БЖД-Лаб-Работы-итог. Контрольные вопросы для самопроверки и библиографический список. Каждый студент получает при выполнении работы конкретные данные с учетом своего варианта, проводит необходимые расчеты, сравнивает
 Скачать 3.78 Mb.
|
|
φ 3 становится равным З З З R I φ ; З Ф Ф З R R U I где Ф – фазное напряжение Ф – сопротивление изоляции фазного провода. Если значение сопротивления защитного заземления З будет значительно меньше значения сопротивления фазы Ф, то при нарушении изоляции одной из фаз и протекании тока через заземлитель на оборудовании возникнет потенциал, меньший Фа именно (при равенстве сопротивлений изоляции сопротивление одной фазы равно Ф 3 / R R U Ф З Ф З φ А ток, проходящий через тело человека будет весьма малым 48 ЧЕЛ Ф З Ф ЧЕЛ З ЧЕЛ R R R U 3 R I φ Таким образом, при устройстве защитного заземления необходимо обеспечить достаточно малое значение R З Наряду с положительным явлением (резкое снижение потенциала на заземленном оборудовании) возникает и отрицательное явление – появление на поверхности грунта вокруг места стекания тока потенциала, который может представлять опасность для жизни человека в виде шагового напряжения (ш. Потенциал на поверхности земли вокруг заземлителя изменяется по закону гиперболы, уменьшаясь от своего максимального значения до нуля по мере удаления от заземлителя. В реальных условиях на расстоянии 20 мот заземлителя потенциал практически равен нулю при сухом грунте. В качестве заземлителей в первую очередь используются естественные заземлители (металлические конструкции зданий, трубопроводы, металлические оболочки кабелей и т.п.). При недостаточности или отсутствии естественных заземлителей устраивается искусственное заземление, для чего в грунт забиваются или укладываются стальные уголки или стержни, полосовая сталь и т.п. и соединяются с заземляемым оборудованием шинами, чаще всего из полосовой стали. Совокупность заземлителя и шин, соединяющих заземленные части электроустановки с заземлителем, называется заземляющим устройством. Сопротивление заземляющего устройства растеканию тока (отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю) состоит из сопротивления заземлителя и заземляющих проводников и зависит от конфигурации заземлителя, расположения его в земле, удельного сопротивления грунта. Сопротивление последнего определяется характером грунта (супесчаная почва, глина и т.д.) и коэффициентом сезонности, 49 учитывающим климатические особенности местности, где устраивается заземление. Для уменьшения влияния значения коэффициента сезонности, а также для повышения эксплуатации заземляющих устройств заземлители в стационарных установках всегда располагают в грунте на глубине не менее 0,5 м. На практике в связи стем, что одиночные заземлители не обеспечивают необходимого значения сопротивления растеканию тока, в качестве заземлителей используют металлический контур, составленный из этих одиночных заземлителей. Чаше всего контуры делают из трубчатых стержней, забиваемых в землю. Верхние концы стержней между собой приваривают к железной шине или круглому железному прутку. К контуру присоединяют стальную или медную шину и вводят её в помещение, где надежно соединяют с оборудованием. При этом последовательное подсоединение заземляемого оборудования к заземляющему устройству не допускается. 2. ПРИМЕНЕНИЕ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ. НОРМИРОВАНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ Защитное заземление электроустановок следует выполнять при номинальном напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока во всех случаях. Защитное заземление применяется в электроустановках при номинальном напряжении 42–380 В переменного тока и 110–440 В постоянного тока при работах в помещениях категории ПО (с повышенной опасностью) и категории ОО(особо опасных) по ГОСТ 12.1.013–78. Во взрывопожароопасных помещениях категории Аи Б все электроустановки независимо от величины напряжения должны быть заземлены. Допустимые значения сопротивления защитных заземлений регламентируются ГОСТ 12.1.030–81 Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление» и Правилами устройства электроустановок (ПУЭ). Для электроустановок напряжением до 1000 В в сети с заземленной 50 нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 2, 4 и 8 Ом при линейных напряжениях соответственно 660, 380 и 220 В трехфазного источника питания или 380, 220 и 127 В однофазного источника питания. Для установок напряжением выше 1000 В в сети с заземленной нейтралью заземляющее устройство