Исследование эффективности действия защитного заземления в электроустановках напряжением до 1000 В

Включение-выключение стенда производится тумблером «ВКЛ-ВЫКЛ», расположенным слева в нижней части передней панели стенда. При включении стенда загораются светодиодные индикаторы наличия фазных напряжений на мнемосхеме передней панели.

 

4.3.2. Правила безопасности при выполнении работы

 

1. К выполнению лабораторной работы допускаются лица, прошедшие инструктаж по безопасности.
2. Основным опасным производственным фактором является повышенное значение напряжения в электрической цепи, поскольку все оборудование стенда работает от сети переменного тока напряжением 220 В.
3. Перед включением стенда ознакомиться с данными методическими указаниями.
4. Выполнять только те измерения, которые указаны в методических указаниях.
5. При поломке переключателей или появлении признаков пробоя изоляции или утечки токов на корпус (появление запаха, дыма, ощущение легкого покалывания в кончиках пальцев, касающихся корпуса или переключателя стенда и др.) немедленно обесточить стенд.
6. После аварийного отключения стенда сообщить ведущему занятия преподавателю или лаборанту об аварийном выключении стенда и его причинах.
7. Никаких самостоятельных действий по устранению неисправности стенда не предпринимать.
8. Повторное включение стенда может быть произведено лишь с разрешения преподавателя, ведущего занятия.
9. По окончании необходимых измерений стенд привести в исходное состояние (обесточить, переключатели поставить в исходное положение и т.д.)
10. В случае даже кратковременного ухода всех студентов стенд обесточить.

4.3.3. Порядок выполнения работы

 

Задание №1. Исследовать эффективность защитного заземления корпуса электропотребителя, питающегося от трёхфазной трёхпроводной сети с изолированной нейтралью.

 

1.1. Включить стенд, переведя тумблер «ВКЛ-ВЫКЛ» в верхнее 
положение; при этом должны загореться светодиодные индикаторы наличия 
фазных напряжений на мнемосхеме передней панели.

1.2. Моделировать трехфазную трехпроводную сеть с изолированной нейтралью, установив переключатель «S_N» в нижнее положение.

1.3. Привести стенд в исходное состояние: нажать кнопку «СБРОС»; при этом сбрасываются значения предыдущего состояния стенда. Нажать чёрную кнопку «S₂» и красную кнопку «S_КЗ2». Регулятором напряжения сети «U_ф», расположенном в левой части панели стенда, подобрать значение в соответствии с указанным преподавателем вариантом задания таблицы 4.1, для чего, повернув его рукоятку на некоторый угол в нужную от среднего положения сторону (значения U_ф изменяются в пределах 220В±10%), нажать кнопку «ИЗМЕРЕНИЕ», расположенную справа в нижней части передней панели стенда и наблюдать на цифровом табло вольтметра значение U_ф при соответствующем положении переключателя «U_ф – U₀ – U₁ – U₂ – U₃ – U_A – U_B – U_C» (в данном случае крайнее левое положение). Корректировать положение регулятора, повторяя этот процесс до получения заданного значения, после чего рукоятку «U_ф» не трогать во избежание изменения значения U_ф. После каждого нажатия кнопки «СБРОС» не забывать включать кнопку «S₂» (корпус 2).

Таблица 4.1

Варианты заданий параметров сети

№ варианта	1	2	3	4	5
Фазное напряжение Uф, В	200	210	220	230	240
Сопротивление изоляции проводов RE, кОм	5	10	20	10	20
Сопротивление заземляющего устройства RЗМ2, кОм	4	10	4	10	4

 

1.4. Переключателем «S_RE», расположенном в правой части панели, установить сопротивления изоляции проводов относительно земли R_E в соответствии с вариантом задания (таблица 4.1).

1.5. Присоединить электропотребитель 2 к сети, нажав кнопку «S₂». Замкнуть фазный провод B на корпус 2, нажав кнопку «S_КЗ2». Убедиться, что на кнопках «S₂» и «S_КЗ2» горят светодиодные индикаторы.

1.6. Нажать кнопку «ИЗМЕРЕНИЕ».

1.7. Измерить вольтметром значения напряжения относительно земли корпуса 2, а также фазных проводов А, В и С, для чего последовательно переводить рукоятку вольтметра в положения U₂, U_A, U_B, U_C. Полученные значения напряжений занести в отчёт о лабораторной работе (таблица 4.2, строка «При отсутствии защитного заземления»).

