лабораторная работа по бжд. бжд2э. Исследование эффективности действия защитного заземления и зануления

• Название: Исследование эффективности действия защитного заземления и зануления
• Анкор: лабораторная работа по бжд
• Дата: 10.04.2023
• Размер: 0.5 Mb.
• Имя файла: бжд2э.docx
• Тип: Исследование; #1051645

МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Московский технический университет связи и информатики

Кафедра «Радиооборудования и схемотехники»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2Э
«ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ И ЗАНУЛЕНИЯ»

Выполнили

студентки группы БРР1901______________________А.А. Гаджибекова

А.Д. Доронина

А.Д. Саргсян

Ч.Б. Мижитова
Проверила____________________________________И.А. Федоркина

Москва 2023

1. 
   ЦЕЛЬ РАБОТЫ
   

1. Исследовать зависимость общего сопротивления заземляющего устройства и коэффициента использования от числа заземлителей, а также от отношения расстояния между заземлителями а к длине заземлителя l.

2. Исследовать эффективность действия защитного заземления и зануления в трехфазных сетях переменного тока напряжением до 1000 В с различными режимами нейтрали.

2. ЗАДАЧИ

1. 
   Измерить сопротивление многоэлектродного заземляющего устройства методом вольтметра-амперметра и рассчитать коэффициент использования заземлителей. Построить графики зависимости коэффициента использования от числа заземлителей ( ) .1,2,3 f n  эксп  и отношения l а . 2. Измерить напряжение на корпусе относительно земли и ток h I в аварийном режиме электроустановки при питании ее от сети с ИН и от сети с ЗН: a) для случая, если корпус не заземлен; b) для случая, если корпус заземлен.
   

3. Исследовать эффективность действия зануления.

4. Составить выводы об эффективности защитного заземления и зануления в отношении безопасности человека при эксплуатации электроустановок.

3.ХОД РАБОТЫ

1. 
   Включить компьютер. На рабочем столе указателем мыши щелкнуть иконку
   

«Лаб. раб. №2». На экране монитора в окне «Установка исходных данных» ввести: состав бригады, выполняющей работу, номер группы и величину удельного сопротивления грунта в соответствии со своим вариантом. Нажать кнопку «ОК».

2. 
   Ознакомиться со схемой измерения сопротивления заземляющего устройства
   

R_зметодом вольтметра-амперметра.

Включить питание схемы тумблером Т1 и измерить с помощью вольтметра V и

амперметра А напряжения и ток через заземляющее устройство

R_з, поочередно

увеличивая число заземлителей от 1 до 5, нажимая указателем мыши кнопку

«+» на экране монитора при отношении = 1 .

Произвести повторные измерения

R_зпри отношении

=2

=3 .

Вспомогательный заземлитель R_в

и зондовый заземлитель R_z

используются в

качестве измерительных при определении величины сопротивления

R_з.

По данным измерений рассчитать сопротивление заземляющего устройства R_з и коэффициенты использования заземлителей по формуле (2). Полученные результаты записать в табл. 2 протокола отчета.

Построить графики зависимости _{эксп1,2,3} 

f(n)

при

 1,2,3 .

3. 
   На экране монитора щелкнуть указателем мыши закладку «Заземление. Сеть с
   

ИН». Ознакомиться со схемой. Указателем мыши установить

R  3,6

из

кОм.

Создать «пробой» фазы на незаземленный корпус, щелкнув указателем мыши на корпусе оборудования. С помощью вольтметра V измерить напряжение на корпусе относительно земли. Полученные данные записать в табл. 3 протокола
отчета. Имитировать прикосновение человека к корпусу электроустановки, щелкнув указателем мыши на схематическом изображении человека. Измерить, с помощью миллиамперметра mA, ток через человека при его прикосновении к незаземленному корпусу. Обратить внимание на путь прохождения тока.

Указателем мыши установить

измерения.

R  500

из

кОм и повторить вышеуказанные

Результаты измерений записать в табл. 3 протокола отчета.

4. 
   Указателем мыши установить
   

R  3,6 кОм. Щелкнув указателем мыши на

из

кнопку «+» подключить аварийную электроустановку с прикоснувшимся к ней человеком к заземляющему устройству. Изменяя число заземлителей от 1 до 5 измерить вольтметром V и миллиамперметром mA напряжение прикосновения (напряжение на корпусе относительно земли) и ток через человека. Обратить внимание на пути прохождения тока. Указателем мыши установить


из
R  500 кОм и повторить вышеуказанные измерения при n = 1 и n = 5.