должно иметь в любое время года сопротивление не более 0,5 Ом. В электроустановках напряжением до 1000 В сети с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства в стационарных сетях не должно быть более 4 Ом. В электроустановках напряжением выше 1000 В в сети с изолированной нейтралью должно быть выполнено защитное заземление сопротивлением I R 250 з Ом, ноне более 10 Ом, где I – расчетный ток замыкания на землю, А. В качестве расчетного тока замыкания на землю I может быть принят трехкратный номинальный ток предохранителей или полуторакратный ток срабатывания релейной защиты (принять I = 50 А. Принципиальные схемы защитного заземления приведены на рис. 2. Рис. 2. Принципиальная схема защитного заземления а – в сети с напряжением до 1 кВ и выше с изолированной нейтралью б – в сети с напряжением выше 1 кВ с заземленной нейтралью 1 – заземленное оборудование из – сопротивление изоляции фаз R 3 – сопротивление защитного заземления R 0 – сопротивление нейтрали сети I 3 – ток короткого замыкания на землю 1 1 а б 51 3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ Сопротивление заземляющего устройства измеряется после его монтажа, капитального ремонта и при эксплуатации на промышленных предприятиях не реже одного раза в 3 года. При измерении сопротивления заземляющего устройства (исп) (см. рис. 3) необходимо иметь два дополнительных заземления вспомогательный заземлитель (R всп ) и зонд (зонд. Вспомогательный заземлитель предназначен для создания цепи тока от источника напряжения через испытуемый заземлитель, который измеряется амперметром. Зонд предназначен для включения вольтметра, измеряющего падение напряжения на испытуемом заземлителе. Расстояние между испытуемым заземлителем, зондом и вспомогательным заземлителем должно быть не менее 20 м, чтобы кривая распределения потенциала в зоне растекания тока между испытуемыми дополнительным заземлителем имела явно выраженный горизонтальный участок с нулевым потенциалом. Значение R всп рекомендуется выбирать не выше десятикратной величины нормативного значения сопротивления заземляющего устройства. Определение сопротивления заземляющего устройства заключается в измерении падения напряжения на испытуемом заземлителе и силы тока, протекающего через него (рис. 3). В этом случае З З исп I U R , (1) где – полное падение напряжения на испытуемом заземлителе относительно нулевого потенциала, В I 3 – величина тока, проходящего через испытуемый заземлитель, А. 52 Если сопротивление обмотки вольтметра окажется соизмеримым с сопротивлением исп, то из-за шунтирования это может привести к значительной погрешности в результате измерений. Погрешности можно избежать, если сопротивление обмотки будет значительно (враз) больше, чем сопротивления исп. Если данное требование не выполняется, то падение напряжения на испытуемом заземлителе вычисляется по формуле ) 1 ( В В З зонд R R U U , (2) где – напряжение, показываемое вольтметром, В зонд – сопротивление зонда, Ом В – внутреннее сопротивление вольтметра, Ом. Рис. 3. Схема измерения сопротивления заземления 1 – испытуемый заземлитель 2 – зонд 3 – вспомогательный заземлитель 3 – автотрансформатор 4 – вольтметр 5 – амперметр В – выключатель 1 2 3 4 5 53 Рис. 4 Общий вид стенда для определения сопротивления защитного заземления 1 – испытуемый заземлитель 2 – зонд 3 – вспомогательный заземлитель 3 – автотрансформатор 4 – вольтметр 5 – амперметр В – выключатель Источником питания измерительной схемы служит автотрансформатор, включаемый тумблером В в сеть с напряжением 220 В. Для уменьшения ошибки измерения определение величины исп проводят при нескольких значениях напряжения источника. Напряжение питания изменяется с помощью потенциометра, расположенного на стенде (рис. 4). 4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Номер Вашего варианта задания равен Вашему номеру в списке Вашей группы (таблица №1). 54 Таблица №1 Данные вариантов заданий Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Показания амперметра, з А 0,4 2,0 3,0 0,8 0,8 2,1 3,5 2,1 2,7 1,7 0,5 3,0 3,5 1,0 0,9 3,2 4,7 4,3 1,3 1,5 0,6 4,0 4,0 1,4 1,1 4,9 5,0 5.0 1,0 1,2 Показания вольтметра, в В 1,5 3 7 5 7 2 1 2 8 10 2,0 5 8 6 8 3 2 4 4 9 2,3 7 9 8 9 5 3 5 3 7 зонд, Ом 7 8 9 10 7 8 9 10 7 8 в, Ом 50 70 60 80 70 50 80 50 70 60 Вариант 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Показания амперметра, з А 0,1 0,3 3,7 2,1 1,1 0,9 0,5 1,8 3,8 3,3 0,6 0,4 5,0 4,2 2,1 0,3 1,1 2,2 4,9 2,9 0,8 0,5 5,0 5,0 2,7 0,8 0,9 2,5 5,0 2,1 Показания вольтметра, в В 1 1,3 1 2 3 6 4 7 1 10 6 1,5 2 4 6 2 9 8 2 9 7 1,8 3 5 8 5 8 9 3 7 зонд, Ом 10 10 9 8 7 5 5 6 7 8 в, Ом 50 70 60 80 70 50 80 50 70 60 Вариант 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 Показания амперметра, з А 0,9 0,6 0,2 1,0 3,9 3,1 1,3 1,0 1,0 1,2 5,0 0,5 0,8 1,2 4,8 2,2 3,2 0,7 0,5 1,4 2,9 1,2 0,9 1,4 5,0 5,0 2,7 0,9 0,4 1,6 Показания вольтметра, в В 1 4 2 4 1 3 4 6 8 5 5 3 7 5 2 2 9 4 4 6 3 7 8 6 3 5 8 5 3 7 зонд, Ом 10 10 9 8 7 5 5 6 7 8 в, Ом 50 70 60 80 70 50 80 50 70 60 1. Соответствующие данные Вашего варианта занести в итоговую таблицу результатов (табл. 2). 