Таблица 4.2

Оценка эффективности  защитного заземления

Вариант №         :     Uф=         В;     RE=         кОм;     RЗМ2=         кОм
Параметры сети	Iз, А	U2, В	UA, В	UB, В	UC, В
При отсутствии защитного  заземления
При наличии защитного  заземления

 

1.8. Нажать кнопку «СБРОС».

1.9. Переключателем «S_RЗМ2» установить значение сопротивления R_ЗМ2 заземляющего устройства в соответствии с вариантом задания.

1.10. Заземлить корпус 2, для чего гибкий провод, присоединенный к клемме «Х₂» и снабженный наконечником, подсоединить к клемме «X_ЗМ2».

1.11. Присоединить электропотребитель 2 к сети, нажав кнопку «S₂». Нажать кнопку «S_КЗ2», имитируя тем самым замыкание фазы В на корпус 2. Убедиться, что на кнопках «S₂» и «S_КЗ2» горят светодиодные индикаторы.

1.12. Измерить ток, стекающий в землю через заземляющее устройство, установив переключатель амперметра в положение «A₁». Полученное значение тока записать в отчет (таблица 4.2, строка «При наличии защитного заземления»).

1.13. Измерить вольтметром значения напряжений относительно земли заземлённого корпуса электропотребителя 2, а также фазных проводов А, В и С, для чего последовательно переводить рукоятку вольтметра в положения U_C, U_B, U_A, U₂. Полученные значения напряжений занести в отчёт о лабораторной работе (таблица 4.2, строка «При наличии защитного заземления»).

Сделать вывод об опасности  прикосновения человека к корпусу  электропотребителя в случае замыкания на него фазного провода при отсутствии и наличии защитного заземления. Отметить при этом влияние защитного заземления на напряжение фазных проводов сети относительно земли.

 

Задание №2. Исследовать зависимость напряжения на заземленном корпусе электропотребителя от сопротивления его заземляющего устройства в сети с изолированной нейтралью.

 

2.1. Выполнить указания п.п. 1.2–1.5 и 1.10 (если предварительно выполнялось задание №1, то следует только проверить соответствие 
положений коммутационных элементов указаниям перечисленных пунктов).

2.2. Устанавливая последовательно переключателем «S_RЗМ2» значения 
сопротивления заземляющего устройства R_ЗМ2 = 4, 10 и 100 Ом, каждый раз производить измерение напряжения на корпусе электропотребителя 2 относительно земли (положение рукоятки вольтметра U₂), и ток, стекающий в землю через заземляющее устройство I_з, (положение выключателя амперметра – «А₁»), нажимая кнопку «ИЗМЕРЕНИЕ». При этом необходимо убеждаться каждый раз, что на кнопках «S₂» и «S_КЗ2» горят светодиодные индикаторы (т.е. корпус 2 подключен к сети и закорочен), в противном случае выполнить требования п. 1.11. После каждого измерения перед установкой нового значения R_ЗМ2 нажимать кнопку «Сброс». Полученные значения напряжения U₂ и тока  I_з записать в отчет (таблица 4.3).

Таблица 4.3

Изменение величины тока I_з и напряжения на корпусе 2 U₂ относительно земли в зависимости от сопротивления заземляющего устройства R_ЗМ2

Сопротивление заземляющего устройства RЗМ2, Ом	Напряжение на корпусе  электропотребителя 2 U2, В	Ток замыкания на землю Iз, А
4
10
100

 

2.3. Нажать кнопку «СБРОС».

2.4. Проанализировать зависимость опасности поражения электрическим током от сопротивления заземляющего устройства в случае 
прикосновения человека к заземленному корпусу.

 

Задание №3. Оценить опасность поражения током при одновременном замыкании разных фаз сети с изолированной нейтралью на корпуса электропотребителей, имеющих раздельные заземляющие устройства.

 

3.1. Проверить соответствие состояния стенда требованиям п.п. 1.2 – 1.4.

3.2. Подключить корпуса 1 и 2 к заземляющим устройствам путем соединения гибкими проводами со штекерами клемму «X₁» с клеммой «Х_ЗМ1», а клемму «Х₂» с клеммой «Х_ЗМ2».

