Исследование эффективности действия зануления в электроустановках напряжением до 1000В

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Камский государственный политехнический институт

Кафедра электротехники и электроники

Электробезопасность

Исследование эффективности действия зануления в электроустановках напряжением до 1000В

Методические указания к лабораторной работе

Набережные Челны 2005

Исследование эффективности действия зануления в электроустановках напряжением до 1000В с глухо-заземленной нейтралью.

Цель работы: изучение устройства, назначения и принципа действия зануления.

Расчет и экспериментальная проверка отключающей способности зануления при замыкании фазы на землю и на корпус электрооборудования.

В РФ для питания электроустановок электроэнергией напряжением до 1000В промышленных, строительных, транспортных и др. предприятий, а также городов и сел по технологическим требованиям применяют, в основном, трехфазные четырехпроводные сети с глухо-заземленной нейтралью силового трансформатора. Электрическая энергия подается под напряжением 220/127, 380/220 и 660/380В. Наиболее распространенными являются сети напряжением 380/220В. Четырехпроводные сети, имеющие три фазных провода, подключенных к трем фазным обмоткам трансформатора и один нулевой провод, соединенный к нейтральной точке вторичной обмотки трансформатора позволяют получить два рабочих напряжения линейное 380В и фазное 220В. Трехфазная нагрузка, например, трехфазный электродвигатель подключается к трем фазным проводам (под линейное напряжение 380В), а осветительная или другая однофазная нагрузка, включается между фазным и нулевым проводами, т.е. на фазное напряжение 220В.

При эксплуатации электроустановок возникают опасности поражения человека электрическим током.

Зануление является одним из средств коллективной защиты человека от поражения электрическим током при аварийных режимах в электроустановках..

ГОСТ 12.4.011 - 75 дает следующей перечень основных видов средств защиты от поражения электрическим током: устройства оградительные, автоматического контроля и сигнализации, защитного заземления и зануления, автоматического отключения; выравнивания потенциалов и понижения напряжения, дистанционного управления; изолирующие устройства и покрытия; предохранительные устройства; молниеотводы и разрядники; знаки безопасности.

Зануление - это одна из первых защитных мер в электроустановках напряжением до 1000 В. Оно получило широкое распространение во многих странах мира.

Зануление - преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей электроустановки, которые могут оказаться под напряжением, с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока в трехфазных сетях, с глухо-заземленным выводом обмотки источника тока в однофазных сетях и с глухозаземленной средней точкой обмотки источника энергии в сетях постоянного тока (л.1).

На рис. 1 приведена принципиальная электрическая схема зануления в трехфазной четырехпроводной сети с глухо-заземленной нейтралью N силового трансформатора Т1 напряжением 6/0,4кВ, где Ml электродвигатель, 1 корпус электродвигателя, 2 - зануляющий проводник; Z - место пробоя изоляции на корпус; FU - предохранители; r0 -сопротивление заземления нейтрали трансформатора Т, rn, - сопротивление повторного заземления нулевого провода.

Назначение зануления - устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим металлическим нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением относительно земли вследствие замыкания на корпус и по другим причинам. Принцип действия зануления - превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (т.е. замыкание между фазным и нулевым защитным проводниками) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. Такой зашитой являются: плавкие предохранители или автоматы максимального тока, устанавливаемые для зашиты от токов короткого замыкания; автоматы с комбинированными расцепителями, осуществляющие защиту одновременно от токов короткого замыкания и перегрузки.

Кроме того, так как зануленные корпуса заземлены через нулевой защитный проводник, то в аварийный период, т.е. с момента возникновения замыкания на корпус и до автоматического отключения проявляется защитное свойство этого заземления, как при защитном заземлении. Иначе говоря, заземление корпусов через кулевой провод снижает в аварийный период их напряжение относительно земли.

