Исследование эффективности действия зануления

Цель работы

 

Изучить принцип действия зануления, область применения, а также исследовать эффективность защитного действия зануления в трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью в зависимости от со­противления цепи фаза – ноль.

 

Содержание работы

 

1. Изучить физическую сущность зануления.

2. Оценить эффективность действия зануления в сети без повторного заземления РЕ-проводника.

3. Оценить эффективность действия зануления в сети с повторным заземление РЕ-проводника.

4. Исследование влияния сопротивления цепи «фаза-нуль» на срабатывание системы зануления.

Какие требования предъявляют ПУЭ к величине тока короткого за­мыкания для обеспечения быстрого перегорания плавких вставок.

 

Термины и определения

Зануление – инженерно-техническое устройство для предотвращения электротравматизма при эксплуатации электрооборудования, конструктивные нетоковедущие металлические части которого оказались под напряжением вследствие замыкания тока на корпус.

Нулевой защитный провод – проводник, соединяющий зануляемые части с глухозаземленной нейтральной точкой источника тока (трансформатора).

Предохранители; Автоматические выключатели – аппараты защиты от токов короткого замыкания.

Рабочее заземление – заземление нейтральной точки трансформатора, для поддержания нормального режима работы электроустановки.

 

Теоретические пояснения к работе

 

Зануление – это преднамеренное электрическое соединение с нуле­вым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Нулевым защитным проводником называют проводник, соединяющий зануляемые части с глухо - заземленной нейтральной точкой обмотки источ­ника тока (РЕ).

Назначение зануления состоит в том, чтобы превратить замыкание на корпус в однофазное короткое замыкание и тем самым автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. В качестве защиты применяют: плавкие предохранители, автоматические выключатели, магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой, автоматы с ком­бинированными расцепителями, осуществляющие защиту одновременно от токов короткого замыкания и перегрузки.

Зануление используют в трехфазных четырехпроводных сетях с глухо-заземленной нейтралью напряжением 660/380В. 380/220В и 220/127 В.

Ток однофазного короткого замыкания определяют по формуле:

,

 

где U_ф – фазное напряжение, Ом;

Z_т – сопротивление трансформатора, (принимается сопротивление поврежденной фазы трансформатора) Ом;

Z_н – сопротивление нулевого провода, Ом;

Z_ф – сопротивление фазного провода, Ом.

Так как сопротивление фазного провода Z_ф и нулевого провода составляют доли Ома, ток короткого замыкания в реальных сетях дости­гает тысяч ампер и более. На рис. 8.1 представлена принципиальная схема зануления.

 

Рис. 8.1. Принципиальная схема зануления

1 – электропотребитель; 2 – плавкие предохранители

 

Напряжение корпуса относительно земли у поврежденного потреби­теля определяют по формуле:

где R_n - сопротивление повторного заземления нулевого провода, Ом;

J_з - ток замыкания на землю, А:

где R_о – сопротивление рабочего заземления нейтрали источника, Ом,;

U_к – падение напряжения в нулевом проводе, приложенное к после­довательно соединенным R_о и R_{n .}.

Правилами устройства электроустановок в четырехпроводных сетях сопротивление нейтрали R_о (рабочее заземление) должно быть не более 10 Ом, а повторных заземлений R_n - не более 4 Ом. В сетях малой мощ­ности при общей мощности питающих трансформаторов 100к и менее со­противление рабочего заземления допускается 30 Ом, при повторном заземлении – не менее 3 Ом.

Падение напряжения в нулевом проводе рассчитывают по выражению:

При замыкании фазы на зануленный корпус электроустановка авто­матически отключается, если значение тока однофазного короткого за­мыкания J_к удовлетворяет условию:

где J_ном – номинальный ток плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания автоматического выключателя, А;

К - коэффициент кратности тока или коэффициент надежности.

Значение коэффициента К принимают в зависимости от типа защиты электроустановки. Для автоматического выключателя, имеющего только электромагнитный расцепитель, который срабатывает без выдержки вре­мени, К =1,25 1,40. При защите установки плавкими предохранителями, время которых зависит от величины тока, чем больше ток короткого за­мыкания, тем меньше время срабатывания предохранителей, то с целью быстрого отключения принимают К=3. Во взрывоопасных помещениях К =4,0

Допустимо применять приближенную формулу для действительного значения тока короткого замыкания Jк, А, в котором модули сопротив­лений трансформатора и петли фаза-нуль Zт и Zn (в Омах) склады­ваются арифметически:

где Z_n – полное сопротивление петли фаза-нуль, Ом.

