Методичка к лабароторной работе №4 Защитное заземление

Теоретические сведения

Защитное заземление - это преднамеренное соединение с землей нетоковедущих металлических частей электрооборудования, которые не находятся под напряжением, но могут оказаться под напряжением в результате нарушения изоляции. Правильно рассчитанное и выполненное защитное заземление позволяет снизить величину тока через человека до безопасной величины при качании им корпуса оборудования, оказавшегося под напряжением.

Защитное заземление используется в трехфазных трехпроводных сетях при величинах напряжений до 1000В с изолированной нейтралью и выше 1000В - с любым режимом нейтрали.

Заземляющее устройство состоит из заземлителей - металлических стержней, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей, и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части оборудования с заземлителями.

Ток, проходящий через заземлитель в землю, преодолевает сопротивление, называемое сопротивлением растеканию тока. Сопротивление заземлителя растеканию тока складывается из заземления самого заземлителя, переходного сопротивления между заземлителем и землей и сопротивления грунта. Два первых по сравнению с последним весьма малы, поэтому ими пренебрегают и под сопротивлением заземлителя растеканию тока понимают сопротивление грунта растеканию тока.

При расчете заземления сначала определяется сопротивление одиночного заземлителя растеканию тока. Для трубчатого или стержневого заземлителя в грунте это сопротивление равно:

Rt=0.366p/ It (lg(2 lt/d)+l/2Ig((4t+ It)/ (4t-lt)) , где:

P - удельное сопротивление грунта (электрическое сопротивление куба из

грунта со сторонами 1 см.), Ом/см;

It - длина заземлителя, см;

d - диаметр заземлителя, см

t - расстояние от поверхности грунта до середины заземлителя, см

Кол-во заземлителей находится по формуле n=Rt/ro_t , где

Ro - нормируемая величина сопротивления, определяемая в соответствии с требованиями ПУЭ, Ом

_t - коэффициент использования вертикальных заземлителей, учитывающий увеличение сопротивления растеканию заземлителей за счет повышенной плотности тока в общих участках земли, по которым проходят токи нескольких электродов.

Сопротивление растеканию горизонтальной соединительной полосы определяется по выражению:

Rn = 0,366(p^{^}2/ln)Ig(2In^{^}2/bh), Ом, где:

In - длина соединительной полосы, In=а(n-1),

где а - расстояние между вертикальными заземлителями, см.

b - толщина соединительной полосы, см.

Суммарное сопротивление растеканию ЗУ находится по формуле:

, где

_n - коэффициент использования горизонтального полосового заземлителя, соединяющего вертикальные заземлители.

Контроль заземления производится при вводе установки в эксплуатацию и периодически в сроки, установленные в ПУЭ. Контроль заключается во внешнем осмотре, измерении сопротивления заземлителей растеканию и заземляющих проводников и сравнении полученных результатов с нормированными значениями.

При внешнем осмотре производится проверка целостности заземляющих проводников и плотности контактов.

Упрощенна схема устройства защитного заземления с характерными размерами, используемыми при расчете

Рис.1, устройство защитного заземления

1 - вертикальные заземлители

2 - соединительная горизонтальная полоса

3 - заземляющий проводник

4- корпус заземляемой установки

Рассчитать сопротивление растеканию заземляющего устройства по заданным параметрам.

Сопротивление заземлителя растеканию тока складывается из сопротивления самого заземлителя, переходного сопротивления между заземлителем и землей м сопротивления грунта. Два первых по сравнению с последним весьма малы, поэтому ими пренебрегают под сопротивлением заземлителя растеканию тока понимают сопротивление грунта растеканию тока.

Нормируемое значение сопротивления растеканию заземляющего устройства:

Rнорм = 4 Ом

Значения заданных параметров:

Название величины	Обозначение	Значение
Длина заземлителя	It	260см
Диаметр заземлителя	d	3,3см
Глубина заложения	h	90см
Расстояние между заземлителями	а	780см
Толщина соединительной полосы	b	4 см
Удельное электрическое сопротивление грунта (Супесок)	Р	0,3*10^4Ом*см

Величина сопротивления растеканию одиночного заземлителя

Rt = 23,6 Oм

Количество заземлителей

n=Rt/R_n*_t = 3

Сопротивление растеканию горизонтальной соединитльной полосы

Rn = 4,23 Ом

Суммарной сопротивление растеканию заземляющего устройства

, (Ом)

№ варианта	Сопротивление растеканию вертикального заземлителя, Ом	Количество заземлителей, шт	Сопротивление растеканию соединительной полосы, Ом	Сопротивление растеканию заземляющего устройства, Ом	Нормируемые величины сопротивления растеканию, Ом	Примечание
2	23, 6	3	4, 23		4	Данное ЗУ разрешено эксплуатировать, т.к. оно обеспечивает защиту

Оценка качества защитного заземления

Сопротивление, определенное по методу амперметра и вольтметра, Ом	Нормируемая величина сопротивления растеканию, Ом	Примечание
	4	К эксплутации годно

Контроль качества электрической изоляции

Теоретические сведения.

Основным средством защиты человека от поражения электрическим током при эксплуатации электроустановок следует считать электрическую изоляцию элементов, находящихся под напряжением.