Таким образом, зануление осуществляет два защитных действия - быстрое автоматическое отключение поврежденной установки от питающей сети и снижение напряжения запуленных металлических нетоковедущих частей, оказавшихся под напряжением, относительно земли. Область применения - трехфазные четырехпроводные сети до 1000В с глухо-заземленной нейтралью, в том числе наиболее распространенные сети с напряжением: 380/220В, а также сети 220/127В и 660/380В. Зануление применяется и в трехпроводных сетях постоянного тока с глухо-заземленной средней точкой обмотки источника энергии, а также в однофазных двухпроводных сетях переменною тока с глухозаземленным выводом обмотки источника тока. 1. Назначение отдельных элементов схемы зануления (л.1, л.2, л.З). Для схемы зануления необходимы нулевой защитный проводник, глухое заземление нейтрали источника тока и повторное заземление нулевого защитного проводника, рис. 1.

Рассмотрим назначение этих элементов применительно к наиболее распространенным электрическим сетям - трехфазным переменного тока

1.1. Назначение нулевого защитного проводника.

Пусть мы имеем схему без нулевого защитного проводника, роль которого выполняет земля. При замыкании фазы на корпус по цепи, образовавшейся через землю, будет проходить ток: Iэ, рис. 2.

Iэ = Uф(r0 +к),

где Uф- фазное напряжение сети; r0, rк - сопротивления заземления нейтрали и корпуса, Ом.

Сопротивление обмоток источника тока (например, трансформатора, питающего данную сеть) и проводов сети малы по сравнению с r0 и rк поэтому их в расчет не принимаем.

В результате протекания тока через сопротивление r* в землю на корпусе возникает напряжение относительно земли UK ,В, равное падению напряжения на сопротивлении rк

Uк = Iэ rк = Uфrк/(r0 +к). (1)

Ток Iэ может оказаться недостаточным, чтобы вызвать срабатывание максимальной токовой защиты, т.е. установка может не отключиться. При этом возникает угроза поражения током людей, прикоснувшихся к корпусу поврежденного оборудования или к металлическим предметам, имеющим соединения с этим корпусом.

Чтобы устранить эту опасность, надо обеспечить быстрое автоматическое отключение установки, т.е. увеличить ток, проходящий через защиту, что достигается уменьшением сопротивления цепи тока путем введения в схему нулевого защитного проводника соответствующей проводимости. Следовательно, назначение нулевого защитного проводника в схеме зануления- обеспечить необходимое для отключения установки значение тока короткого однофазного замыкания путем создания для этого тока цепи с малым сопротивлением. Из сказанного вытекает еще один вывод: в трехфазной сети до 1000В с заземленной нейтралью без нулевого защитного проводника невозможно обеспечить безопасность при замыкании фазы на корпус, поэтому такая сеть применяться не должна.

1.2 Назначение заземления нейтрали обмоток источника тока.

Рассмотрим сеть, изолированную от земли, т.е. с изолированной нейтралью обмоток источника тока и без повторного заземления нулевого защитного проводника (рис.3). В этой сети зануление обеспечит отключение поврежденной установки так же надежно, как и в сети с заземленной нейтралью. Однако при замыкании фазы на землю, что может быть результатом обрыва и падения на землю провода, замыкание фазы на неизолированный от земли корпус и т.п., земля приобретет потенциал фазы и между зануленным оборудованием, имеющим нулевой потенциал, и землей возникнет напряжение Uф близкое по значению к фазному напряжению сети. Оно будет существовать до отключения всей сети вручную или до ликвидации замыкания на землю, так как максимальная токовая зашита при этом повреждении не сработает. Это положение очень опасно.

В сети с заземленной нейтралью при таком повреждении будет совершено иное, практически безопасное положение. В этом случае Uф разделится пропорционально сопротивлениям замыкания фазы на землю rэм заземление нейтрали r0 благодаря чему Uф уменьшится и будет равно падению напряжения на сопротивлении заземления нейтрали.

Uк = Iэм r0 = Uф r0 /(r0 +к), (2)

где Iэм- ток замыкания на землю.

