Проверка эффективности зануления

2

ГОУ ВПО «Тобольский государственный педагогический институт

имени »

Кафедра технологий и технических дисциплин

ПРОВЕРКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАНУЛЕНИЯ

Методические указания к лабораторной работе

по курсу «Безопасность жизнедеятельности»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

«ПРОВЕРКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАНУЛЕНИЯ»

1. Цель работы. В этой работе Вы сможете проверить практически надежность отключения поврежденного участка электрической цепи предохранителями с плавкими вставками или автоматами защиты при однофазном замыкании в установках с напряжением до 1000 В, работающих в сетях с глухим заземлением нейтрали.

2. Общие сведения

Защита оператора от поражения электрическим током при помощи зануления.

При выполнении технологических операций и обслуживании производственного оборудования операторы прикасаются к его нетоковедущим металлическим частям, изолированным от источников электрического напряжения (органы управления, корпуса, ограждения и т. п.). Например, при работе на металлорежущем станке, приводом которого является электродвигатель. В электрооборудовании установки возможно появление неисправности, напр., в виде пробоя изоляции одной из фаз на корпус, что может вызвать появление напряжения на этих нетоковедущих металлических частях, что в свою очередь может привести к несчастному случаю.

Одним из защитных мероприятий при появлении напряжения на корпусе оборудования служит защитное заземление.

Заземление применяется в тех случаях, когда оборудование подсоединено к сетям с изолированной нейтралью или при напряжении в сети больше 1000 В.

Если же оборудование подсоединено к сети с заземленной нейтралью и в сети действует напряжение до 1000 В, то согласно «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ), оно должно быть занулено, т. к. заземление корпуса установки не способно обеспечить в полной мере защиту от поражения электрическим током. (рис. 1)

При возникновении пробоя изоляции и появления напряжения на корпусе оборудования необходимо в кратчайший срок отключить поврежденную фазу. Это достигается включением в цепь тока замыкания автоматического выключателя или плавкого предохранителя.

Рассмотрим этот вопрос подробней.

Замыкание фазы, на корпус оборудования вызовет ток в контуре «фаза - корпус - заземление корпуса - грунт - заземление нейтрали», который определяется выражением . B основном ток определяется величинами сопротивлений R0 - сопротивление заземления нейтрали и RЗ - сопротивление заземления, т. к. сопротивление других участков значительно меньше.

Таким образом, замыкание фазы на корпус вызовет ток в контуре «фаза - корпус - заземление корпуса - грунт - заземление нейтрали», который определяется по формуле:

Напряжение на корпусе будет равно UК=IК. З.* RЗ = UФ* RЗ/(R0+RЗ), т. к. обычно R0=RЗ, то UК= UФ/2, т. е. на оборудовании будет действовать достаточно большое напряжение (для сети с фазным напряжением 220 В это - 110 В). Прикосновение человека (Rh = 1000 Ом), где Rh - сопротивление тела человека, вызовет ток, равный 110 мА, а известно, что опасным для жизни является ток в 10 мА. Т. е. необходимо быстрое отключение неисправной фазы. Однако оно может не произойти, т. к. ток IК. З. окажется недостаточным для срабатывания защиты. Действительно, в нашем случае (R0=RЗ=40 Ом) IК. З. = 220/8 = 27,5 А. Такого тока достаточно для срабатывания предохранителя с номинальным током 9 А, т. е. для защиты оборудования малой мощности. В установках с большими токами потребления, где требуется установка предохранителей с номинальными токами десятки и сотни ампер, отключение не произойдет. Для обеспечения электробезопасности посредством надежного отключения аварийного участка цепи в се­тях с глухозаземленной нейтралью при напряжении до 1000 В. применяют зануление.

Зануление - это преднамеренное соединение корпусов электроустановок с заземленной нейтралью трансформатора или генератора.

Работа зануления заключается в превращении замыкания фазы на корпус в однофазное короткое замыкание, в результате чего срабатывает защита (автоматический выключатель, плавкая вставка предохранителя и т. п.), которая отключает поврежденный участок сети. Контур, по которому проходит ток короткого замыкания «фаза - корпус - зануляющий провод - нулевой провод - обмотка трансформатора», называется петлей «фаза – нуль».

Сопротивление Rh означает повторное заземление нулевого провода, которое работает как заземление оборудования в случае обрыва нулевого провода. Это дополнительная мера защиты. Итак, при замыкании фазы на корпус оборудования в цепи этой фазы и нулевого провода возникает ток короткого замыкания.

