Исследование защитного зануления
Покупка
Тематика:
Электроэнергетика. Электротехника
Автор:
Тупов Владимир Викторович
Год издания: 2014
Кол-во страниц: 19
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7038-3954-6
Артикул: 806246.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Исследовано функционирование защитного зануления электропотребителей, питающихся от трехфазных пятипроводных сетей с заземленной нейтралью напряжением до 1кВ. Рассмотрено назначение РЕ-проводника сети, заземления нейтрали источника тока, повторного заземления РЕ-проводника и их влияние на условия безопасности при косвенном прикосновении к зануленным частям электрооборудования, случайно оказавшимся под
напряжением в результате замыкания на них фазы сети. Для студентов всех специальностей, изучающих дисциплину «Безопасность жизнедеятельности».
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана В.В. Тупов ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАЩИТНОГО ЗАНУЛЕНИЯ Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» Москва 2014
УДК 621.3.027.4–621.316.99 ББК 31.2 Т85 Факультет «Энергетическое машиностроение» Кафедра «Экология и промышленная безопасность» Рекомендовано Учебно-методической комиссией факультета «Энергетическое машиностроение» МГТУ им. Н.Э. Баумана Рецензент канд. филос. наук, доцент Е. А. Гаврилина Тупов В.В. Исследование защитного зануления : метод. указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» / В. В. Тупов. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. 19, [5] с. : ил. ISBN 978-5-7038-3954-6 Исследовано функционирование защитного зануления элек- тропотребителей, питающихся от трехфазных пятипроводных сетей с заземленной нейтралью напряжением до 1кВ. Рассмотрено назначение РЕ-проводника сети, заземления нейтрали источника тока, повторного заземления РЕ-проводника и их влияние на условия безопасности при косвенном прикосновении к занулен- ным частям электрооборудования, случайно оказавшимся под напряжением в результате замыкания на них фазы сети. Для сту- дентов всех специальностей, изучающих дисциплину «Безопас- ность жизнедеятельности». УДК 621.3.027.4–621.316.99 ББК 31.2 © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014 © Оформление. Издательство МГТУ ISBN 978-5-7038-3954-6 им. Н.Э. Баумана, 2014 Т85
Цель лабораторной работы — исследовать защитное дей- ствие системы зануления нормально не находящихся под напря- жением токопроводящих частей электропотребителей, питающих- ся от трехфазной пятипроводной сети с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ. После выполнения лабораторной работы студенты смогут: экспериментальным путем убедиться, что зануление эффек- тивно реализует защитные функции в сетях с заземленной нейтра- лью; проверить на опыте действие защитного зануления в случае пробоя фазы сети на корпус зануленного оборудования; выявить факторы, определяющие надежность функциониро- вания защитного зануления; убедиться в необходимости нулевого защитного проводника и его повторного заземления в системе зануления; определить экспериментально время срабатывания автома- тического выключателя и напряжение на зануленных корпусах оборудования в зависимости от повторного сопротивления и со- противления защитного проводника сети; исследовать влияние повторного заземления нулевого за- щитного проводника на время срабатывания автоматического вы- ключателя и напряжение на зануленных корпусах электрообору- дования; выполнить необходимые измерения параметров системы за- щитного зануления, провести анализ полученных результатов и сформулировать выводы по работе.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Защитное зануление в электроустановках напряжением до 1 кВ — преднамеренное соединение открытых проводящих частей с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, заземленной точкой источника в сетях постоян- ного тока, выполняемое в целях электробезопасности [1]. В сетях трехфазного тока напряжением до 1 кВ нулевой за- щитный проводник (РЕ-проводник) предназначен для соединения зануляемых частей с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора (рис. 1). Рис. 1. Принципиальная схема защитного зануления в трехфазной сети напряжением до 1 кВ: 1 — корпус электропотребителя; 2 — аппараты защиты (плавкие предохранители, автоматические выключатели и т. п.) от короткого замыкания (КЗ); R0 — сопро- тивление заземления нейтрали источника тока; Rп — сопротивление повторного заземления РЕ-проводника; Iк — ток КЗ; Iн — часть тока КЗ, протекающего по РЕ-проводнику; Iз — часть тока КЗ, протекающего через землю РЕ и N-проводник совместно с фазными проводниками обра- зуют пятипроводную сеть с глухозаземленной нейтралью, пред- ставленную на рис. 1. Существуют также четырехпроводные трехфазные сети, в которых нулевой защитный и нулевой рабочий проводники объединены в один PEN-проводник. Назначение защитного зануления — устранение опасности по- ражения током при замыкании фазного провода на токопроводя- щие части, нормально не находящиеся под напряжением, в том