Как правило, сопротивление rэм, которое оказывает грунт току при случайном замыкании фазы на землю, во много раз больше сопротивления специально выполненного заземления нейтрали r0. Поэтому Uк оказывается незначительным, рис.4. Например, при Uф= 220В, r0 = 4 Ом и rэм= 100 Ом

UE =220*(4+100) = 8,5. (3)

Таким образом, назначение заземления нейтрали обмоток источников, питающего сеть до 1000В, - снижение напряжения запуленных корпусов (следовательно, нулевого защитного проводника) относительно земли до безопасного значения при замыкании фазы на землю.

Можно сделать вывод, что электрическая сеть до 1000В, с нулевым защитным проводником, изолированная от земли, т.е. с изолированной нейтралью обмоток источника питания и без повторного заземления нулевого защитного провода, таит опасность поражения током и поэтому применяться не должна, рис.3.

Этот вывод справедлив как для сетей переменного тока трехфазных четырехпроводных с изолированной нейтралью и однофазных трехпроводных, изолированных от земли, так я для трехпроводных сетей постоянною тока с изолированной средней точкой.

При вычислении значения Uк необходимо учитывать и повторные заземления нулевого защитного проводника.

1.3. Назначение повторного заземления нулевого защитного проводника. Повторное заземление пулевого защитного проводника практически не влияет на отключающую способность схемы зануления. Однако при отсутствии повторного заземления нулевого защитного проводника возникает опасность для людей, прикасающихся к зануленному оборудованию в период пока существует замыкание фазы на корпус. Кроме того, в случае обрыва нулевого зашитого проводника и замыкании фазы на корпус за местом обрыва эта опасность резко повышается, поскольку напряжение относительно земли оборванного участка нулевого провода и присоединенных к нему корпусов может достигать фазного напряжения сети. Рассмотрим эти два случая. При замыкании фазы на корпус в сети, не имеющей повторного заземления нулевого защитного проводника, участок нулевого защитного проводника, находящийся за местом замыкания, и все присоединенные к нему корпуса окажутся под напряжением относительно земли равным; рис.5.

Uн = Iк Zнэ, (4)

где Iк - ток КЗ, проходящий по петле «фаза-нуль», А;

Zнэ - полное сопротивление участка нулевого защитного проводника, обтекаемого током . Iк , Ом.

На другом участке нулевого защитного проводника (ближе к источнику энергии) напряжение будет изменяться от Uн до 0 по прямой линии. Эти напряжения будут существовать в течение аварийного периода, т.е. с момента замыкания фазы на корпус до автоматического отключения поврежденной установки от сети.

Если для упрощения пренебречь сопротивлением обмоток источника питания и индуктивным сопротивлением цепи фаза-нуль, а также считать, что фазный и нулевой защитный проводники обладают лишь активными сопротивлениями Rф , Rнэ Ом., то формула примет вид:

Uн = Iк Rнэ = Uф Rнэ / (Rф+ Rнэ) (5)

Обычно на практике принимают Rнэ = 2 Rф, то UH = (2/3)Uф = 0,67*20 = 147В. Очевидно, существует реальная угроза поражения людей.

Чтобы уменьшить напряжение Uн надо снизить Rнэ, т.е. увеличить сечение нулевого защитного проводника в 8 раз превышающего сечение фазного проводника, что экономически нецелесообразно.

Если нулевой защитный проводник будет иметь повторное заземление с сопротивлением rn Ом, то Uн снизится до значения:

UH = Iэ rn = Uэм/(rn + r0), (6)

где. Iэ - ток, стекающий в землю через сопротивление rn;

UJH - падение напряжения в нулевом защитном проводнике от места замыкания до нейтрали источника питания;

r0 - сопротивление заземления нейтрали источника тока, Ом. При тех же допущениях падение напряжения в фазном проводнике составит Uф/ 3, а в нулевом защитном 2 Uф/ 3. Тогда выражение (6) примет вид

Uн = 2Uф/ 3* rn /(rn + r0) = 2*220/3*r0/2r0 = 74В, (7)

где принято, что rn= r0.

