|
|
БЖД ЛР-11 Методические указания. Лабораторная работа 11 Исследование защитного заземления электроустановок
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11
Исследование защитного заземления электроустановок
Цель работы – изучение устройства защитного заземления, а также порядка расчета и измерения сопротивления заземления.
Общие сведения
При прикосновении человека к оказавшимся под напряжением (при коротком замыкании, пробое изоляции и др.) металлическим нетоковедущим частям электрооборудования (косвенное прикосновение) может произойти его поражение электрическим током.
Для предотвращения этого широко применяется защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей металлических нетоковедущих частей электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением в аварийной ситуации.
Задача защитного заземления – снизить до безопасной величины разность потенциалов между корпусом оборудования, к которому прикоснулся человек, и землей, на которой он стоит. Эта разность потенциалов называется напряжением прикосновения. Чем меньше напряжение прикосновения, тем меньший ток будет протекать через человека.
Защитное заземление применяется в сетях низкого напряжения в электроустановках с изолированной нейтралью трансформатора (система IТ) и высокого напряжения с любым режимом нейтрали (система ТN).
Величина максимально допустимого сопротивления заземления электроустановок Rдоп регламентируется Правилами устройства электроустановок в зависимости от мощности источника электроснабжения и составляет: в электроустановках низкого напряжения не более 10 Ом для источников мощностью 100 кВА и менее и не более 4 Ом во всех остальных случаях.
Эти значения выбраны с таким расчетом, чтобы при попадании напряжения на металлические нетоковедущие части электроустановки и прикосновении к ним человека ток, проходящий через него, не превышал 6 мА, т. е. был отпускающим.
Конструктивно заземление выполняется в виде нескольких стержневых заземлителей, погруженных в грунт на определенную глубину и соединенных параллельно полосой связи. Такая система применяется для лучшего растекания тока в земле.
Сопротивление заземления в большей мере зависит от удельного сопротивления грунта ρ, Ом·м.
Удельное сопротивление грунта – это сопротивление одного кубического метра грунта, к противоположным граням которого приложены измерительные электроды.
Удельное сопротивление грунта зависит от вида почвы (глина, песок, чернозем и т. п.) и времени года. Наибольшую величину оно имеет зимой в северных районах при промерзании почвы и летом в южных районах, когда почва наиболее сухая.
Сопротивление заземления необходимо периодически, не реже одного раза в год, контролировать, так как из-за коррозии заземлителей или их механических повреждений оно может увеличиваться.
Оборудование и приборы для выполнения работы
Работа выполняется на лабораторном стенде, верхняя (наклонная) панель которого разделена на две части:
левая (рис. 16) – для исследования влияния сопротивления  заземления, Rз, на величину тока, протекающего через человека;
правая (рис. 17) – для определения удельного сопротивления грунта ρ.
Для определения ρ и изменения Rз имеется измеритель заземления М-416 (рис. 18).
На левой половине стенда (рис. 16) расположены вторичная обмотка питающего трансформатора 10 кВ/0,4кВ и электродвигатель переменного тока 380 В.
Рис. 16. Схема лабораторного стенда для исследования влияния сопротивления
заземления на величину тока, протекающего через человека
На стенде имитируется аварийная ситуация, при которой одна из трех фаз сети из-за пробоя изоляции имеет контакт с нетоковедущим корпусом электродвигателя. При прикосновении человека к корпусу этого электродвигателя ток проходит через человека. Величина тока, проходящего через человека (Iчел), и напряжение прикосновения (Uпр) измеряются при помощи амперметра и вольтметра, расположенных на левой части стенда.
На рис. 16 обозначены сопротивление изоляции фаз относительно земли Rиз и пути тока, проходящего через тело человека в аварийной ситуации Iчел, и заземления Rз.
Правая половина стенда (см. рис. 17) состоит из гнезд 1, 2, 3, 4 для определения удельного сопротивления грунта, выключателей («чернозем», «глина», «суглинок») для подключения заданного вида грунта, схемы заземления электроустановки и гнезд Rх, Rзонд, Rвсп для измерения сопротивления заземления электроустановки, схемы подключения М-416 при измерении Rз и необходимых для расчетов сведений по натуральным и десятичным логарифмам.
Рис. 17. Схема лабораторного стенда для определения удельного
сопротивления грунта и контроля сопротивления заземления электроустановки
Схема заземления собирается по результатам расчетов, необходимое количество одиночных заземлителей подключается выключателями Т1 – Т10, их сопротивление с учетом коэффициента использования заземлителей устанавливается имеющимися под выключателями потенциометрами с помощью специальных ручек. Влияние полосы связи ηп устанавливается потенциометром. Крайне правое положение ручек потенциометров является минимальным.
