ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

ордена Трудового Красного Знамени

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Московский технический университет связи и информатики»

___________________________________________________________

Кафедра экологии, безопасности жизнедеятельности и электропитания

КУРБАТОВ В.А.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2Э

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ И ЗАНУЛЕНИЯ

УЧЕБНО - МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

Москва 2018

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2Э

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ И ЗАНУЛЕНИЯ

УЧЕБНО - МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

Автор:

В.А. Курбатов, канд. ф.- м. наук, доцент

Издание утверждено на заседании кафедры ЭБЖиЭ.

Протокол № 7 от 26.01.2018 г.

Издание утверждено советом заочного факультета. Протокол № 5 от 02.02.2018 г.

Рецензент: Костюк Е.В., к.т.н., доцент

I. Защитное заземление

Стекание тока в землю происходит только через проводник, находящийся в непосредственном контакте с землей. Такой контакт может быть случайным или преднамеренным. В последнем случае проводник называется заземлителем или электродом. Заземлитель, состоящий из нескольких параллельно соединенных электродов, называется групповым заземлителем. Заземляющим устройством называется совокупность одиночных заземлителей и заземляющих проводников, соединяющих заземлители между собой и заземляемые части электроустановки с заземлителями. Различают два типа заземляющих устройств: выносное (заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование) и контурное (одиночные заземлители размещаются по контуру площадки, на которой находится заземляемое оборудование). В качестве одиночных электродов используются отрезки стальных труб, угловой стали. Заземляющие проводники выполняются обычно из полосовой стали.

При стекании тока в землю вокруг заземлителя образуется зона растекания тока. Плотность тока в земле по мере удаления от заземлителя будет убывать по гиперболическому закону. Максимальный потенциал будет иметь сам заземлитель. Теоретически поле растекания тока простирается до бесконечности. Однако в действительности плотность тока на расстоянии 20 м от заземлителя практически равна нулю (20 м – радиус зоны растекания тока). Точки почвы, лежащие вне зоны растекания тока, называются «землей» в электротехническом смысле слова. Напряжение между какой-либо заземленной частью электроустановки и точками земли, находящимися вне зоны растекания тока, называется напряжением относительно земли, а отношение этого напряжения к току, протекающему через заземлитель в землю, называется сопротивлением заземлителя

протекающий через заземлитель в землю, А.

Сопротивление заземлителя (сопротивление растеканию тока в земле) зависит,

заземлителя, м.

Обычно сопротивление одиночного заземлителя превышает значение, допустимое правилами устройства электроустановок (ПУЭ). Для получения необходимого сопротивления заземляющего устройства забивают в землю

3

несколько одиночных заземлителей и соединяют их между собой параллельно с помощью стальной полосы. Для выравнивания потенциалов по поверхности земли заземлители располагают один от другого на расстоянии, значительно меньшем поля растекания тока одного заземлителя. При этом поля растекания тока отдельных заземлителей накладываются одно на другое, т.е. возникает явление взаимного экранирования, препятствующее полному растеканию тока с каждого заземлителя. В результате экранирования сопротивление группового заземлителя увеличивается по сравнению с расчетным сопротивлением заземлителей при их параллельном соединении. Это увеличение сопротивления оценивается коэффициентом использования заземлителей . Если = 1, то это значит, что расстояние между заземлителями более 40 м и каждый заземлитель используется полностью. На практике колеблется от 0,6 до 0,85. Необходимое количество заземлителей n для заземляющего устройства определяется по формуле

Rз

где Rз - общее сопротивление заземляющего устройства, Ом, т.е. всех параллельно

соединенных заземлителей; - коэффициент использования заземлителей. В инженерных расчетах величина выбирается из справочных таблиц.

Заземление металлических частей и корпусов электрооборудования, нормально не находящихся под напряжением, одна из наиболее распространенных и эффективных мер защиты в сетях с ИН напряжением до 1000 В и в сетях выше 1000 В вне зависимости от режима нейтрали источника питания. Защитное заземление (ЗЗ) –

это преднамеренное электрическое соединение с землей металлических нетоковедущих частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением в результате нарушения изоляции электроустановок.

Назначение ЗЗ – устранение опасности поражения людей электрическим током при появлении напряжения на конструктивных нетоковедущих частях электрооборудования, т.е. при «замыкании на корпус». Принцип действия ЗЗ – снижение напряжения между корпусом, оказавшимся под напряжением, и землей до безопасного значения путем соединения корпуса с землей с помощью заземляющего устройства с малым сопротивлением.

Рис. 1

4

Поясним это на примере сети до 1000 В с ИН небольшой протяженности (С 0). Если корпус установки не заземлен и оказался в контакте с фазным проводом, то прикосновение человека к такому корпусу равносильно прикосновению к фазному проводу (рис.1). В этом случае ток, проходящий через человека, будет равен:

смертельно опасен. Напряжение, под которым окажется человек, прикоснувшийся к корпусу (напряжение прикосновения Uпр ), составит

U пр Ih Rh 0,0825 1000 82,5 В

Если же корпус заземлен (рис.2), величина сопротивления заземляющего устройства во много раз меньше сопротивления человека. Поэтому, в случае пробоя на корпус, основная часть тока замкнется на землю через малое сопротивление заземляющего устройства Rз . Значение этого тока определяется по формуле:

Напряжение корпуса относительно земли в этом случае будет равно U к U з I з Rз , а ток через человека, касающегося корпуса при самых

неблагоприятных условиях, будет равен

Рис. 2

5

Из формулы (4) видно, что ток через человека будет тем меньше, чем меньше сопротивление заземления Rз и больше Rиз .

Рис. 3

Согласно ПУЭ, сопротивление заземления в установках напряжением до 1000 В не должно превышать 4 Ом. При мощности источника питания до 100 кВА допускается R з 10 Ом. Для аппаратуры связи величина сопротивления заземления

нормируется согласно ГОСТу -96.

В сети с ЗН (рис.3) при замыкании фазы на корпус по цепи, образовавшейся

срабатывание токовой защиты, т. е. установка может не отключиться и напряжение U з на корпусе будет существовать длительно. Поэтому в сетях до 1000 В с ЗН

защитное заземление не применяется.

II.Зануление

В качестве защиты от пробоя на корпус в сетях с ЗН применяется зануление.

Занулением называется преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей и корпусов электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания фазы на корпус, с многократно заземленным нулевым защитным проводником.

Нулевой защитный проводник соединен с заземленной нейтральной точкой обмоток источника тока. Принцип действия зануления (рис.4) – превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (КЗ), т.е. между фазным проводом и

6

нулевым защитным проводником, с целью вызвать большой ток I кз , способный

обеспечить 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.

Область применения зануления – трехфазные четырехпроводные сети до 1000 В с ЗН. Зануление применяется и в сетях постоянного тока, если средняя точка источника заземлена, а также в однофазных сетях переменного тока с заземленным проводом.

Рис. 4 Для обеспечения быстрого и надежного автоматического отключения

поврежденной установки от сети должно выполняться соотношение:

Rmр а - сопротивление обмотки трансформатора, Ом.

Значение K принимается в зависимости от типа защиты установки. Для плавких предохранителей K = 3, для автоматической защиты K = 1,1-1,9. Назначение нулевого защитного проводника в схеме зануления – обеспечение необходимого для отключения установки значения тока однофазного КЗ путем создания для этого тока цепи с малым сопротивлением.

7