Следовательно, повторное заземление нулевого защитного проводника снижает напряжение на зануленных корпусах в период замыкания фазы на корпус. Однако, этого снижения Uн = 74В недостаточно для полной безопасности человека.

При случайном обрыве нулевого защитного проводника и замыкании фазы на корпус за местом обрыва (при отсутствии повторного заземления) напряжение относительно земли участка нулевого защитного проводника за местом обрыва и всех, присоединенных к нему корпусов, в том числе корпуса исправных установок, окажется близким по значению фазному напряжению сети. Это напряжение будет существовать длительно, поскольку поврежденная установка автоматически не отключится и ее будет трудно обнаружить среди исправных установок, чтобы отключить вручную, рис.6.

Если же нулевой защитный проводник будет иметь повторное заземление, то при обрыве его сохранится цепь тока Iк через землю, благодаря чему напряжение зануленных корпусов, находящихся за местом обрыва, снизится до:

Uн= Iэrn= Uф rn /(rn + r0) = Uфr0/(rn + r0) = 0.5Uф = 0,5*220=110В (8)

Повторное заземление нулевого защитного проводника значительно уменьшает опасность поражения электрическим током возникающую в результате обрыва нулевого защитного проводника и замыкания фазы на корпус за местом обрыва, но не может устранить ее полностью, т.е. не обеспечить тех условий безопасности, которые существовали до обрыва. В связи с этим требуется тщательная прокладка нулевого защитного проводника, чтобы исключить возможность его обрыва; в нулевом защитном проводнике запрещается ставить выключатели, предохранители и другие приборы, способные нарушить его целостность.

2. Расчет зануления на отключающую способность

При замыкании фазы на зануленный корпус электроустановка автоматически отключится, если значение тока однофазного короткого замыкания (т.е. между фазным и нулевым защитным проводниками) I, А, удовлетворяет условию

Iк > k Iном.пр или Iк > k Iном.пр,

где k - коэффициент кратности номинального тока Iном. (А), плавкой вставки предохранителя или ставки тока срабатывания автоматического выключателя. Iуст.эм.

Значение коэффициента k принимается в зависимости от типа защиты электроустановки. Если защита осуществляется автоматическим выключателем, имеющим только электромагнитный расцепитель (отсечку), т.е. срабатывающим без выдержки времени, то k принимается в пределах (1,25-1,24) Iуст.эм; Iуст.эм = (10 . . . 12) Iном.ав - номинальный ток автоматического выключателя, А (см. этикетку автоматического выключателя).

Если установка защищается плавкими предохранителями, время перегорания которых зависит, как известно, от тока (уменьшается с ростом тока), то в целях ускорения отключения принимают k > 3.

Если установка защищается автоматическим выключателем с обратно зависимой от тока характеристикой, подобной характеристике предохранителей то также k ? 3.

Значение Iк зависит от фазного напряжения сети Uф и сопротивлений цепи, в том числе от полных сопротивлений трансформатора ZТ фазного проводника Zф, нулевого защитного проводника Zнэ внешнего индуктивного сопротивления петли (контура) фазный проводник - нулевой защитный проводник (петли фаза - нуль) Хn, а также от активных сопротивлений заземлений нейтрали обмоток источника тока (трансформатора) г0 и повторного заземления нулевого защитного проводника rn. На рис, 7 приведена расчетная схема зануления.

Поскольку r0 и rn, как правило, велики по сравнению с другими сопротивлениями цепи, можно не принимать во внимание параллельную ветвь, образованную ими. Тогда расчетная схема упростится (рис. 7, в), а выражение для тока КЗ Iк, А, в комплексной форме будет

Iк = Uф/ (ZТ / 3+ Zф+ Zнэ+ JXn) (10)

Iк = Uф/ (ZТ / 3+ Zф+ Zn), (11)

где Uф - фазное напряжение сети, В; ZТ, - комплекс полного сопротивления обмоток трехфазного источника тока (трансформатора), Ом; Zф = Rф + JXф - комплекс полного сопротивления фазного провода, Ом;

Zнэ = Rнэ + JXn - комплекс полного сопротивления нулевого защитного проводника, Ом Rф и Rнэ - активные сопротивления фазного и нулевого защитного проводников, Ом; Xф и Xнэ - внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого защитного проводников. Ом; Zn=Zф+ Zнэ + JXn - комплекс полного сопротивления петли фаза - нуль, Ом.