В процессе эксплуатации электрических установок качество изоляции снижается в основном за счет нагрева токами нагрузки (особенно пусковыми и короткого замыкания), также важную роль играют параметры окружающей среды: температура, влажность, содержание вредных веществ.

При снижении качества изоляции повышается опасность поражения

человека электрическим током. Поэтому необходимым условием обеспечения безопасности труда является контроль качества изоляции, т.е.

определение и оценка величин параметров, характеризующих качество изоляции.

При включении изоляции под постоянное напряжение через нее проходят

С увеличением времени действия напряжения прочность изоляции падает и в конечном итоге наступает пробой изоляции. При ее низком качестве пробой наступает быстрее. При контроле качества изоляции в течение 60с прикладывается повышенное испытательное напряжение. Показателем высокого качества изоляции является отсутствие разрядов, отмеченного на слух или с помощью индикаторов.

Оценка качества электрической изоляции проводится в соответствии с нормами, представленными в ПУЭ. Активное сопротивление изоляции между любым проводом и землей, а так же между любыми проводами на участке между двумя соседними предохранителями в сети с напряжением до 1000В не должно быть более О.5 Мом.

Практическая часть.

Рис.1 Схема измерения полного сопротивления изоляции под рабочим напряжением

При измерении мегаометром			При измерении по методу замыкания одной фазы на землю			Rнорм	Вывод
1 фаза	2 фаза	3 фаза	Ток 1*10Л6,А	Напряжение, В	Сопротивление, МОм
0,5	0, 5	0. 5	3, 5	12, 2	0, 5	0,5 на мега-ометре	В электрической Схеме сопротивления обладают R>

Табл. 1 Оценка качества изоляции сети при периодическом контроле под рабочим напряжением.

три вида электрического тока:

- ток поляризации, обусловленный смещением связанных зарядов, настолько кратковременен, что зарегистрировать его обычно не удается. Прохождение этого вида тока практически не вызывает потока энергии.

- ток абсорбции i_a связан с процессом замедления поляризации, сопровождающейся потерями энергии, например, на преодоление сопротивления молекул при повороте диполей. Величина его убывает с течением времени по экспоненте.

- ток проводимости i_пр. обусловлен наличием в изоляции проводящих включений (влага, ионизированный газ) и практически постоянных по величине.

При действии на изоляции переменного напряжения ток утечки не представляется возможным расчленить на составляющие, т.к. в этом случае ток абсорбции проходит через изоляцию в течении всего времени действия напряжения и равен векторной сумме I=Iа + Iе - активной и векторной составляющей тока утечки.

Параметры, используемые для контроля качества изоляции:

1) Активное сопротивление изоляции

Определяется по установившемуся значению постоянного тока. Постоянный ток считается установившимся через 60с после подачи напряжения, поэтому активное сопротивление изоляции измеряют по истечении этого промежутка времени.

2) Крутизна спада тока в изоляции

Ток абсорбции связан с процессом поляризации диэлектрика. Чем меньше емкостное сопротивление изоляции, тем больше время прохождения тока, поэтому чем быстрее уменьшается величина тока, тем лучше качество изоляции. Крутизну спада тока в изоляции оценивают по величине отношения полных сопротивлений, измеренных через 60с и 15с после включения напряжения.

R60/R15=i60/i15 - параметр, который можно использовать при контроле

качества изоляции. При худшем качестве это отношение имеет меньшую величину.

3) Величина потерь энергии в изоляции

При протекании тока поляризации через диэлектрик потери энергии в нем на нагрев (диэлектрические потери) равны:

P=UIcos=U Itg ,

Где tg = Ia/Ie - тангенс угла диэлектрических потерь (угла между вектор полного тока и его емкостной составляющей). Чем больше рассеиваемая в изоляции мощность, тем больше tg и тем хуже качество изоляции. Для идеальной изоляции tg = 0

4) Время действия повышенного напряжения

Рис.2 Схема измерения активного сопротивления изоляции фаз относительно земли под рабочим напряжением, схема подключения мегаометра.

Сопротивление изоляции сети, МОм				Сопротивление изоляции обмотки трансформатора		Вывод
1 провод	2 провод	3 провод	Норм, величин а	Измеренная величина	Нормируемая величина
0, 5	0, 5	0, 5	0,5МОм	1-3 2-3 М3 _> ∞	Не нормируется Не ниже 1МОм	Годен к использованию

Табл. 2 Оценка качества изоляции элементов сети электроустановок при снятом напряжении

Время измерения, с	Величина полного тока через изоляцию, 1*10Л6,А			Отношение i 15/I 60 (сопротивление на 60 сек)			Вывод 1
	1	2	3	1	2	3
0	86	86	86	24/10=2,4	39/14-2,8	54/18=3,5	Изоляция третьего провода наилучшая
5	50	44	46
10	30	26	27
15	19	18	18
20	15	14	14
25	12	12	12
30	11	11	11
35	11	11	11
40	10	10	10
45	10	10	10
50	10	10	10
55	10	10	10
60	10	10	10
65	10	10	10
70	10	10	10

Табл. 3 Оценка качества электрической изоляции по отношению i 15/160