2. Рассчитать U 3 по формуле (2). 3. По формуле (1) определить значение исп. Определить среднее арифметическое из трех опытов значение величины исп 55 5. Определить, сравнив с нормативами, в каких электроустановках можно использовать защитное заземление с полученным средним значением сопротивления, и сформулировать выводы по работе. ФОРМА ОТЧЕТА И ВЫВОДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ Общие сведения (титульный лист – номер и название работы – номер Вашего варианта – Ф. ИО. студента – номер группы – дата выполнения работы – Ф. ИО. преподавателя. Содержание отчета – кратко описать цель работы – привести схему лабораторной установки (рис – привести основные формулы расчетов (1) и (2); – заполнить таблицу 2 результатами измерений. 56 Таблица 2. Результаты измерений Студент Группа___________Дата_________ Номер варианта Фамилия Содержание вывода Среднее значение сопротивления заземления ИСП равно Ом. Данное защитное заземление в соответствии с ГОСТ 12.1.030–81 Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление» и Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) можно использовать для следующих электроустановок здесь необходимо привести все варианты из четырех возможных (Нормирование, п. В каждом варианте указать 1.– напряжение сети (доили выше 1000 В 2 – режим нейтрали (заземленная или изолированная 3 – величину линейного напряжения,В (если имеются 4 – допустимое значение сопротивления заземления сопротивления R 3 в Ом. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Издание седьмое. Утверждены Приказом Минэнерго России От 08.07.2002 № 204. 2. ГОСТ 12.1.030-81 Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление». 3. Безопасность жизнедеятельности. Лабораторный практикум : учеб. пособие для вузов / сост. А.А. Вершинин и др ; под общ. ред. Г.В. Тягунова, А.А. Волковой. Екатеринбург : УрФУ, 2011. 180 с п/п Показания зонд, Ом в, Ом з, В ИСП, Ом Амперметр, А Вольтметр, В 1 2 3 СреднееR ИСП, Ом 57 Лабораторная работа № 8. ПРОВЕРКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАНУЛЕНИЯ Цель работы работа предусматривает проверку надежного отключения поврежденного участка электрической цепи предохранителями с плавкими вставками и автоматическими выключателями при однофазных замыканиях в электрических установках с напряжением до 1000 В, работающих в сетях с заземленной нейтралью. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ При обслуживании производственного оборудования операторы прикасаются к его нетоковедущим частям. Такое прикосновение в большинстве случаев является нормальной операцией, например, работа на металлорежущем станке, приводом которого является электродвигатель. Пробой изоляции или другие неисправности электрооборудования установки могут повлечь за собой появление напряжения на его нетоковедущих частях, что, в свою очередь, может привести к несчастному случаю. Одной из мер защиты может служить защитное заземление (рис. 1). Рис. Схема защитного заземления R 0 - сопротивление заземления нейтрали сети з - сопротивление заземления чел – сопротивление человека чел - ток, протекающий через человека, з - ток замыкания на землю 58 Однако в сетях с заземленной нейтралью заземление корпуса электроустановки неспособно обеспечить в полной мере защиту от поражения электрическим током. При замыкании на корпусе ток неисправной фазы замкнется по контуру фаза - корпус - заземление корпуса - грунт - заземление нейтрали - фаза. Значение тока в этом контуре определяется в основном сопротивлениями з и о, так как сопротивление других участков значительно меньше 0 З Ф З R R U I , а напряжение на корпусе относительно Земли определяется так 0 З З Ф З R R R U U Так как обычно з ≈ ото напряжение на корпусе равно половине фазного напряжения. При R з >R о оно приближается к фазному, то есть может привести к еще большему поражению. Отключения поврежденной фазы средствами защиты плавкий предохранитель, автомат) может в этом случае не произойти, так как