При расчете зануления допустимо применять приближенную формулу для вычисления действительного значения (модуля) тока короткого замыкания Iк, А, в которой модули сопротивлений трансформатора и петли фаза - нульZт, и Zn, Ом, складывается арифметически:

Iк = Uф/ (Zт/3+Zn,). (12)

Некоторая неточность (около 5%) этой формулы ужесточает требования безопасности и поэтому считается допустимой. Полное сопротивление петли фаза - нуль в действительной форме (модуль) равно, Ом,

Zn, = (Rф+Rнэ)І+( Xф+Xнэ+Xn)І. (13)

Расчетная формула вытекает из (9), (12) и (13) и имеет следующий вид:

k Iном .= Uф /(zT/3+ (Rф + R нэ)2 + (X ф + X нэ + Xn,)2), (14)

где Rф и R нэ - активные сопротивления фазного и нулевого защитного проводников;

X ф и X нэ - внутренние индуктивные сопротивления фазного и нулевого защитного проводников;

Xn,- внешнее индуктивное сопротивление петли (контура) фазный проводник - нулевой защитный проводник.

Параметры петли фаза - нудь находятся следующим образом:

2.1. Значение Zт, Ом, зависит от мощности трансформатора, напряжения и схемы соединения его обмоток, а также от конструктивного исполнения трансформатора. При расчетах зануления значение Zт берется из таблицы №1 (мощность трансформатора задается преподавателем).

2.2. Значения Rф и R нэ Ом, для проводников из цветных металлов (медь, алюминий) определяют по известным данным: сечению s, ммІ, длине l, м, и материалу проводников. При этом искомое сопротивление R = (*l)/ s, где - удельное сопротивление проводника, равное для меди 0,018, а для алюминия 0,028 Ом мм2/м.

Если нулевой защитный проводник стальной, то его активное сопротивление Rнэ определяется с помощью таблицы 2, в которой приведены значения сопротивлений 1км (r?, Ом/км) различных стальных проводников при разной плотности тока частотой 50 Гц.

Для этого необходимо задаться профилем и сечением проводника, а также знать его длину и ожидаемое значение тока КЗ Iк, который будет приходить по этому проводнику в аварийный период. Сечением проводника задаются из расчета, чтобы плотность тока КЗ в нем была в пределах примерно 0,5 - 2,0А/мм2.

2.3. Определение активного сопротивления фазного провода

зануление электрический ток

Rф= (*L)/s, (15)

где - удельное сопротивление, для меди = 0,018 Ом мм2/м. L- длина фазного провода в метрах (расстояние от силового трансформатора до электродвигателя), s - сечение медных проводов (кабеля) питающего электродвигатель сечения проводов выбирают из ряда 4 - 6 - 10-16 - 25 - 35 мм2 , чтобы плотность номинального тока электродвигателя в нем была в пределах 4-6 А/мм2. 2.4. Определение активного сопротивления нулевого провода Кнэ (например стальной полосы сечения sn = 40*4 = 160 мм2) Решение. Ожидаемый ток КЗ Iк> к Iном

Ожидаемая плотность тока

J = IK / sn, А/ мм2

По таблице 2 находят для полосы 40*4 для вычисленной плотности J тока сопротивление rw Ом/км

Отсюда искомое активное сопротивление полосы

Rнэ = rwL; Ом/мм2. (16)

2.5. Определение внутреннего индуктивного сопротивление Хф фазного провода.

Фазные провода бывают или медные или алюминиевые, индуктивные сопротивления их сравнительно малы (около 0,0156 Ом/км), поэтому ими в расчете можно пренебречь, т.е. принять Х ф=0.