Значение тока короткого замыкания определяется выражением:

. (1)

ZТР/3 – сопротивление одной фазы питающего трансформатора или генератора;

ZФ. ПР., ZН – сопротивление фазного и нулевого проводов от трансформатора (генератора) до потребителя;

Величина сопротивления петли без учета сопротивления фазы трансформатора

ZП =ZФ. ПР. + ZН (2)

В этом случае величину тока IК. З. можно записать в виде

(3)

Для большинства сетей сопротивление ZП составляет 2…О,2 Ом.

Величина ZТР/3 конструкционная, она задается при проектировании и изготовлении трансформаторов (генераторов) в зависимости от их расчетной мощности и составляет величину десятых долей Ом.

Таким образом для напряжения UФ = 220 В ток короткого замыкания будет равен 110…1100 А.

Очевидно, что величины этого тока достаточно для срабатывания защиты.

3. Нормирование зануления

3.1 Требования к цепям зануления изложены в «Правилах устройства электроустановок» (ПУЭ) и в ГОСТ 12.030-81.

3.2 В электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью с целью обеспечения автоматического отключения аварийного участка проводимость фазных и нулевых защитных проводников должна быть такой, чтобы при замыкании на корпус возникал ток короткого замыкания, превышающий не менее чем в 3 раза номинальный ток (IН) плавкого элемента предохранителя:

IК. З > 3IН (4)

В 1,4 раза относительно тока установки (IУС) автоматического выключателя с номинальным током до 100 А:

IК. З > 1,4IУС (5)

Значение IУС указывается в паспорте защитного устройства. Проводимость нулевого защитного провода во всех случаях должна быть не менее 50 % проводимости фазного провода.

4. Описание лабораторной установки

4.1. Схема лабораторной установки приведена на рис.3.

4.2. На данной установке проводится проверка надежного срабатывания защиты при занулении электроустановок, определение сопротивления петли «фаза-нуль».

4.3. Измерения производятся на малом напряжении от понижающего трансформатора 12 В, включаемом тумблером Т2 методом амперметра-вольтметра. Изменение напряжения и тока для измерений производится ручкой регулировки Рн на панели установки.

4.4. Тумблер РП имитирует находящийся на подстанции рубильник подачи питания в цех от питающего трансформатора Tp1.

4.5. Тумблеры Т1 и Т2 имитируют включение потребителей П1 и П2 и искусственное замыкание фазы на корпус соответствующего потребителя.

4.6. Потребитель П1 защищен автоматическим выключателем, потребитель П2 – предохранителем с плавкой вставкой.

5. Меры безопасности

5.1. На лабораторной установке имеется напряжение 220 В. Поэтому перед работой необходимо убедиться, что корпус лабораторной установки подключен к контуру зануления и все крышки пульта закрыты.

5.2. Запрещается открывать установку и проводить какие-либо работы внутри нее.

6. Порядок выполнения работы

6.1. После ознакомления с методическими указаниями сдать коллоквиум и получить разрешение от преподавателя на проведение работы.

6.2. Установить органы управления установки в исходное положение:

РП – в положение «Выкл», регулировку Рн - в крайнее левое положение.

6.3. Включить тумблер Тр 2.

6.4. Вкючить тумблер Т1 потребителя П1. Плавно вращая ручку Рн, установить три значения измерительного напряжения, снять соответствующие показания вольтметра и амперметра. Замеры занесите в табл.2.

6.5. Подсчитайте ток короткого замыкания по формуле (3). Величину ZП определить по формуле:

(7)

Значение , берется из табл. 1. Мощность трансформатора задается преподавателем.

Проверьте эффективность зануления согласно требованиям по нормированию, изложенным в разделе 3.

6.6. Отключите установку и установите органы управления в исходное положение (п.6.2.), приведите в порядок рабочее место.

Таблица 1

Сопротивление обмотки трансформатора

Мощность трансформатора	, Ом
40	0,649

7. Форма отчета

7.1. Кратко описать цель работы, принцип работы зануления, провести расчетные формулы.

7.2. Привести схему лабораторной установки.

7.3. Заполнить табл. 2.

7.4. Сделать выводы о надежности зануления при защите первого и второго потребителей.

Таблица 2

Потребитель	Замер	UИЗМ	IИЗМ			IКЗ
П1	1 2 3
П2	1 2 3

8. Контрольные вопросы

8.1. Назначение, принцип действия и область применения зануления?

8.2. Какой метод измерения применен в лабораторной работе?

8.3. Какие элементы схемы участвуют в измерении сопротивления цепи «фаза – ноль»?

8.4. Что из себя представляет параметр /3?

8.5. Какое назначение тумблеров РП, Tl, T2? В каком положении должен находиться при измерениях тумблер РП?

8.6. Как нормируется надежность защиты занулением?

Рисунки и схемы к лабораторной работе