Описание лабораторного стенда

– модель измерения заземления А9 предназначена для моделирования способа измерения сопротивления защитного заземления с помощью амперметра и вольтметра.

2.3. Порядок выполнения работы

Работа осуществляется в следующей последовательности:

1. Соедините гнезда защитного заземления "???" устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" источника G1 зелеными проводами.

2. Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений. Используйте красные провода для соединения амперметра на блоке мультиметров (Р1) с, вольтметра (Р1). Для остальных соединений используйте черные провода.

3. Переключателем установите у модели А9 желаемое удельное сопротивление грунта ρ.

4. Включите источник G1 и питание блока мультиметров Р1.

5. С помощью амперметра и вольтметра блока мультиметров Р1 измерьте ток стекающий в землю через заземлитель и напряжение между ним и потенциальным электродом на различном удалении от заземлителя. Полученные данные занесите в табл.

6. По завершении эксперимента отключите источник G1 и питание блока мультиметров Р1.

7. Определить коэффициент использования заземляющего устройства по формуле

.

8. Рассчитать заземляющее устройство для электроустановки, пользуясь заданными преподавателем параметрами (табл. 6.2.)

напряжение электроустановки, В;

длина вертикального заземлителя (трубы), м;

диаметр трубы, м;

удельное сопротивление грунта, Ом·м;

глубина заложения заземлителя, м;

расстояние между заземлителями, м;

ширина полосы, м.

Схема лабораторного стенда

Таблица 6.4.

Измеренные значения сопротивления заземлителей

9. Сделать вывод о пригодности измеренного заземляющего устройства к заданной электроустановке.

Таблица 6.5.

Варианты исходных данных для расчета заземляющего

устройства электроустановки

Контрольные вопросы

К выполнению лабораторной работы допускаются только студенты. Подготовленным считается студент, который может правильно ответить на следующие вопросы:

1. Как выполняется защитное заземление электроустановки?

2. Конструкция заземляющих устройств?

3. Назначение защитного заземления?

4. Какой параметр заземляющего устройства характеризует его защитные свойства?

5. Какими документами нормируется сопротивление заземляющих устройств электроустановок?

7. Методы измерения сопротивления заземляющих устройств?

8. Назначения вспомогательных электродов, их размещение и конструкция?

9. Какое явление в сложных заземлителях при расчете их сопротивления учитывается коэффициентом использования заземлителей?

Литература

Безопасность труда на производстве. Исследования испытания. Справочное пособие. Под редакцией проф.Б.М. Злобинского. – М., Металлургия, 1976.

Князевский Б.А. и др. Охрана труда в электроустановках. – М., Энергоатомиздат, 1983.

Правила устройства электроустановок (с изм. и доп. по состоянию на 01.11.2005 г.) – Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2005. – 854с.

ГОСТ 12.1.030–81. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление.

ПТЭ электроустановок потребителей и ПТБ при эксплуатации электроустановок потребителей. – М., ИНФРА-М, 2006. – 263 с.

Охрана труда на железнодорожном транспорте. Под. ред. Сибарова Ю.Г. – М.: Транспорт, 1981.

Михайлов М.И., Соколов С.А. Заземляющие устройства в установках электросвязи. – М., Связь, 1971.

ПОТ РМ-016-2001 РД-153-34.150-00. Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок (с изменениями и дополнениями). – СПб.: Издательство ДЕАН, 2005. – 208с.

Правила устройства электроустановок с изм. и доп. по состоянию на 01.11.2005 г. – Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2005.– 854 с.

Лабораторная работа № 7

Натурное моделирование защитного заземления/ самозаземления

электрооборудования

Цель работы: Ознакомление с мерами по защите людей от поражения электрическим током при эксплуатации электрооборудования в сетях напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью и выбор защитных отключающих устройств.

1. Теоретическая часть

Системы электроснабжения, до 1000 В бывают с изолированной (от земли) и с глухозаземленной нейтралью. В системах с глухозаземленной нейтралью средняя (нулевая) точка вторичной обмотки трансформатора соединяется с заземляющим контуром на подстанции, а от заземленной нулевой точки трансформатора выводится четвертый нулевой (нейтральный) провод с повторными заземлителями RП.

При пробое изоляции электрооборудования, например, в электродвигателе, под потенциалом фазы окажутся все металлические части электрооборудования. В этом случае при прикосновении человека к частям электрооборудования, находящимся под напряжением, возникает опасность поражения его электрическим током. Если ноги человека имеют электрический контакт с землёй, то через тело человека протекает ток, равный

, (1)

где UПР – напряжение прикосновения, В

Rh – сопротивление тела человека, Ом.