ток з окажется недостаточным. Допустим, электроустановка работает в сети с ф 220 В. Если принять з = о = 4 Ом и пренебречь сопротивлением проводов, то ток короткого замыкания з, А, выразится формулой А 5 , 27 4 4 220 I З В связи стем, что надежное срабатывание предохранителя сплавкой вставкой происходит при трехкратном превышении номинального тока, то он обеспечит защиту только для установок с потреблением по фазе 9 Аи меньше. В установках с большими токами потребления и соответствующими номинальными токами устройств защиты отключения не произойдет. Для обеспечения электробезопасности посредством надежного отключения аварийного участка цепи в цепях с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В применяют зануление, те. соединение корпусов электроустановок с заземленной нейтралью трансформатора или генератора (рис. 2). 59 Рис. Схема зануления: R 0 – сопротивление заземления нейтрали сети п - сопротивление повторного заземления нейтрали I к.з. - ток короткого замыкания Принцип действия зануления – превращение короткого замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание, в результате чего срабатывает защита плавкая вставка предохранителя, автоматический выключатель, которая отключит поврежденный участок сети. При замыкании, например, фазы 1 на корпус (рис. 2) ток короткого замыкания проходит по контуру Обмотка трансформатора – фазный провод – корпус установки – зануляющий провод – нулевой провод, те. образуется петля фаза - нуль. Значение тока короткого замыкания 0 Ф ТР Ф . З . К R R R U I , (1) где R тр. – сопротивление одной фазы трансформатора, фи- сопротивления соответственно фазного и нулевого проводов Величина сопротивления петли без учета обмотки питающего трансформатора 0 Ф ПЕТ R R R . (2) 60 В этом случае выражение (1) принимает вид ПЕТ ТР Ф . З . К R R U I . (3) Учитывая, что сопротивление фазной обмотки трансформатора или генератора и сопротивление фазного провода представляет весьма малую величину (десятые доли Ом, большое значение тока короткого замыкания обеспечивает цепь зануления и нулевой провод. Для большинства сетей величина сопротивления петли фаза - ноль составляет 0,2...2,0 Ом. Таким образом, для сети напряжением 220 В I к.з. = 110...1100 А. Очевидно, что при таком токе защита должна сработать. НОРМИРОВАНИЕ ЗАНУЛЕНИЯ Требования к цепям зануления изложены в ГОСТ 12.1.030-81 Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление» ив Правилах устройства электроустановок (ПУЭ) [1,2]. В электроустановках до 1000 В с заземленной 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 (н) плавкого элемента ближайшего предохранителя I к.з. ≥ н . (4) В 1,4 ив раз относительно тока уставки (уст) автоматического выключателя с электромагнитным расцепителем с номинальным током до 100 Аи более 100 А соответственно 61 I к.з. ≥ уст (5) I к.з. ≥ уст. (6) Значение уст. указывается в паспорте на автомат. Полная проводимость нулевого защитного проводника во всех случаях должна быть не менее 50% проводимости фазного проводника. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ Схема лабораторной установки приведена на рис. 3 [3-5]. В данной установке реализован метод проверки достаточной проводимости петли фаза - нуль с отключением питающего напряжения от потребителя, то есть производится измерение без учета сопротивления обмотки питающего трансформатора Тр1. Рис. Схема лабораторной установки Измерение производится методом амперметра-вольтметра с помощью источника пониженного напряжения 12 В (Тр2), поскольку на рабочем напряжении короткое замыкание недопустимо. 62 Понижающий автотрансформатор Тр2 располагается как можно ближе к питающему трансформатору Тр1, чтобы учесть сопротивление всей цепи фазного и питающего провода от него до потребителя. Включение понижающего автотрансформатора Тр2 производится тумблером В. Изменение напряжения, подаваемого для измерения, производится ручкой регулировки РН, выведенной на панель установки. Тумблер Рп имитирует находящийся на подстанции рубильник подачи питания в цех. Тумблеры Т и Т имитируют рубильники, включающие питание на потребителей. При включении тумблеров Т и Т в схеме предусмотрено искусственное короткое замыкание на корпус соответствующего потребителя. Потребитель П снабжен автоматическим выключателем с электромагнитным расцепителем, потребитель П – предохранителем с плавкими вставками. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Номер Вашего варианта задания равен Вашему номеру в списке Вашей группы (таблица №1). Таблица №1 Данные вариантов заданий Вариант |