числе на корпус электропотребителей. Принцип действия защит- ного зануления — превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (между фазным и РЕ-проводниками) с целью вызвать большой ток, обеспечивающий срабатывание защиты и отключение поврежденного электропотребителя от сети. Автома- тическое отключение произойдет, если ток короткого замыкания Iк удовлетворяет условию к ном, I kI (1) где k — коэффициент кратности номинального тока Iном плавкой вставки или уставки тока срабатывания автоматического выклю- чателя. Значение k зависит от типа защиты. При автоматических вы- ключателях с электромагнитным расцепителем без выдержки вре- мени отключения 1,25 1,4. k Если защита осуществляется плав- кими предохранителями или автоматическими выключателями с обратной токовременной характеристикой, то принимают 3 k в целях ускорения отключения поврежденной установки. Кроме то- го, поскольку зануленные части через РЕ-проводник заземлены, то в аварийный период до автоматического отключения проявляется защитное действие этого заземления — снижение их напряжения относительно земли. Для эффективного функционирования защитного зануления требуется наличие в сети РЕ-проводника, заземления нейтрали источника тока и повторного заземления РЕ-проводника. Наличие РЕ-проводника, обладающего малым сопротивлением, позволяет обеспечить необходимое для отключения электропотре- бителя значение тока Iк, удовлетворяющее условию (1). Заземление нейтрали источника тока и повторное заземление РЕ-проводника практически не влияют на отключающие свойства системы зануления. Их назначение — снижение напряжения зану- ленных корпусов электропотребителей относительно земли в пе- риод существования аварийной ситуации. Без заземления нейтрали источника тока и повторного зазем- ления РЕ-проводника в случае замыкания фазного провода на зем- лю (например, при его обрыве) земля приобретает потенциал фа- зы, и между зануленными корпусами и землей возникает напряже- ние, близкое по значению к фазному. Эта опасная ситуация может существовать до отключения сети вручную, так как максимальная
токовая защита при этом повреждении не срабатывает [2]. Поэто- му рассматриваемая сеть без указанных заземлений не должна применяться. Защитное действие повторного заземления РЕ-проводника проявляется также при замыкании фазного провода на зануленный корпус электропотребителя до момента его отключения от сети. Рассмотрим вначале эту ситуацию в трехфазной пятипроводной сети с заземленной нейтралью при отсутствии повторного заземления РЕ-проводника (рис. 2). Для упрощения расчетных формул пренебрегаем сопротивлением и емкостью проводов сети относительно земли, сопротивлением обмоток источника тока и индуктивным сопротивлением петли фаза–нуль, а также примем распределенные по длине фазного и РЕ-проводника сопротивления Rф и RPE сосредоточенными и активными. Рис. 2. Замыкание фазы на корпус в сети без повторного заземления РЕ-проводника ( показан также вариант с повторным заземлением, изображенным пунктиром) На схеме рис. 2 показано переходное сопротивление Rпер в месте присоединения зануляющего проводника к корпусу электропо- требителя 2 и не приведены проводники, подводящие рабочее напряжение к потребителям 1 и 3. Ток короткого замыкания (КЗ), проходящий по петле фаза– нуль, ф к пер ф , РЕ U I R R R (2)