С целью снижения тяжести поражения применяются специальные технический меры в зависимости от того, изолирована или заземлена нейтраль электрической сети 3-х фазного тока.

Рис. 7.1. Схема защитного заземления в системе с изолированной нейтралью

Защитные действия заземления заключаются в снижении до безопасного значения напряжения прикосновения, возникшего при пробое изоляции электрооборудования, к которому может прикоснуться, человек.

Величина тока через человека при прикосновении к, заземленному оборудованию определяется из выражения

, (2)

где IЗ – ток замыкания на землю, А;

rЗ – сопротивления защитного заземления, Ом;

х – расстояние от заземлителя до человека, касающегося оборудования, м;

хЗ – радиус заземляющего устройства, м.

Выражение (2) показывает, что чем меньше величины IЗ, rЗ и х, тем меньше ток через тело человека.

Ток замыкания на землю IЗ в сетях с изолированной нейтралью, в случае, когда емкостной проводимостью можно пренебречь, а активное сопротивление изоляции фаз, одинаково (R2 = R3 = R) можно ориентировочно определить из следующего выражения

, (3)

где UФ – фазное напряжение сети, В;

R – активное сопротивлений изоляции одной из исправленных фаз, Ом.

В сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В (рис. 7.2) ток замыкания на землю зависит в основном от сопротивления заземляющих устройств. Величину тока можно ориентировочно определить по формуле

, (4)

где r0 – сопротивление заземляющего устройства подстанции, Ом;

rПР – сопротивление фазного провода, Ом.

Рис. 7.2. Схема защитных заземлений в сети с заземленной нейтралью

В сети с заземлённой нейтралью с фазным напряжением 220 В ток замыкания на землю достигает величины нескольких десятков ампер (20 – 40 А); соответствующим подбором величины сопротивления заземляющего устройства rЗ, снизить ток через человека до безопасной величины не удаётся, так как с уменьшением r0 и rЗ возрастает ток в цепи замыкания, а напряжение прикосновения остается практически неизменным. Поэтому защитное заземление в сетях до 1000 В с заземлённой нейтралью не эффективно.

Для обеспечения защиты людей в сетях с заземленной нейтралью применяется зануление оборудования с устройствами автоматического отключения поврежденного оборудования.

Рис. 7.3. Схема зануления оборудования с устройством автоматического отключения

Благодаря занулению замывание на корпус превращается в однофазное короткое замыкание, в результате чего срабатывает максимальная токовая защита и отключает поврежденное оборудование.

При замыкании на зануленный корпус ток короткого замыкания IК.З проходит через обмотку трансформатора, фазный провод и нулевой провод. Так как сопротивление обмотки трансформатора очень мало, то в первом приближении можно определить величину тока короткого замыкания IК.З по формуле

, (5)

где UФ – фазное напряжение, В;

ZФ-0 – полное сопротивление петли проводов фазного и нулевого, Ом.

В качестве максимальной токовой защиты, отключающей поврежденный участок цепи, применяются предохранители с плавкими вставками и различного рода автоматы. Так как напряжение прикосновения на поврежденном оборудовании может достичь величины более 100 В, то для обеспечения безопасности человека время отключения максимальной токовой защиты не должно превышать 0,2 – 0,3 сек.

Необходимое время срабатывания отключающих устройств будет обеспечиваться при соблюдении определенных значениях коэффициента кратности тока короткого замыкания

, (6)

где IКЗ – ток однофазного короткого замыкания, А;

При защите электрооборудования плавкими вставками коэффициент кратности должен быть К > 3 и для электрооборудования, размещённого во взрывоопасных помещениях K > 4.

При коэффициенте кратности К < 3 защита должна осуществляться автоматическими устройствами (автоматами).

Для определения возможности защита электродвигателей плавкими вставками необходимо выбрать значение стандартной плавкой вставки из условия потребляемой мощности (тока). Вначале определяется номинальный ток потребителя

, (7)

где Р – мощность потребителя, Вт;

cos φ = 0,95 – коэффициент мощности;

UФ = 220 В – фазное напряжение.

По номинальному току потребителя определяется пусковой ток электродвигателей IП, который в 6 раз больше IН

. (8)

Учитывается пусковой ток для того, чтобы выбранная плавкая вставка не сгорала во время пуска. Ввиду того, что пусковой ток длится очень короткое время, по ПУЭ разрешается уменьшать расчётный ток плавкой вставкой в 2,5 раза т. е.

, (9)

где IР.В – расчётный ток плавкой вставки, А;

IП – пусковой ток, А.