3.3. Переключателем «S_RЗМ2» установить значение сопротивления заземляющего устройства корпуса 2 R_ЗМ2 = 4 Ом.

3.4. Присоединить электропотребители – корпуса 1 и 2 к сети, нажав кнопки «S₁» и «S₂», при этом должны загореться соответствующие этим кнопкам светодиоды. Замкнуть фазный провод B на корпус 2, нажав кнопку «S_КЗ2», а фазный провод A на корпус 1, нажав кнопку «S_КЗ1», при этом также должны загореться соответствующие этим кнопкам светодиоды.

3.5. Нажав кнопку «ИЗМЕРЕНИЕ», произвести замыкание фазных проводов A и B соответственно на корпуса 1 и 2; измерить напряжения корпусов 1 и 2 относительно земли, для чего перевести рукоятку вольтметра сначала  в положение U_2, а после его измерения – в положение U₁. Одновременно измерить ток, стекающий в землю через заземляющее устройство корпуса 2, при положении «А₁» переключателя амперметра.

Полученные значения напряжений и тока замыкания записать в отчёт (таблица 4.4).

 Таблица 4.4

Изменение величины тока I_з и напряжений на корпусах электропотребителей

1 (U₁) и 2 (U₂) относительно земли в зависимости от величины R_ЗМ2

Сопротивление заземления корпуса электропотребителя 1   RЗМ1= 4 Ом
Сопротивление заземляющего устройства RЗМ2, Ом	Напряжение на корпусе  электропотребителя 1 U1, В	Напряжение на корпусе  электропотребителя 2 U2, В	Ток замыкания на землю Iз, А
4
10
100

 

3.6. Нажать кнопку «СБРОС».

3.7. Повторно последовательно выполнить задание при значениях R_ЗМ2 = 10 Ом и 100 Ом.

3.8. Нажать кнопку «СБРОС».

3.9. Отсоединить гибкий провод от клеммы «Х_ЗМ1».

3.10. Оценить опасность косвенного прикосновения в случае двойного замыкания фаз на заземленные корпуса и её зависимость от сопротивления заземляющего устройства.

 

Задание №4. Исследовать влияние защитного заземления на опасность поражения током при замыкании фазы на корпус электропотребителя, питающегося от трёхфазной пятипроводной сети с заземленной нейтралью.

 

4.1. Выполнить указание п. 1.2.

4.2. Заземлить нейтраль источника питания, подключить к нему N и РЕ-проводники, для чего установить переключатель «S_N» в верхнее положение. Переключатель «S_RПОВ» установить в положение «∞».

4.3. Выполнить указания п.п. 1.9, 1.10, 1.4, 1.5.

4.4. Нажать кнопку «ИЗМЕРЕНИЕ».

4.5. Измерить, руководствуясь указаниями п. 1.7, напряжения относительно земли корпуса 2 (U₂), нейтральной точки источника питания (U_о), проводов сети A, B, C (соответственно U_A, U_B, U_C,). Результаты измерения занести в отчёт (таблица 4.5).

4.6. Измерить ток I_з, стекающий на землю через заземляющее устройство, установив переключатель амперметра в положение «A₁», и результат измерения занести в таблицу 4.5.

 

 

Таблица 4.5

Значения тока замыкания  и  напряжений фазных проводов, нейтральной точки и корпуса 2 относительно земли

RАE = RВE = RСE = RNE =         кОм;     RЗМ2 =         Ом (по варианту задания)
Напряжение на корпусе 2 U2, В	Напряжения фазных проводов относительно земли, В			Напряжение нейтрали источника питания Uо, В	Ток замыкания на землю Iз, А
	UA	UB	UC

 

4.7. Отсоединить гибкий  провод от клеммы  «Х_ЗМ2».

4.8. Выключить стенд, переведя тумблер «ВКЛ-ВЫКЛ» в нижнее положение; при этом должны погаснуть светодиодные индикаторы наличия фазных напряжений на мнемосхеме передней панели.

4.9. Определить напряжение прикосновения U_пр по формуле 4.8, приняв  U_з = U₂, α₂  равным единице, а α₁ – любое в выше указанных пределах. Оценить в выводе эффективность применения защитного заземления в сетях с глухозаземленной нейтралью.