Результаты измерений записать в табл. 3 протокола отчета.

5. 
   На экране монитора щелкнуть указателем мыши закладку «Заземление. Сеть с ЗН».
   

Ознакомиться со схемой. В окне «ток срабатывания защиты» установить

значение тока

I_ср 10

А. В окне «сопротивление заземления» R_з

установить

значение 30 Ом. Включить питание тумблером Т1, щелкнув на нем указателем мыши. Создать пробой на корпус, щелкнув указателем мыши в зеленой зоне корпуса.

Убедиться, что токовая защита не сработала и измерить с помощью вольтметра и амперметра напряжение на корпусе электроустановки относительно земли (напряжение прикосновения) и ток, протекающий через заземляющее устройство.

Повторить вышеуказанные измерения для всех значений

R_з, имеющихся в

окне. Провести те же измерения для токов срабатывания защиты

I_ср 20 А и

I_ср 30 А.

Результаты измерений записать в табл. 4 протокола отчета. По результатам

измерений рассчитать ток через тело человека

защиты. Записать результаты расчета в табл. 4.

_Ihдо момента срабатывания

6. 
   На экране монитора щелкнуть указателем мыши закладку «Зануление». Ознакомиться со схемой зануления. В окне «ток срабатывания защиты»
   

установить значение

I_ср 10

А. Включить питание тумблером Т1, щелкнув на

нем указателем мыши. Создать пробой на корпус, щелкнув указателем мыши в зеленой зоне корпуса. Обратить внимание на пути прохождения тока. Измерить с помощью вольтметра и амперметра значение напряжения на корпусе относительно земли и ток, протекающий в петле «фаза-нуль» от момента пробоя до момента срабатывания защиты. Провести те же измерения для токов

срабатывания защиты

I_ср 20 А и

I_ср 30 А.

Результаты измерения записать в табл. 5 протокола отчета.

7. 
   На экране монитора щелкнуть указателем мыши закладку «Зануление АР сети»
   

Ознакомиться со схемой. В окне

^Rзам

установить минимальное значение

R_зам. Включить питание тумблером Т1. Тумблер, заземляющий нейтраль,

Т2 – разомкнут. Измерить с помощью вольтметра и амперметра напряжение на корпусе электроустановки, под которым окажется прикоснувшийся к корпусу человек, и ток, протекающий через него, при аварийном режиме сети и отсутствии заземления нейтрали.

Повторить вышеуказанные измерения, изменяя значения

^Rзам ^.

Обратить внимание на пути прохождения тока. Результаты измерений записать

в таблицу 6. Изменяя величину

R_зам, измерить с помощью амперметра и

миллиамперметра токи, протекающие через нейтраль ( R) и человека ( _R).

0 _h

Результаты измерения записать в табл. 7 протокола отчета.

8. 
   На экране монитора указателем мыши щелкнуть закладку «Зануление. Обрыв НЗП».
   

Ознакомиться со схемой.

В окне «ток срабатывания защиты» установить значение

I_ср 10

А. Включить

питание тумблером Т1. Создать пробой на корпус, щелкнув указателем мыши в зеленой зоне корпуса. Обратить внимание на путь прохождения тока. Измерить с помощью вольтметра значение напряжения на корпусе относительно земли.

Провести то же измерение для токов срабатывания защиты

I_ср 15 А и

I_ср 30

А. Убедиться в срабатывании или не срабатывании токовой защиты.

Результаты измерения записать в табл. 8 протокола отчета.

3. ТЕОРИТЕЧЕСКАЯ ЧАСТЬ



Рисунок 1. Схемы защитного заземления и зануления.

Расчётные формулы:



Коэффициент использования заземлителей:



Ток через тело человека в случае пробоя на незаземлённый корпус и прикосновения к последнему:



Ток через тело человека в случае пробоя на заземлённый корпус:

4. 
   ВЫПОЛНЕНИЕ
   

Таблица №1.

