Оценка эффективности действия защитного заземления методические указания к лабораторной работе по курсу «Безопасность жизнедеятельности» Иваново 2005 (стр. 2 из 3)

Падение напряжения на сопротивлении полусферического заземлителя

Деля это выражение на ток, получаем окончательно для сопротивления растеканию тока полусферического заземлителя

В реальных условиях, когда грунт вокруг заземлителя неоднороден, распределение потенциала происходит не по гиперболе, а по более сложной кривой, и выражение для сопротивления растеканию тока будет более сложным.

Протекание токов в земле представляет определенную опасность для человека. Это связано с возникновением напряжения прикосновения и шагового напряжения.

Напряжением прикосновения называется разность потенциалов двух точек электрической цепи, которых одновременно касается человек.

В случае касания человеком корпуса заземленной установки, на которой произошло замыкание токоведущей части, под напряжением прикосновения понимается разность между потенциалом рук, касающихся корпуса, и потенциалом основания, на котором стоит человек (рис.1). Пренебрегая падением напряжения в заземляющих проводниках, можно считать, что потенциал рук равен потенциалу заземлителя, а напряжение прикосновения

Поскольку φ_з – величина постоянная, напряжение прикосновения определяется формой кривой распределения потенциала, оно возрастает по мере удаления от заземлителя. Практически при расстояниях, превышающих 20 м, напряжение прикосновения постоянно и имеет наибольшее значение, при этом λ₁=1. Если прикосновение происходит около заземлителя, то напряжение прикосновения равно нулю и λ₁=0.

Шаговым напряжением называется разность потенциалов двух точек на поверхности земли в зоне растекания тока, которые находятся на расстоянии шага и на которых одновременно стоит человек (рис.1):

где а – длина шага (обычно в расчетах принимается равной 0.8 м).

Поскольку φ_х и φ_х+а являются частями потенциала заземлителя, то выражение шагового напряжения можно записать в виде

где

– коэффициент шага, учитывающий форму кривой распределения потенциала.

Рис.1. Явление растекания тока в земле

Максимальным значение напряжения шага будет при наименьшем расстоянии от заземлителя, когда человек одной ногой стоит непосредственно на заземлителе, а другой – на расстоянии шага от него. Наименьшим значение шагового напряжения будет при бесконечно большом удалении от заземлителя, а практически – за пределами поля растекания тока, т.е. далее 20 м.

Шаговое напряжение зависит от ширины шага, удаления идущего человека от заземлителя, а также удельного сопротивления грунта (рис.1).

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Лабораторный стенд представляет собой модель электрической сети с источником питания, электропотребителями, средствами защиты, измерительными приборами. В качестве источника используется трехфазный трансформатор. Стенд включается трехфазным автоматом S2 – положение I. При этом загораются индикаторы (желтого, зеленого и красного цветов), расположенные рядом с фазными проводами А, В, С. Режим нейтрали сети изменяется переключателем S1, причем правое положение соответствует режиму заземленной нейтрали, а левое положение – режиму изолированной нейтрали. Нейтральная точка заземляется через сопротивление R₀=4Ом. С помощью переключателя S3 подключается нулевой рабочий проводник (N-проводник). Переключатель S4 предназначен для подключения нулевого защитного проводника (РЕ-проводника). Верхнее положение переключателей означает наличие пятипроводной сети, нижнее положение – трехпроводной сети.

Сопротивления фазных проводов сети и N-провода относительно земли смоделированы сосредоточенными сопротивлениями R_A, R_B, R_C, R_N. В данном стенде моделируется только активная составляющая полного сопротивления, причем используется случай симметричной проводимости проводов относительно земли (R_A=R_B=R_C=R_N). Значения указанных сопротивлений изменяются пятипозиционным переключателем S18 в зависимости от вариантов, задаваемых преподавателем.

Электропотребители на мнемосхеме показаны в виде корпусов. Потребители «корпус 1» и «корпус 2» являются трехфазными и подключены к сети через автоматические выключатели S5 и S10 соответственно. Положение I означает включение автоматов, при этом напряжение подается на потребителя. Электропотребитель «корпус 3» является однофазным, выполненным по классу 1 защиты от поражения электрическим током.