Рис. 18. Измеритель сопротивления заземления М-416
На нижней (горизонтальной) панели стенда расположены (слева направо) схемы размещения электродов группового заземлителя и исходные данные.
Порядок работы с измерителем сопротивления
заземления М-416
При измерении сопротивления грунта:
1. Включить тумблером заданный вид грунта.
2. Соединить при помощи проводов клеммы 1, 2, 3, 4 на корпусе прибора М-416 с гнездами 1, 2, 3, 4 в левом верхнем углу правой половины стенда.
3. Переключателем «П» установить на приборе нужный масштаб измерения (начиная с Х1).
4. Нажать (и не отпускать до конца измерения) кнопку КН на панели прибора М-416. При этом стрелка прибора отклонится в левую или правую сторону.
5. Ручкой «реохорд», обозначенной на панели прибора «R», вернуть стрелку прибора в центральное положение «О» на корпусе прибора.
6. Снять показания прибора М-416 по шкале (обозначена на верхней панели прибора буквами «ШК»). Измеренное сопротивление равно произведению подвижной шкалы на масштаб измерений.
При измерении сопротивления заземляющего устройства электроустановок с рассчитанным ранее количеством заземлителей:
1. Подключить прибор М-416 проводами и гнездами Rх, Rзонд и Rвсп:
к гнезду Rвсп – штекер 4;
к гнезду Rзонд – штекер 3;
к гнезду Rх – штекер 1 или 2.
2. Переключателем «П» установить на приборе нужный масштаб измерения (начиная с Х1).
3. Ручкой «реохорд», обозначенной на панели прибора «R», вернуть стрелку прибора в центральное положение «О» на корпусе прибора.
4. Снять показания прибора М-416 по шкале (обозначена на верхней панели прибора буквами «ШК»). Измеренное сопротивление равно произведению подвижной шкалы на масштаб измерений.
Порядок выполнения работы
Студент обязан:
1. Явиться на занятие, изучив материал, изложенный в методических указаниях, подготовив форму отчета, приведенную в приложении 5, и предъявить ее преподавателю.
2. Изучить инструкцию по электробезопасности на рабочем месте и содержание стендов-щитов.
3. После успешного прохождения тестирования или контрольного опроса получить допуск к лабораторной работе (студенту выдается вариант ее выполнения в соответствии с табл. 14).
При необходимости получить у преподавателя или работника кафедры, помогающего ему проводить занятия (лаборант, инженер), краткий инструктаж по выполнению работы.
4. Установить в исходное положение (согласно рис. 16, 17) все выключатели и ручки потенциометров лабораторного стенда. Ползунок С должен находиться в верхнем крайнем положении; ручки потенциометров без усилия повернуты по часовой стрелке до упора (включенное положение приборов – вверх).
5. Исследовать влияние сопротивления заземления на напряжение прикосновения и величину тока, проходящего через человека, в аварийной ситуации (пробой изоляции).
Таблица 14
Варианты выполнения лабораторной работы
Номер
варианта
|
Наименование
грунта
|
Климатическая
зона
|
Наибольшее допустимое
сопротивление
заземления Rдоп,Ом
|
1
|
Чернозем
|
I
|
4
|
2
|
– " –
|
II
|
4
|
3
|
Глина
|
III
|
4
|
4
|
– " –
|
IV
|
4
|
5
|
– " –
|
I
|
10
|
6
|
– " –
|
II
|
10
|
7
|
Суглинок
|
III
|
10
|
8
|
– " –
|
IV
|
10
|
6. Включить левую часть стенда выключателем Вс.
7. Выключателем Вчел подключить к корпусу электродвигателя схему, имитирующую человека, и зафиксировать напряжение прикосновения Uпри величину тока, проходящего через человека Iчел. Занести полученные значения в таблицу наблюдений. В графе Rз, Ом,поставить прочерк.
8. Выключателем Взподключить к корпусу электродвигателя заземление и, изменяя ступенчато ползуном С сопротивление заземляющего устройства, зафиксировать ток, проходящий через тело человека (Iчел) и напряжение прикосновения (Uпр) при каждом значении сопротивления. Полученные данные занести в таблицу наблюдений. По получении результатов построить графики Uпр = ƒ(Rз)иIчел = ƒ(Rз). При правильном построении графиков должны получится две параллельные кривые.
9. Сделать выводы:
1) при каком значении Rзполучена максимально допустимая величина неотпускающего тока Iчел(не более 6 мА);
2) какой должна быть величина Rз, чтобы через человека, при его прикосновении к нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением, не проходили неотпускающие токи (свыше 6 мА).