Вариант	ρ, Ом/м	l, м	d, м	h, м	Сопротивления заземляющего устройства Rз , Ом
					Количество заземлителей n, шт.
					1	2	3	4	5
3	60	3	0,045	0,7	-	10,04	7,49	6,38	5,9

Формулы для расчётов:
(1)
(2)
(корпус не заземлен) (3)
(корпус заземлен) (4)
Таблица №2.

Кол-во заземлителей n, шт.			1	2	3	4	5
Rз расч, Ом			-	8,34	6,19	5,24	4,81
ηрасч			-	0,81	0,72	0,64	0,55
Uэксп, В	a/l	1	212.1	124.8	88.4	70.7	60.6
		2	212.1	117.8	83.2	66.3	56.6
		3	212.1	111.6	78.6	60.9	49.9
Rз эксп, Ом	a/l	1	21.21	12.48	8.84	7.07	6.06
		2	21.21	11.78	8.32	6.63	5.66
		3	21.21	11.16	7.86	6.09	4.99
ηэксп	a/l	1	0.63	0.53	0.5	0.47	0.44
		2	0.63	0.57	0.54	0.51	0.47
		3	0.63	0.6	0.57	0.55	0.53

I_эксп = 10А

Графики η_расч= f(n) и η_эксп1, 2, 3 = f(n) при a/l = 1, 2, 3 представлен на рисунке 1 и рисунке 2 соответственно:



Рисунок 1- График η_расч= f(n)


Рисунок 2 - График η_эксп1, 2, 3 = f(n) при a/l = 1, 2, 3.

Вывод:

С увеличением числа заземлителей коэффициент использования уменьшается. С увеличением отношения a/l коэффициент использования увеличивается.

2. 
   Результаты расчетов и измерений (U_ф=220В), выполненных согласно п.3 домашнего задания и п.З методики выполнения работы, представленные в виде таблица 3.
   

На рисунок 3 представлена схема лабораторной установки исследования защитного заземления в сети с ИН.


Рисунок 3 - Схема защитного заземления в сети с ИН
По формулам (3) и (4) расчитаем значение тока, проходящего через тело человека и заполним таблицу 3
Таблица 3

	Rиз , кОм	n	Uрасч , В	Ih расч , мА	Uэксп , В	Ih эксп , мА
Корпус не заземлен	3,6	-	100	100	100	100
	500	-	1,3	1,3	1,3	1,3
Корпус заземлен	3,6	1	3,12	3,12	34,5	22,3
		2	1,82	1,82	17,7	10,5
		3	1,36	1,36	12,9	7,4
		4	1,16	1,16	10,4	6
		5	1,08	1,08	9	5,1
	500	1	0,023	0,023	0,3	0,3
		5	0,0078	0,0078	0,1	0,1

3) Результаты измерений, выполненные согласно п.5 методики выполнения работы, представленные в виде таблицы 4.

На рисунке 4 представлена схема лабораторной установки исследования защитного заземления в сети с ЗН.



Рисунок 4 - Схема защитного заземления в сети с ЗН
Таблица 4

R3. ОМ Iср. А			30		26		24		20		18		14		10		4
10	U, В	194.12		190.67		188.57		183.33		180		171.11		157.14		110
	I, A	6.47		7.33		7.86		9.17		10		12.22		15.71		27.5
	Ih, mA	185.8596		181.369		178.6453		171.8719		167.5862		0		0		0
20	U, В	194.12		190.67		188.57		183.33		180		171.11		157.14		110
	I, A	6.47		7.33		7.86		9.17		10		12.22		15.71		27.5
	Ih, mA	185.8596		181.369		178.6453		171.8719		167.5862		156.2309		138.6529		0
30	U, В	194.12		190.67		188.57		183.33		180		171.11		157.14		110
	I, A	6.47		7.33		7.86		9.17		10		12.22		15.71		27.5
	Ih, mA	185.8596		181.369		178.6453		171.8719		167.5862		156.2309		138.6529		82.5

Вывод:

В сетях с ИН при увеличении числа заземлителей и/или сопротивления изоляции ток через тело человека уменьшается. В сетях с ЗН применение защитного заземления не эффективно, т.к. даже при сопротивлении заземляющего устройства в 4 Ома ток через тело человека остается смертельным (82,5 мА).

