больших расстояний и по другим причинам) необходимо оснастить эти установки релейной защитой от однофазных и двойных замыканий на землю.

Защитное заземление и зануление в одной сети не применяется. Оно может использоваться в двух электрических сетях, питающихся от отдельных трансформаторов (один с изолированной, другой с глухо-заземленной нейтралью). При этом системы заземления и зануления работают независимо друг от друга, хотя аварийные токи их протекают по одним и тем же защитным проводникам и общему заземлителю (рис.4).

Рис 3 Совместное использование заземляющих устройств для двух сетей: а) с системой зануления; б) с системой защитного заземления.

Защитное заземление в сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью обычно применяется на объектах с повышенной опасностью поражения током и в тех случаях, когда имеется возможность поддерживать высокий уровень изоляции проводов сети относительно земли, и когда емкость проводов относительно земли незначительна. Оно обязательно при номинальном напряжении электроустановки выше 42 В переменного и 110 В постоянного тока В помещениях без повышенной опасности (сухих, бес пыльных с нормальной температурой воздуха, с изолирующими полами) заземляются электроустановки при напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В постоянного. Но во всех взрывоопасных зонах заземление выполняется независимо от значения напряжения электроустановки.