2.6. Для стальных проводников, из которых выполняется защитный кулевой проводник Xнэ определяется аналогично Rнэ (см. п.п.4) для стальной полосы sn. 40*4 = 160 мм2.

По ожидаемой плотности тока J = IK / sn А/ мм из таблицы 2 находят xw Ом/км. Затем находят искомое внутреннее индуктивное сопротивление

Xнэ = xwL , Ом/км. (17)

2.7. Внешнее индуктивное сопротивление 1 км петли фаза - нуль обычно принимают равным xn = 0,6 Ом/км.

Отсюда

Хr = хn L = 0,61 Ом. (18)

Полученные расчетным путем параметры петли фаза - нуль подставляют в формулу (12), вычисляют ток Iк и делают выводы правильно ли выбран защитный провод;

б) обеспечит ли он отключение электродвигателя, изоляция фазы которого пробила на корпус;

в) под каким напряжением находится корпус электродвигателя относительно земли в течение времени срабатывания защиты;

г) какова опасность для человека коснувшегося корпуса электродвигателя в этот момент.

2.8. Для проверочного расчета зануления на отключающую способность студент получает задание от преподавателя:

а) мощность трансформатора из таблицы 1;

б) номинальный ток электродвигателя из ряда: 20-35-60-95-140-200А;

в) расстояние L от трансформатора до электродвигателя произвольно в интервале от 50 до 200 м.

Таблица 1. Приближенные значения расчетных полных сопротивлений ZT Ом, обмоток трехфазных трансформаторов

Мощность трансформатора, кВ*А	Номинальное напряжение обмоток высшего напряжения, кВ.	Zr , Ом, при схеме
		У/Ун	Д/Ун и У/ZH
25	6-10	3.110	0,906
40	6-10	1 949	0.562
63	6-10	1,237	0,360
	20-35	1,136	0,407
100	6-10	0,799	0,226
	20-35	0,764	0,327
160	6-10	0,487	0,141
	20-35	0,478	0,203
250	6-10	0,312	0,090
	20-35	0,305	0,130
400	6-10	0,195	0,056
	20-35	0,193	….
610	6-10	0,129	0,042
	20-30	0,121	….
1000	6-10	0,081	0,02?
	20-35	0,077	0,032
1600	6-10	0,0.4	0,017
	20-35	0,051	0,020

Примечание. Данные таблицы относятся к трансформаторам с обмотками низшего напряжения 400/230 В. При низшем напряжении 230/127 В значения сопротивлений, приведенные в таблице, необходимо уменьшить в три раза.

Таблица 2 Активные ru и внутренние индуктивные xw сопротивления стальных проводников при переменном токе (50 Гц), Ом/км.

Размеры или диаметр сечения, мм	Сечение, мм2	rw	xw	rw	xw	rw	xw	rw	xw
		При ожидаемой плотности в проводнике
		0,5	1,0	1,5	2,0
Полоса прямоугольного сечения
20*4	80	5,24	3,14	4,20	2,52'	3,48	2,09	2,97	1,78
30*4	120	3.66	2,20	2,91	1s, 75	2,38	1,43	2,04	1,22
30*5	150	1,38	2.03	2,56	1, 54	2,08	1,25	-	-
40*4	160	2,80	1,68	2,24	1,34	1.81	1,09	1.54	0,92
50 * 4	200	2,28	1 ,37	1,79	1 .07	1,45	0,87	1,24	0,74
50 *5	250	2, 10	1,76	1 ,60	0,96	1,28	0 77		_
60*5	300	1,77	1,06	1,34	0,80	1,08	0,65	-	-
Проводник круглого сечения
5	19,63	17,0	10,2	14,4	8,65	12,4	7,45 10,7	6,4
6	28,27	13,7	8,20	11,2	6,70	9.40	5,65	8,0	4,8
8	50,27	9,60	5,75	7,5	4,50	6.4	3,84	5,3	3,2
10	78,54	7,20	4,32	5,4	3,24	4,2	2,52	-	-
12	113,1	5,60	3,36	4,0	2,40	-	-		-
14	1 50 ,9	4,55	2,73	3.2	1,92	-	-	-	-
16	201, 1	3,72	2,23	2,7	1,60	-	-	-	-

3. Проверочный расчет на отключающую способность занулення в сети.