7. 
   Результаты измерений, выполненных согласно п. 6 методики выполнения работы:
   

Схема установки зануление



Таблица 5

Inом, А	10	20	30
In(ф-0), А	30	60	90
Uк, В	110	110	110

Вывод:

В качестве защиты от пробоя на корпус в сетях с ЗН применяется защитное зануление. Принцип действия зануления - превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (КЗ), т.е. между фазным проводом и нулевым защитным проводником, с целью вызвать большой ток, способный обеспечить КЗ срабатывание токовой защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. Такой защитой являются плавкие предохранители или автоматы, устанавливаемые перед потребителями энергии для защиты от токов КЗ и перегрузок.

7. 
   Результаты измерений, выполненных согласно п. 7 методики выполнения работы:
   

Схема установки заунление АР сети



Таблица 6

Rзам. Ом.	196	373	653
In(ф-0). A	0.18	0.16	0.13
Uk. В	183.95	160.23	133.09

Таблица 7

Rзам. Ом.	196	373	653
IRо. A	1.1	0.58	0.33
Ih. mA	4.38	2.33	1.33

Вывод:

Назначение заземления нейтрали в сетях до 1000 В – снижение напряжения зануленных корпусов относительно земли до безопасного значения на период замыкания фазы на землю (аварийный режим работы сети).

7. 
   Результаты измерений, выполненных согласно п. 8 методики выполнения работы:
   

Схема установки зануления. Обрыв НЗП



Таблица 8

Iср. А	10	15	30
До срабатывания защиты Uk. В	110	110	110
После срабатывания защиты Uk. В	0	0	110
Срабатывание защиты «+» «-»	+	+	-

Вывод:

Чтобы снизить напряжение корпуса относительно земли на период от момента замыкания на корпус до момента отключения поврежденной установки, а также на случай обрыва нулевого защитного проводника, необходимо повторное заземление нулевого провода.


ВЫВОД:

В результате выполнения лабораторной работы исследовали зависимость общего сопротивления заземляющего устройства и коэффициента использования от числа заземлителей, а также от отношения расстояния между заземлителями а к длине заземлителя и эффективность действия защитного заземления и зануления в трехфазных сетях переменного тока напряжением до 1000 В с различными режимами нейтрали. Сравнили полученные результаты с допустимыми нормами.

Контрольные вопросы.

1. 
   Что такое защитное заземление, его назначение, устройство и принцип действия?
   

Защитное заземление - защитная мера электробезопасности в электроустановках, представляющая собой преднамеренное создание электрической связи нетоковедущих частей электроустановки, которые в аварийном режиме могут оказаться под напряжением с землей (ее эквивалентом).

Назначение защитного заземления - обеспечение защиты людей от поражений электрическим током в электроустановках в случае возникновения в них аварийных режимов работы (напр. при прикосновении людей к нетоковедущим частям электроустановки, вследствие повреждения изоляции оказавшимся под напряжением).

Устройство. Конструктивно система заземления представляет собой совокупность следующих элементов: заземлителя - проводящей части, имеющей непосредственный контакт с землей и заземляющего проводника, обеспечивающем электрическую связь заземлителя с нетоковедущими частями электроустановки.

Основные параметры систем (количество, размеры, глубина размещения, расстояние между электродами и пр.) являясь расчетными величинами определяются в каждом случае индивидуально, исходя из допустимого сопротивления растекания тока заземлителя.

Принцип действия. Повышение уровня электробезопасности электроустановок, оборудованных системами защитного заземления обусловлено уменьшением до безопасных значений напряжения прикосновения и шагового напряжения, возникших в результате возникновения разности потенциалов на нетоковедущих частях заземленного оборудования.

В сетях с заземленной нейтралью использование систем заземления наиболее эффективно в комплексе с устройствами защитного отключения, сработка которых при появлении опасного для человека потенциала на заземленном оборудовании вызывает обесточивание электроустановки.

2. 
   В каких сетях целесообразно применять защитное заземление?
   

Cети до 1000 В: переменного тока, трехфазные, трехпроводные сети с изолированной нейтралью, однофазные двухпроводные, изолированные от земли; а также сети постоянного тока, двухпроводные с изолированной средней точкой обмоток источника тока.

Сети выше 1000 В: переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали или средней точки обмоток источника тока.