где 1 2; PE PE PE R R R 1 PE R и 2 PE R — сопротивления РЕ- проводника на участках от точки 0 до точки а и от точки а до точки « b» соответственно (в лабораторном стенде 1 2 PE PE R R ). Значения напряжения РЕ-проводника в точках «а», «b», «с» и корпусов электропотребителей 1, 2 и 3 относительно земли определяются по формулам: к1 к 1; a PE U U I R (3) к2 к пер; b U U I R (4) к3 ; с b U U U (5) к . b PE U I R (6) Напряжение нейтральной точки 0 источника питания сети 0 0. U (7) На рис. 2 показана эпюра распределения напряжения относительно земли вдоль РЕ-проводника. Это напряжение будет существовать с момента замыкания фазы на корпус электроустановки 2 до автоматического отключения ее от сети и представлять определенную опасность поражения током. При наличии повторного заземления РЕ-проводника (на рис. 2 оно показано пунктиром) напряжение относительно земли на зануленных корпусах несколько снизится. При тех же приведенных выше допущениях и пер 0 R получена расчетная схема, приведенная на рис. 3, соответствующая схеме зану- ления с повторным заземлением РЕ-проводника. На основе расчетной схемы получены формулы для вычисления значений тока КЗ Iк, тока Iн, протекающего по РЕ-проводнику, тока Iз, стекающего в землю через сопротивление Rп повторного заземления РЕ-проводника, напряжений Uк1, Uк2, Uк3 и U0 относительно земли: Рис. 3. Расчетная схема защитного за- нуления в сети с повторным заземлением РЕ-проводника
ф к ф ; U I R R (8) к н ; PE I R I R (9) к з п 0 ; I R I R R (10) н з к1 1 0; а PE U U I R I R (11) з п к2 ; b U U I R (12) к3 к2; с b U U U U (13) з 0 0, U I R (14) п 0 п 0 ; PE PE R R R R R R R (15) где 0 4 Ом R (при ф 220 В) U — сопротивление заземления нейтрали источника тока. При случайном обрыве РЕ-проводника между точками а и b (рис. 2) и замыкании фазы на корпус 2 при отсутствии повторного заземления напряжение относительно земли РЕ-про-водника за местом обрыва и присоединенных к нему корпусов 2 и 3 будет практически равным фазному: к2 к3 ф. c b U U U U U (16) Это весьма опасное напряжение может существовать длительно, пока не будет обнаружена и отключена вручную аварийная установка от сети. При этом напряжение участка РЕ-проводника от нейтральной точки 0 источника до места обрыва и напряжение корпуса 1 относительно земли будут практически равными нулю: 0 к1 0. а U U U (17) При наличии повторного заземления и обрыва РЕ-проводника будет действовать цепь тока Iз через землю (см. рис. 3). С учетом
приведенных выше допущений и пер 0 R значения тока Iз, напряжений Uк1, Uк2, Uк3 и U0 относительно земли могут быть рассчитаны по формулам: ф з п 0 ф ; U I R R R (18) з к1 0 0; а U U U I R (19) з п к2 к3 . с b U U U U I R (20) Если, например, п 0 R R и много больше ф R , то напряжения, рассчитанные по формулам (19) и (20), будут равны и составят приблизительно половину фазного напряжения, т. е. уменьшится опасность поражения током за местом обрыва РЕ-проводника. При этом, однако, не будут достигнуты условия безопасности, существовавшие до обрыва.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА На лицевой панели стенда приведена мнемоническая схема моделируемой системы, включающей в себя трехфазную электрическую сеть, ее источник питания — трансформатор, вторичные обмотки которого соединены по схеме «звезда», три электропо- требителя, представленные на схеме в виде корпусов 1, 2 и 3, элементы защитного заземления и зануления, коммутационные устройства; расположены цифровые индикаторы миллисекундо- мера, амперметра и вольтметра. Включение стенда с присоединением фазных проводов к источнику питания осуществляется установкой рукоятки переключателя S2 в положение «I», а выключение — установкой его рукоятки в положение «О». Свечение светодиодных индикаторов в фазных проводах указывает на наличие напряжения. Переключатель S1 позволяет заземлять нейтраль сети (R0 = 4 Ом) во включенном положении и изолировать от земли — в выключенном. При установке рукояток переключателей S3 и S4 во включенное положение осуществляется присоединение к нейтральной точке источника соответственно нулевого рабочего проводника (N-проводника) и нулевого защитного проводника (PE-проводника), что позволяет моделировать пятипроводную сеть. Распределенные сопротивления изоляции проводов сети относительно земли представлены на схеме сосредоточенными сопротивлениями , , , , B N A C R R R R причем и B N A C R R R R R (емкости проводов относительно земли в данном стенде не учитываются) . Значения этих сопротивлений можно дискретно изменять переключателем S18. Значения Rи и других сопротивлений, о которых будет сказано далее, не приводятся в тексте, так как они указаны на лицевой панели стенда рядом с рукоятками соответствующих переключателей. Переключатель S17 позволяет во включенном положении присоединить PE-проводник к повторному заземлителю, значение сопротивления которого Rп можно изменять переключателем S19. Изображенные на мнемонической схеме корпуса 1, 2 и 3 принадлежат соответствующим электропотребителям, поэтому последним присвоены те же номера.
Доступ онлайн
В корзину