Лабораторный стенд позволяет моделировать два способа защиты: защитное заземление и зануление. Подключение корпусов 1 и 2 к РЕ-проводнику осуществляется переключателями S8 и S14 соответственно. Правое положение переключателей означает, что корпуса занулены. Сопротивление фазного провода от нейтральной точки до корпуса 2 не изменяется и имеет значение R_ф=0,1 Ом, распределенное равномерно на двух участках провода (нейтральная точка – точка подключения корпуса 1 и точка подключения корпуса 1 – точка подключения корпу-са 2). Сопротивление РЕ-проводника может изменяться с помощью трехпозиционного переключателя S6, причем сопротивления участков «нейтраль»-«корпус1» и «корпус2» равны и принимают значения 0,1; 0,2; 0,5 Ом. Обрыв РЕ-проводника между точками подсоединения корпусов 1 и 2 имитируется с помощью переключателя S12, нижнее положение которого соответствует обрыву проводника. Повторное заземление R_п подключается к РЕ-проводнику с помощью переключателя S17. Значение сопротивления R_п изменяется трехпозиционным переключателем S19 (4, 10, 100 Ом). Переходное сопротивление R_пер между корпусом 2 и зануляющим проводником изменяется трехпозиционным переключателем S16 и может принимать значения 0; 0,1; 0,5 Ом.

Подключение корпусов 1 и 2 к заземляющим устройствам с сопротивлениями R_з1 и R_з2 осуществляется с помощью переключателей S9 и S15 соответственно. Сопротивление заземления R_з1 корпуса 1 является постоянным и равным 4 Ом. Сопротивление заземления R_з2 корпуса 2 устанавливается с помощью трехпозиционного переключателя S11 (4, 10, 100 Ом).

Замыкания фазных проводов на корпуса 1 и 2 осуществляются кнопками S7 и S13 соответственно, причем на корпус 1 замыкается фазный провод А, на корпус 2 – фазный провод В.

Лабораторный стенд имеет три измерительных прибора:

· цифровой вольтметр с диапазоном измерения от 0 до 2000 В;

· цифровой амперметр с диапазоном измерения от 0 до 2000 А;

· цифровой миллисекундомер с диапазоном измерения от 0 до 999 мс.

Вольтметр включается в измерительные цепи через гнезда Х1 – Х15, установленные в соответствующих точках схемы, с помощью гибких проводников, снабженных наконечниками. Включение амперметра в цепь осуществляется с помощью переключателя, находящегося под индикатором. При соответствующем подключении загорается лампочка, указывающая на место подключения прибора. Положение «ОТКЛ» означает отсутствие амперметра в цепях стенда. В положении А1 измеряется ток короткого замыкания, в положении А3 – ток замыкания на землю через повторное заземление РЕ-проводника.

Миллисекундомер включается при нажатии кнопки S13, а отключается при срабатывании автоматического выключателя S10. Установка позволяет длительно сохранить режим, соответствующий периоду замыкания фазного провода на корпус 1 и корпус 2. Для возврата схемы в исходное состояние после того, как измерены все необходимые параметры, следует нажать кнопку «СБРОС».

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Оценка эффективности действия защитного заземления в электроустановках, питающихся от трехфазных трехпроводных сетей с изолированной нейтралью напряжением до 1 кВ.

2. Оценка эффективности действия защитного заземления в сети с изолированной нейтралью при двойном замыкании на заземленные корпуса электроустановок.

3. Оценка эффективности действия защитного заземления в электроустановках, питающихся от трехфазных пятипроводных сетей с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ.

4. Определение зависимости изменения напряжения прикосновения при изменении расстояния до заземлителя.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЗАЩИТНОГО

ЗАЗЕМЛЕНИЯ В СЕТИ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

1. Изолировать нейтраль – перевести переключатель S1 в левое положение.

2. Отключить N и РЕ-проводники – перевести переключатели S3 и S4 в нижнее положение.

3. Установить значения активных сопротивлений изоляции переключателем S18 в соответствии с заданием преподавателя.

4. Убедиться, что переключатели S8, S14, S17, S9, S15 находятся в левом положении; переключатель S12 – в нижнем положении.

5. Включить стенд – S2 в положение 1, при этом загораются лампы.

6. Подключить корпус 2 к сети – автомат S10 в положение 1 (корпус 1 отключен – S5 в положение 0).