Данные:

Нулевой защитный провод -- стальная полоса 50x4;

Линия 380/220 с медными проводами 3х25мм2 питается от трансформатора 160КВ А, 6/04кВ, со схемой соединения обмоток Д/Уя;

3. Двигатель защищен плавким предохранителем Iном.пр 160 А;

4. Коэффициент кратности к = 3.

Решение: необходимо определить наименьшее допустимое по условию срабатывания защиты ток Iк, затем действительное значение Iк, который будут проходить по петле фаза-нуль и сравнить их. Если действительное значение Iк больше наименьшего допустимого тока, то отключающая способность будет обеспечена.

I. Определим наименьшее значение Iк.

Iк = К*Iпред-3*160 = 480А.

4. Описание лабораторной, установки

2. По таблице приближенных значений полных расчетных сопротивлений обмоток масляных трехфазных трансформаторов находим полное сопротивление трансформатора Zт = 0,141 Ом;

3. Определим сопротивления фазного и нулевого защитного проводников Rф

Xф, R нэ, Xn, Rф = x L / s,

где - удельное сопротивление; для меди = 0,018 Ом мм2/м.

Rф = 0.018-100/25- 0,072 Ом.

Так как фазный провод медный примем Хф = 0. Чтобы определить значения сопротивлений для нулевого защитного проводника, необходимо определить плотность тока

J= Iк/s = 480/(50*4) = 2,4 А/мм2.

По таблице 2 активных и внутренних индуктивных сопротивлений стальных проводников при переменном токе (50 Гц) для полосы сечения 50-4 мм при J =2 найдем rw.= 1,24 Ом/км и Xw Ом/км. Следовательно, искомое активное сопротивление полосы.

Rиз= rw*L=1,24*0,1=0,124 Ом.

Внутреннее индуктивное сопротивление;

Хиз-Хw*L -0,74*0,1 - 0,074 Ом.

Внешнее индуктивное сопротивление L, км петли фаза-нуль принимаем - Хп = 0,6 Ом/км, следовательно Хп = 0.06 Ом, 4. Определим действительное значение тока короткого однофазного замыкания, проходящего по петле фаза-нуль, при замыкании фазы на корпус двигателя, подставляя числовые значения в нижеприведенную формулу получим:

Iк = (Uф/ Zт/3+ ((Rф+ Rнэ)І+( Хф + Х из +Хn )І)) Iк = 756 A.

Вывод: поскольку действительное (вычисленное) значение тока однофазного КЗ превышает наименьшее допустимое по условию срабатывания защиты - нулевой защитный проводник выбран правильно.

4.1. Схема лабораторной установки приведена на рис.8, где 1,2,3 -токоведущие фазные провода сети; 4 - нулевой защитный и рабочий нулевой провод сети; 5 - шина для заземления нейтрали N трансформатора Т; б - проводники для зануления корпусов; 7 - электродвигатели Ml и М2 ; L1 L2 -расстояние от эл. двигателей Ml и М2 до трансформатора Т! ( в метрах).

4.2. Силовой трансформатор Т1 напряжением 6/0,4 кВ является источником электрической энергии для электродвигателей М1 и М2.

4.3. Для отключения сети от трансформатора Т1 установлен автомат QF1.

4.4. Защита цепей от токов короткого замыкания в электродвигателе Ml выполняется автоматом QF2, имеющим токовую отсечку с вставкой Iуст.эм срабатывания равной 12 Iн , а в электродвигателе М2 - с помощью предохранителей FU (1,2,3) и выключателя Q3.

4.5. Для измерения сопротивления петли фаза-нуль используется измерительной блок ИБ.