3. 
   Уметь показать путь тока и знать, как определяется величина тока через человека, прикоснувшегося к корпусу электроустановки в период замыкания фазы на корпус:
   

А) если корпус не заземлен



Б) если корпус заземлен

4. 
   Какова допустимая, по ПУЭ, величина сопротивления защитного заземления в электроустановках до 1000 В?
   

Согласно ПУЭ, сопротивление заземления в установках напряжением до 1000 В не должно превышать 4 Ом. При мощности источника питания до 100 кВт допускается R_з≤10 Ом.

5. 
   Что такое явление экранирования заземлителей?
   

Так как заземлитель обычно состоит из нескольких параллельно соединенных электродов, расположенных на сравнительно небольших расстояниях друг от друга, то возникает явление экранирования, приводящее к уменьшению объема грунта, в котором происходит растекание тока с каждого электрода и, как следствие этого, увеличение сопротивления заземлителя.

6. 
   Как определяется коэффициент использования заземлителей?
   

Для того чтобы обеспечить требуемую величину сопротивления применяют сложные заземлители, состоящие из углубленных заземлителей, соединенных металлическими полосами. В таких заземлителях поля токов, стекающих с углубленных заземлителей и полос, налагаются друг на друга. В результате общее сопротивление сложного заземлителя, измеренное приборами, получается больше, чем сопротивление этого заземлителя, рассчитанное по формуле как сумма сопротивлений параллельно соединенных одиночных заземлителей. Поэтому при проектировании заземляющего

устройства необходимое число заземлителей определяется с учетом их влияния друг на друга. В связи, с чем вводится коэффициент использования заземлителей, всегда меньшей единицы

7. 
   Что такое зануление, его назначение и принцип действия?
   

Зануление — преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей с заземленной нейтральной точкой источника электроэнергии с целью автоматического отключения участка при замыкании на корпус.

Назначение зануления. Зануление применяется по ПУЭ только для промышленных установок и не является гарантом безопасности. Если фаза попадает на открытую часть устройства, то ток не уходит. После этого происходит сопряжение двух фаз, и, как следствие, короткое замыкание. Нулевой проводник необходим для быстрого реагирования дифференциального защитного автомата на КЗ, но не для защиты человека от поражения током. Поэтому его принято использовать только на производстве, где требуется быстрое отключение питания в случае аварийной ситуации.

Принцип действия. При замыкании на корпус зануление создает цепь однофазного КЗ, что вызывает срабатывание максимальной токовой защиты (за счет протекания тока однофазного КЗ), и поврежденная электроустановка отключается от сети. При этом в промежуток времени от момента замыкания на корпус до отключения электроустановки происходит снижение напряжения корпуса поврежденной электроустановки относительно земли из-за перераспределения напряжения между фазным и нулевым защитным проводниками и наличия повторного заземления нулевого защитного проводника.

8. 
   В каких сетях целесообразно применять зануление?
   

Область применения:

1) трехфазные четырехпроводные сети до 1000 В с глухозаземленной нейтралью;

2) трехпроводные сети постоянного тока с глухозаземленной средней точкой обмотки источника энергии;

3) в однофазных двухпроводных сетях переменного тока с глухозаземленным выводом обмотки источника питания.

9. 
   Назначение нулевого защитного проводника при занулении?
   

Назначение нулевого защитного проводника при занулении - обеспечение необходимого для отключения установки значения тока однофазного КЗ путем создания для этого тока цепи с малым сопротивлением.

10. 
    Назначение заземления нейтрали при занулении?
    

Назначение заземления нейтрали в сетях до 1000 В – снижения напряжения зануленных корпусов относительно земли до безопасного значения на период замыкания фазы на землю (аварийный режим сети).

11. 
    Назначение повторного заземления нулевого защитного проводника?
    

Повторное заземление нулевого защитного проводника необходима для того, чтобы снизить напряжение корпуса относительно земли на период от момента замыкания на корпус до момента отключения поврежденной установки, а также на случай обрыва нелевого защитного проводника.

12. 
    От чего зависит и как определяется величина тока короткого замыкания, необходимого для срабатывания защиты, при замыкании фазы на зануленный корпус?
    

, где I_кз – аварийный ток короткого замыкания,

R_n(ф-n) – сопротивление «петли фаза-нуль»

I_ном – номинальный ток срабатывания защиты

К – коэффициент кратности тока

Защита срабатывает при достаточно низком сопротивлении петли «фаза-нуль»