При подборе номинального тока стандартной плавкой вставки IН.В расчётная величина IР.В округляется в большую сторону до стандартного значения тока плавкой вставки согласно следующей шкале номинальных токов плавких вставок 4,5, 6, 10, 15, 20, 25, 35, 50, 80, 100 А.

Сопротивление петли «фаза-нуль» ZФ-0 при нахождении IКЗ может определяться экспериментальным путем.

2. Экспериментальная часть

2.1. Описание лабораторного стенда

Комплект типового лабораторного оборудования «Основы электробезопасности» ОЭБ1-С-Р представляет собой физическую модель прямой аналогии, составленную из электрических аппаратов, аналогичных электрическим аппаратам силовых электрических сетей. Данная лабораторная установка состоит из следующих частей:

– блок линейных дросселей А1 предназначен для моделирования индуктивного сопротивления электрической сети;

– трехфазный источник питания G1 предназначен для питания трехфазным и однофазным напряжением переменного тока модулей (блоков) комплекса. На панели размещены три однофазных автоматических выключателя, устройство защитного отключения, ключ – выключатель, кнопки включения и отключения, гнезда «ТК» для подключения термоконтакта, гнезда «L1, L2, L3, N, PE» соответственно трех выходных фаз, нулевого провода и защитного заземления, а также три светодиода для сигнализации о наличии на выходе источника фазных напряжений;

– блок мультиметров Р1 предназначен для измерения активного сопротивления элементов электрической цепи, токов и напряжений в этой цепи;

– трехфазный трансформатор А2 предназначен для гальванического развязывания цепей трехфазного тока промышленной частоты;

– модель участка электрической сети А3 предназначена для моделирования сопротивлений изоляции и емкостей фаз электрической сети относительно земли;

– модель защитного заземления/самозаземления А10 предназначена для изучения защитных свойств заземления/ самозаземления.

На лабораторной установке с помощью переключателей можно моделировать электрические сети напряжением до 1000 В, применяемые на практике для электроснабжения потребителей: электрическую трехпроводную сеть с изолированной нейтралью питающего трансформатора на электрическую четырехпроводную сеть с глухозаземленной нейтралью питающего трансформатора.

Протяженность электрических сетей влияет на величину электрического сопротивления и емкость проводов относительно земли, что моделируется с помощью переключателей, имитирующих эти параметры.

Установка питается от сети учебной лаборатории напряжением 220 В, частотой 50 Гц.

Перед началом работы приведите лабораторную установку в исходное состояние, для чего:

– нажмите кнопку ВКЛ. При этом должны загореться светодиоды, сигнализируя о наличии выходных фазных напряжений источника, то есть о его включении

2.2. Меры безопасности

При работе на установке студентам запрещается:

– к работе с лабораторной установкой допускаются лица, ознакомленные с ее устройством, принципом работы и мерами безопасности в соответствии с требованиями, приведенными в настоящем разделе,

– оставлять без присмотра установку под напряжением,

– запрещается эксплуатация лабораторной установки при снятом кожухе,

– вскрывать установку и осуществлять какой-либо ремонт установки.

2.3. Порядок выполнения работы

Работа осуществляется в следующей последовательности:

1. Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

2. Соедините гнезда защитного заземления "???" устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" источника G1.

3. Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

4. Включите источник G1 и питание блока мультиметров Р1.

5. Режим глухозаземленной (изолированной) нейтрали питающей электрической сети моделируйте установкой (отсутствием) перемычки между гнездом нейтральной точки трансформатора и гнездом сопротивления заземлителя R0 в блоке трехфазного трансформатора А2.

6. Замыкание фазы на корпус электрооборудования моделируйте установкой перемычки между гнездами 3 и 4 модели А10.

7. Токи короткого замыкания измеряйте с помощью амперметров блока мультиметров Р1, включенных между гнездами 5, 6 и 7, 8 модели А10.

8. Напряжения на корпусах электрооборудования и экскаватора измеряйте с помощью вольтметра блока мультиметров Р1, включая его между гнездами 1, Е и 2, Е модели А10.

9. При измерении токов короткого замыкания и напряжения на корпусах электрооборудования самозаземления при нормальном режиме установите любой вид экскаватора и грунта и убедитесь, что ток равен нулю. Отсоедините гнезда 7 и 8 модели А10 перед началом работы.

10. Грунт, в котором проложен заземлитель, характеризуется удельным электрическим сопротивлением ρ1, а грунт, на котором стоит экскаватор, - удельным электрическим сопротивлением ρ2. Убедитесь, что при разных значениях удельного электрического заземления ρ1 тока не будет.