4.6. В данной установке реализован метод определения сопротивления петли фаза-нуль без измерения сопротивления обмотки источника электрической энергии, т.е. силового трансформатора Т1 Поэтому сеть, питающая лабораторную установку отключается от последнего автоматического выключателем QF1. Для учета сопротивления обмотки трансформатора Т1 при определении сопротивления петли фаза-нуль сопротивление трансформатора Т1 находится по таблице № 1.

4.7. Измерение сопротивления петли фаза-нуль производится на пониженном напряжении 12В для этого используется вспомогательный трансформатор Т2 с коэффициентом трансформации 220/12.

4.8. Включение трансформатора Т2 выполняется выключателем S А1 .Изменение величины напряжения в пени измерения производится лабораторным автотрансформатором ТЗ, путем вращения рукоятки.

4.9. Электродвигатели Ml и М2 имеют искусственные замыкания токоведущего фазного провода на корпус в точках з1 и з2 имитирующих повреждение изоляции в результате чего произошел пробой фазы С на корпус. Поэтому включение выключателей QF2 и Q3 приводит к присоединению фазы С на корпус в соответствующих электродвигателях.

5. Порядок выполнения работы

5.1. После изучения методических указаний, выполнения расчета зануления на отключающую способность и сдачи коллоквиума следует получить разрешение преподавателя на проведение работы.

5.2. Проверьте соответствие электрической цепи лабораторного стенда, электрической цепи схемы рис.8.

5.3. Отключите автомат QF1 и включите автомат QF2.

5.4. Включите выключатель SAI измерительного блока ИБ.

5.5. Плавно вращая ручку автотрансформатора ТЗ установите по указанию преподавателя три значения измерительного напряжения, запишите показания вольтметра Uнэ и амперметра Iнэ в таблицу 3, приведенную в разделе «Форма отчета».

5.6. Рассчитайте ожидаемый ток короткого замыкания на корпус (землю), пользуясь формулой:

Iк = Uф /( Zт /3+ Zn ), А.

5.7. Величину сопротивления Zn петли определите по формуле Zn= Uнэ /Iнэ, Ом.

Значение сопротивления одной обмотки трансформатора Zт, выберите из таблицы 1. Мощность трансформатора Т1 задается преподавателем.

5.8. Проверьте эффективность зануления, руководствуясь требованиями по нормированию, изложенными в разделе 2.

6. Форма отчета

6.1. Кратко описать назначение и область применения, устройство и принцип действия зануления (иллюстрируя схемой по рис. 1);

6.2. Привести схему лабораторной установки;

6.3. Заполнить таблицу 3;

6.4. Сформулировать выводы о надежности зануления по результатам расчета и измерений.

Результаты измерений петли «фаза-нуль»

Таблица 3

Наименование потребителя	№ измерений	U изм В	Iизм А	Zn Ом	Zт/3 Ом	Iк А	Iк Iуст.эм	Iк Iном..пр
Эл. двигатель Ml	1 2 3
Эл. двигатель М2	1 2 3

Использованная литература

1. Долин И.А. Основы техники безопасности в электроустановках. -М.: Энергоатомиздат. 1984. -448с. с ил.

2. Полтев М.К. Охрана труда в индустрии. -М.: ВШ, 1980.

3. Правила устройства электроустановок. -М.: Энергоатомиэдат. 1987. -646с.

4. Федеральный закон Российской Федерации «Об основах охраны труда в РФ» от 17 июня 1999 г. № 181-ФЗ.

5. Охрана труда. Г.Ф. Денисенко, - М.: Высшая школа, 1985. -319с.

6. ГОСТ 12.1.009-76. Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Термины и определения.

7. ГОСТ 12.1.019-79. Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты.

8. ГОСТ 12.1.030-81. Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление.

8. ГОСТ 12.1.038-82. Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов.

9. Безопасность жизнедеятельности. /Под ред. С.В. Белова - М.: Высшая школа, 1999. -448с.

Размещено на Allbest.ru

...