10. Установить в исходное положение выключатели Вз,Вчел, Вс.
11. Сделать выводы по исследованию влияния сопротивления заземления на напряжение прикосновения и величину тока, проходящего через человека, в аварийной ситуации.
12. Рассчитать и собрать схему, измерить сопротивление заземления электроустановки, для чего выполнить следующие действия.
13. Определить величину удельного сопротивления грунта ρ в следующем порядке: подсоединить клеммы прибора М-416 к гнездам 1, 2, 3, 4 в левом верхнем углу правой половины стенда, включить выключатель заданного вида грунта и зафиксировать показания прибора R1.
14. Расcчитать величину удельного сопротивления грунта, Ом·м, по формуле:
 ,
где L = 30 м – расстояние между двумя любыми электродами прибора М-416;
α = 0,1 – коэффициент модели лабораторного стенда;
R1 – результат измерения заданного вида грунта прибором М-416;
π = 3,14 – постоянная величина.
15. Рассчитать сопротивление растеканию тока одиночного трубчатого заземлителя по формуле, Ом:
 ,
где l = 3 м – длина заземлителя;
d = 0,0254 м – диаметр заземлителя;
Н = h + l/2– расстояние от поверхности земли до середины заземлителя;
h= 0,8 м;
ψ – коэффициент сезонности (берется из табл. 15 в зависимости от заданного варианта).
Таблица 15
Величина коэффициента сезонности
для различных климатических зон
Параметр характеристики
климатической зоны
|
Климатические зоны, зависящие от средней
многолетней низкой температуры
и продолжительности замерзания вод
|
I
|
II
|
III
|
IV
|
Коэффициент сезонности ψ для вертикального электрода длиной 3 м
|
1,7
|
1,5
|
1,3
|
1,1
|
16. Рассчитать количество одиночных заземлителей, необходимое для того, чтобы величина сопротивления заземлителя электроустановки Rзбыла равна или ниже допустимой (Rдоп).
Для этого сначала рассчитывается предварительное количество заземлителей n′ без учета полосы связи:
 ,
где  – коэффициент использования, показывающий, насколько возрастет сопротивление одиночного заземлителя R0 при использовании его в группе (в этом случае оно будет  ), принимаем = 0,6.
Затем, установив n′ по табл. 16, определяем коэффициенты использования вертикальных заземлителей  и полосы связи  .
Таблица 16
Значение  и  в зависимости от числа заземлителей
Коэффициент использования
|
Число заземлителей
|
2
|
4
|
6
|
10
|
20
|
Вертикальных заземлителей, 
|
0,85
|
0,69
|
0,61
|
0,55
|
0,47
|
Полосы связи, 
|
0,85
|
0,45
|
0,4
|
0,34
|
0,27
|
После этого, пользуясь полученными значениями и , производим уточненный подсчет числа заземлителей n по формуле:
 ,
где Rп – сопротивление растеканию тока горизонтальной полосы связи.
С учетом исходных данных вариантов и ожидаемого количества одиночных вертикальных заземлителей, сопротивление можно принять (для упрощения расчетов) 40 Ом. Полученное дробное значение n округляем до большего целого числа.
17. Определить ожидаемое сопротивление заземления электроустановки Rз расч, Ом, по формуле:
 .
18. Собрать схему заземления электроустановки, для этого:
1) подключить тумблерами Т1–Т10 необходимое количество одиночных вертикальных заземлителей;
2) с помощью специальных ручек установить по шкале потенциометров включенных заземлителей расчетное значение  .
В крайнем правом положении сопротивление потенциометров близко к нулю.
Поворачивая ручки потенциометров против часовой стрелки, установить нужное значение.
Для учета влияния полосы связи установить по шкалам потенциометра необходимое значение коэффициента использования полосы связи (из табл. 16).
19. Подключить прибор М-416 к гнездам Rх,Rзонд, Rвсп и измерить сопротивление заземления электроустановки Rз.
20. Сравнить полученное значение Rз с Rдоп и сделать вывод о возможности эксплуатации электроустановок при данном Rз. Задача (по п. 12) считается решенной, если выполнено условие Rз ≤ Rдоп.
21. Установить в исходное положение выключатели и ручки потенциометров правой стороны лабораторного стенда и отключить от него прибор М-416.
22. Оформить и предоставить преподавателю результаты проделанной работы (форма отчета представлена в приложении 5).
Определение влияния сопротивления заземления
на напряжение прикосновения и ток
Измерение заданного вида грунта прибором М-416
|
|
Измеренное сопротивление заземления электроустановки (прибором М-416) при подключении заданного числа заземлителей, Rз , Ом
|
|
|
Скачать 1.16 Mb.