11Сравните напряжения на корпусе электроустановки с напряжением на экскаваторе при одинаковом виде грунта.

12. По завершении эксперимента отключите источник G1 и питание блока мультиметров Р1.

13. Результаты измерений занесите в табл. 7.1 и 7.2

Схема лабораторного стенда

Таблица 7.1.

Защитное заземление

Таблица 7.2.

Самозаземление

Контрольные вопросы

Литература

Лабораторная работа № 8

Натурное моделирование защитного отключения электрической сети

Цель работы: Изучение устройства защитного отключения

1. Теоретическая часть

Устройство защитного отключения (УЗО) обеспечивает защиту от поражения электрическим током в следующих случаях:

1. при снижении сопротивления изоляции электроустановок ниже установленного предела;

2. при замыкании фазного проводника на корпус электроприемника;

3. в случае прикосновения человека к токоведущим частям электроустановок.

Отключение электроустановки осуществляется в пределах времени, соответствующего допустимым токам и напряжениям прикосновения. Устройства защитного отключения, реализующие вышеперечисленные функции, могут применяться как в сетях с глухозаземленной, так и с изолированной нейтралью. Кроме того, УЗО могут предотвращать возникновение пожара, поскольку контролируют уровень токов утечки в сети. Длительное протекание токов утечки может привести к короткому замыканию и возгоранию строительных конструкций.

При конструировании УЗО используют следующие схемные элементы:

1. Датчик, реагирующий на параметр сети, прогнозирующий ток через человека.

2. Блок сравнения, который постоянно отслеживает прогнозируемый параметр и сравнивает его с установкой, то есть допустимым током через человека. Этот блок может выполняться на пороговых электромагнитных элементах, не требующих дополнительного питания, а может содержать усилитель и электронную схему, питающуюся от сети.

3. Цепь тестирования работоспособности УЗО с кнопкой «Тест», замыкающей рабочие проводники через контур, идущий в обход и содержащий сопротивление.

4. Блок отключения, который по сигналу от блока сравнения с помощью силовых контактов отключает электропитание.

2. Экспериментальная часть

2.1. Описание лабораторного стенда для измерения защитного

отключения электрической сети

Комплект типового лабораторного оборудования «Основы электробезопасности» ОЭБ1-С-Р представляет собой физическую модель прямой аналогии, составленную из электрических аппаратов, аналогичных электрическим аппаратам силовых электрических сетей. Данная лабораторная установка состоит из следующих частей:

– блок линейных дросселей А1 предназначен для моделирования индуктивного сопротивления электрической сети;

– трехфазный источник питания G1 предназначен для питания трехфазным и однофазным напряжением переменного тока модулей (блоков) комплекса. На панели размещены три однофазных автоматических выключателя, устройство защитного отключения, ключ – выключатель, кнопки включения и отключения, гнезда «ТК» для подключения термоконтакта, гнезда «L1, L2, L3, N, PE» соответственно трех выходных фаз, нулевого провода и защитного заземления, а также три светодиода для сигнализации о наличии на выходе источника фазных напряжений;

– блок мультиметров Р1 предназначен для измерения активного сопротивления элементов электрической цепи, токов и напряжений в этой цепи;

– трехфазный трансформатор А2 предназначен для гальванического развязывания цепей трехфазного тока промышленной частоты;

– модель участка электрической сети А3 предназначена для моделирования сопротивлений изоляции и емкостей фаз электрической сети относительно земли;

– устройство защитного отключения А11 предназначено для отключения трехфазной (однофазной) электрической сети от источника питания с заданной выдержкой времени при превышении суммы токов трех фаз (одной фазы) и нулевого провода (величины утечки) заданного значения;

– модель человека А4 предназначена для моделирования сопротивлений тела и обуви человека, а также пола, на котором он стоит.

На лабораторной установке с помощью переключателей можно моделировать электрические сети напряжением до 1000 В, применяемые на практике для электроснабжения потребителей: электрическую трехпроводную сеть с изолированной нейтралью питающего трансформатора на электрическую четырехпроводную сеть с глухозаземленной нейтралью питающего трансформатора.

Протяженность электрических сетей влияет на величину электрического сопротивления и емкость проводов относительно земли, что моделируется с помощью переключателей, имитирующих эти параметры.

Установка питается от сети учебной лаборатории напряжением 220 В, частотой 50 Гц.