Величина Z_n состоит из ряда последовательно включенных сопро­тивлений и равна:

где R_ф и R_нз. – соответственно активные сопротивления фазного и нулевого проводников, Ом;

Х_ф и Х_нз. – внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулево­го проводников, Ом,

Х_п – внешнее индуктивное сопротивление петли фаза-нуль, Ом.

Сечение нулевого защитного проводника и его материал принимают заранее из условия, чтобы полная проводимость нулевого защитного проводника была не менее 50% полной проводимости фазного провода, т.е. Zнз. 2Zф. Это условие установлено ПУЭ в предположении, что при та­кой проводимости Jк будет иметь значение, удовлетворяющее требованию

Расчет зануления на отключающую способность является поверочным расчетом правильности выбора проводимости нулевого защитного проводника, а точнее - достаточности проводимости петли фаза-нуль.

 

Порядок выполнения работы

 

Работу выполняют на стенде БЖ 06/02.

Порядок выполнения работы:

Определение времени срабатывания автоматов защиты тока короткого замыкания при замыкании фазного провода на корпус при различном сопротивлении петли «фаза-нуль».

1. Заземлить нейтраль источника тока – перевести S1 в левое положение.

2. Подключить N и РЕ-проводника к источнику тока – переключателя S3, S4, S12 в верхнее положение.

3. Подключить корпуса 1 и 2 к РЕ-проводнику – переключатели S8 и S14 в правое положение.

4. Убедиться, что переключатели S9,S15,S17 находятся в левом положении.

5. Подключить корпуса 1 и 2 к сети – положение автоматов S5 и S10-I.

6. Переключателем S6 установить значение R_РЕ=0,1 Ом.

7. Произвести замыкание фазного провода на корпус кнопкой S13.

8. Снять показания миллисекундометра и амперметра, при этом переключатель амперметра должен находиться в положении А1.

9. Установить значения R_РЕ=0,2; 0,5 Ом соответственно произвести измерение времени и тока короткого замыкания аналогично п.п. 7,8.

10. Установить по заданию преподавателя фиксированное значение сопротивления R_РЕ.

11. В соответствии с п.п. 7 и 8 произвести измерения времени срабатывания и тока короткого замыкания при различных переходных сопротивления R_пер.

12. Отключить стенд – переключатель S2 в положение 0.

 

Протокол отчета к лабораторной работе № 8.

 

Электрическая сеть	Показатель миллисекундометра	Показатель амперметра, А	Вывод
Без повторного заземления РЕ-про-водника
С повторным заземлением РЕ-провод-ника
Сопротивление цепи «фаза-нуль»
0,2 Ом
0,5 Ом

 

Работу выполнил студент ______________________________

Ф.И.О. шифр

 

Работу принял преподаватель _____________________________

Ф.И.О.

 

 

Производственная ситуация к лабораторной работе № 8.

 

Электрическая сеть производственного помещения выполнена трех­жильным проводом с медными жилами с полихлорвиниловой изоляцией. Се­чение токопроводящей жилы 35 мм² рассчитано на длительную токовую на­грузку в 100 A. Для обеспечения электробезопасности в сети предусмот­рено зануление. Однако, при включении в сеть пяти электродвигателей мощностью 7,5 кВт и шести электродвигателей мощностью 4,5 кВт (cos 0,8 для всех потребителей тока), зануление не сработало, провода перегрелись и возник пожар в электроустановках.

Объясните:

1. Почему не сработала защита зануления.

2. Объясните математически, почему не выдержала электропроводка данную нагрузку.

3. Какими первичными средствами огнетушения надо пользоваться для тушения пожаров на электроустановках.

Альтернативу на каждый вопрос найдите из следующих ответов:

 

№	Альтернатива	Шифр
1.	Плавкие вставки были рассчитаны на - 500 А - 300 А - 150 А	1.1 1.2 1.3
2.	Рассчитайте токовую нагрузку на провода по формуле:	2.1   2.2   2.3
3.	- пенным огнетушителем ОХП – 10 - углекислотным ОУ – 5 или ОУ – 8 - густопенные огнетушители типа ОП – 3 или ОП – 5	3.1 3.2 3.3

 

 

Вопросы для самоконтроля.

1. В чем заключается физическая сущность зануления?

2. От каких показателей системы зануления будет зависеть ее эффективность?

3. В каких электрических сетях используют зануление?

4. В чем заключается сущность расчета зануления?

 

Литература:

1. Безопасность жизнедеятельности. Учебник по ред. Белова С.В. – М.: Высшая школа, 2006 г.

 

2. Калинина В.М. техническое оснащение и охрана труда в общественном питании. Учебник. – М.: Академия, 2004 г.

 

Лабораторная работа № 7