– нажмите кнопку ВКЛ. При этом должны загореться светодиоды, сигнализируя о наличии выходных фазных напряжений источника, то есть о его включении

2.2. Меры безопасности

При работе на установке студентам запрещается:

– к работе с лабораторной установкой допускаются лица, ознакомленные с ее устройством, принципом работы и мерами безопасности в соответствии с требованиями, приведенными в настоящем разделе,

– оставлять без присмотра установку под напряжением,

– запрещается эксплуатация лабораторной установки при снятом кожухе,

– вскрывать установку и осуществлять какой-либо ремонт установки.

2.3. Порядок выполнения работы

Работа осуществляется в следующей последовательности:

1. Убедитесь, что устройства, используемые в эксперименте, отключены от сети электропитания.

2. Соедините гнезда защитного заземления "???" устройств, используемых в эксперименте, с гнездом "РЕ" источника G1.

3. Соедините аппаратуру в соответствии с электрической схемой соединений.

4. Включите источник G1 и питание блока мультиметров Р1.

5. Режим глухозаземленной (изолированной) нейтрали питающей электрической сети моделируйте установкой (отсутствием) перемычки между гнездом нейтральной точки трансформатора и гнездом сопротивления заземлителя R0 в блоке трехфазного трансформатора А2.

6. При проведении эксперимента в сети с изолированной нейтралью сопротивления RA, RB, RC изоляции фаз модели АЗ обязательно должны иметь значимые величины. Желаемые значения сопротивлений обуви человека и пола, на котором он стоит, устанавливайте на модели человека А4. Установите сопротивление пола Rп = 1 кОм. При Rоб = 10 кОм установите другой ток утечки и оцените ток срабатывания.

7. Временную и токовую уставки срабатывания устройства защитного отключения А11 устанавливайте с помощью кнопок «<» и «>» на его лицевой панели.

8. Включение устройства защитного отключения А11 производите нажатием кнопки «ВКЛ.» на его лицевой панели.

9. На верхнем индикаторе устройства защитного отключения А11 наблюдайте текущее значение тока утечки через человека.

10. Если после включения устройство защитного отключения А11 отключилось, то на его верхнем индикаторе высветится значение тока утечки, при котором произошло это отключение. Произведение этого значения тока утечки и времени срабатывания (уставки по времени) устройства защитного отключения используйте для оценки эффективности последнего.

12. По завершении эксперимента отключите источник О1 и питание блока мультиметров Р1.

13. Результаты измерений занесите в табл. 8.1.

Схема лабораторного стенда

Таблица 8.1.

Результаты измерений

Контрольные вопросы

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

(справочное)

Таблица 4.1.

Наибольшие допустимые напряжения прикосновения Unp и токи Ih,

проходящие через человека, при аварийном режиме производственных электроустановок напряжением до 1000В с глухозаземленной или изолированной нейтралью и выше 1000В с изолированной нейтралью

Таблица 1.7

Наибольшие допустимые напряжения прикосновения UПР и токи Ih, проходящие через человека, при аварийном режиме производственных электроустановок напряжением до 1000 В с глухозаземлённой или изолированной нейтралью выше 1000 В с изолированной нейтралью по ГОСТ 12.1.038-82

Таблица 1.8

Наибольшие допустимые напряжения прикосновения UПР и токи Ih, проходящие через человека, при аварийном режиме бытовых электроустановок напряжением до 1000 В и частотой 50 Гц по ГОСТ 12.1.038-82

Таблица 4.2

Полные активные и индуктивные сопротивления трансформаторов напряжением 6(10)/0,4 кВ

Таблица 5.1

Нормы сопротивления изоляции некоторых аппаратов и частей ЭУ до 1000 В и выше 1000 В

ЛИТЕРАТУРА

1. Анализ опасности поражения током в трехфазных электрических сетях. Методические указания к лабораторной работе по курсу «Безопасность жизнедеятельности», Центр подготовки специалистов «ПОСЦЕНТР», НПП, «Б и Б». – Екатеринбург, 2000. – 10 с.

2. Долин П.А. Основы техники безопасности в электрических установках. – М: Энергия, 1970

3. Князевский Б.А.Охрана труда. – М: Высшая школа, 1982.

4. Кузнецов К.Б., Мишарин А.С. Электробезопасность в электроустановках железнодорожного транспорта. – Екатеринбург: УрГАПС, 1999. – 425 с.

5. ГОСТ 12.1.038-82 «ССБТ. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов» в ред. 1988г.

6. Правила устройства электроустановок с изм. и доп. по состоянию на 01.11.2005 г. – Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2005.- 854 с.

8. ПТЭ электроустановок потребителей и ПТБ при эксплуатации электроустановок потребителей. М., ИНФРА–М, 2006. – 263 с.

Поиск по сайту: