Описание лабораторного стенда. Лабораторный стенд представляет собой модель электрической сети с источником питания, электропотребителями

Лабораторный стенд представляет собой модель электрической сети с источником питания, электропотребителями, средствами защиты, измерительными приборами. Лицевая панель стенда представлена на рис.4. В качестве источника используется трехфазный трансформатор. Стенд включается трехфазным автоматом S2 - положение I. При этом загораются индикаторы (желтого, зеленого и красного цветов); расположенные рядом с фазными проводами А. В, С. Режим нейтрали сети изменяется переключателем S1, причем правое положение соответствует режиму заземленной нейтрали, а левое положение - режиму изолированной нейтрали. Нейтральная точка заземляется через сопротивление R0 = 4 Ом. С помощью переключателя S3 подключается нулевой рабочий проводник (N-проводник). Переключатель S4 предназначен для подключения нулевого защитного проводника (PE-проводника). Верхнее положение переключателей означает наличие пятипроводной сети, нижнее положение - трехпроводной сети.

Сопротивления фазных проводов сети и N-провода относительно земли смоделированы сосредоточенными сопротивлениями RА, RВ. RС, RN. В данном стенде моделируется только активная составляющая полного сопротивления, причем используется случай симметричной проводимости проводов относительно, земли (то есть RА=RВ=RС=RN). Значения указанных сопротивлений изменяются пятипозиционным переключателем S18 в зависимости от вариантов, задаваемых преподавателем.

Электропотребители на мнемосхеме показаны в виде их корпусов. Потребители «корпус 1» и «корпус 2» являются трехфазными и подключены к сети через автоматические выключатели S5 и S10 соответственно. Положение I означает включение автоматов, при этом напряжение подается на потребители. Электропотребитель «корпус 3» является однофазным, выполненным по классу 1 защиты от поражения электрическим током.

Лабораторный стенд позволяет моделировать два способа защиты: защитное заземление и зануление. Подключение корпусов 1 и 2 к PЕ-проводнику осуществляется переключателями S8 и S14 соответственно. Правое положение переключателей означает, что корпуса занулены. Сопротивление фазного провода от нейтральной точки до 2 корпуса не изменяется и имеет значение Rф =0,1 Ом распределенное равномерно на двух участках провода (нейтральная точка - точка подключения 1 корпуса и точка подключения 1 корпуса - точка подключения 2 корпуса). Сопротивление РЕ-проводника может изменяться с помощью трехпозиционного переключателя S6, причем сопротивления участков «нейтраль» - «корпус 1» и «корпус 1» - «корпус 2» равны и принимают значения 0.1; 0.2: 0.5 Ом. Обрыв РЕ-проводника между точками подсоединения корпусов 1 и 2 имитируется с помощью переключателя S12. нижнее положение которого соответствует обрыву проводника. Повторное заземление Rn подключается к РЕ-проводнику с помощью переключателя S17. Значение сопротивления Rn изменяется трехпозиционным переключателем S19 (4,10,100 Ом). Переходное сопротивление Rпер между корпусом 2 и зануляющим проводником изменяется трехпозиционным переключателем S16 и может принимать значения 0; 0,1; 0,5 Ом.

Подключение корпусов 1 и 2 к заземляющим устройствам с сопротивлениями RЗ1, RЗ2 осуществляется с помощью переключателей S9 и S15 соответственно. Сопротивление заземления R31 корпуса 1 является постоянным и равным 4 Ом. Сопротивление заземления R32 корпуса 2 устанавливается с помощью трехпозиционного переключателя S11 (4, 10, 100 Ом).

Замыкания фазных проводов на корпуса 1 и 2 осуществляются кнопками S7 и S13 соответственно, причем на корпус 1 замыкается фазный провод А и на корпус 2 - фазный провод В.

Лабораторный стенд имеет три измерительных прибора: цифровой вольтметр с диапазоном измерения от 0 до 2000 В, цифровой амперметр с диапазоном измерения от 0 до 2000 А, цифровой милисекундомер с диапазоном измерения от 0 до 999 мс.

Вольтметр включается в измерительные цепи через гнезда XI - XI5, установленные в соответствующих точках схемы, с помощью гибких проводников, снабженных наконечниками. Включение амперметра в цепь осуществляется с помощью переключателя, находящегося под индикатором. При соответствующем подключении загорается лампочка, указывающая на место подключения прибора. Положение «ОТКЛ» означает отсутствие амперметра в цепях стенда. В положении А1 измеряется ток короткого замыкания, в положении А2 - ток, стекающий с заземлителя корпуса 2, в положении АЗ - ток замыкания на землю через повторное заземление РЕ-проводника.

Миллисекундомер включается при нажатии кнопки S13, а отключается при срабатывании автоматического выключателя S10. Установка позволяет длительно сохранить режим соответствующий периоду замыкания фазного провода на корпуса 1 и 2. Для возврата схемы в исходное состояние после того, как измерены все необходимые параметры, следует нажать кнопку «СБРОС».

Содержание работы

2.2.1. Оценить эффективность действия защитного заземления в электроустановках, питающихся от трехфазных трехпроводных сетей с изолированной нейтралью напряжением до 1 кВ. Определить зависимость изменения напряжения прикосновения при изменении расстояния до заземлителя.

2.2.2. Оценить эффективность действия защитного заземления в электроустановках, питающихся от трехфазных четырехпроводных сетей с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ.

Порядок выполнения работы

2.3.1. Оценка эффективности защитного заземления в сети
с изолированной нейтралью

1. На стенде смоделировать участок трехфазной электрической сети с изолированной нейтралью:

- изолировать нейтраль - перевести переключатель S1 в левое положение.

- отключить N и РЕ-проводники - перевести переключатели S3 и S4 в нижнее положение.

- установить значения активных сопротивлений изоляции переключателем S18 в соответствии с вариантом задания (Приложение 2).

- убедиться, что переключатели S8, S14, S17, S9, S15 находятся в левом положении, переключатель S12 в нижнем положении, автоматы S5 и S10 в нижнем положении (положение 0).

внимание!

Установить переключатель амперметра - в положении «ОТКЛ», переключатель предела измерения амперметра в положение 2000.

Установить переключатель предела измерения вольтметра
в положение 2000.

Корпус 2 не заземлен.

2. Включить стенд - перевести переключатель S2 в верхнее положение, при этом загораются индикаторы, сигнализирующие о подаче напряжения на фазные провода электрической сети.

3. Подключить корпус 2 к сети - перевести автомат S10 в верхнее положение (положение 1).

4. Произвести кнопкой S13 замыкание фазного провода В на корпус 2.

5. Вольтметром с помощью гибких проводников измерить следующие напряжения:

- напряжение между корпусом 2 и землей (гнезда Х2 и Х8);

- напряжения между фазными проводами и землей (гнезда Х2 и Х15, Х2 и Х14, Х2 и Х13);

- убрать гибкие проводники;

- результаты измерений занести в таблицу.

6. Кнопкой «СБРОС» устранить замыкание фазного провода на корпус 2.

7. Отключить корпус 2 от сети - перевести автомат S10 в нижнее положение (положение 0).

8. Отключить стенд - перевести переключатель S2 в нижнее положение, при этом погаснут индикаторы фазных проводов.

9. Установить значение RЗ2 в соответствии с вариантом задания (Приложение 2).

10. Заземлить корпус 2- перевести переключатель S15 в правое положение.

11. Включить стенд - перевести переключатель S2 в верхнее положение, при этом загораются индикаторы, сигнализирующие о подаче напряжения на фазные провода электрической сети.

12. Подключить корпус 2 к сети - перевести автомат S10 в верхнее положение (положение 1).

13. Произвести кнопкой S13 замыкание фазного провода В на корпус 2.

14. Вольтметром с помощью гибких проводников измерить следующие напряжения:

- напряжение между корпусом 2 и землей (гнезда Х2 и Х8);

- напряжения фазных проводов относительно земли (гнезда Х2 и Х15, Х2 и Х14, Х2 и Х13);

- напряжения прикосновения (напряжения между корпусом 2 и точками на защищенной заземлением площадке) при различных расстояниях (l) до заземлителя (гнезда Х8 и Х9, Х8 и Х6, Х8 и Х5).

- результаты измерений занести в таблицу;

- убрать гибкие проводники.

15. Амперметром:

- измерить ток замыкания на землю, установив переключатель амперметра в положение А2, при этом загорается индикатор, соответствующий данному подключению амперметра;

- результаты измерений занести в таблицу;

- переключатель предела измерения амперметра установить в положение 2000;

- отключить амперметр - переключатель амперметра установить в положение «ОТКЛ».

ПРИМЕЧАНИЕ 1. При переходе с одного предела измерения амперметра на другой необходимо дождаться установившегося показания прибора.

ПРИМЕЧАНИЕ 2. При измерениях с помощью цифровых приборов наблюдается дрейф последнего знака цифрового индикатора - в протокол следует заносить среднее значение показания.

16. Кнопкой «СБРОС» устранить замыкание фазного провода на корпус 2.

17. Отключить корпус 2 от сети - перевести автомат S10 в нижнее положение (положение 0).

18. Отключить стенд - перевести переключатель S2 в нижнее положение, при этом погаснут индикаторы фазных проводов.

2.3.2 Оценка эффективности действия защитного заземления
в сети с заземленной нейтралью

1. На стенде смоделировать участок трехфазной четырехпроводной электрической сети с заземленнойнейтралью:

- заземлить нейтраль источника тока - переключатель S1 перевести в правое положение;

- подключить N проводник к заземленной нейтрали источника питания, переключатель - S3, перевести в верхнее положение;

- убедиться, что переключатели S8, S14, S17, S9, S15 находятся в левом положении, переключатели S4 и S12 в нижнем положении, автоматы S5 и S10 в нижнем положении (положение 0).

внимание!

Установить переключатель амперметра - в положении «ОТКЛ», переключатель предела измерения амперметра в положение 2000.

Установить переключатель предела измерения вольтметра
в положение 2000.

Корпус 2 не заземлен.

2. Включить стенд - перевести переключатель S2 в верхнее положение, при этом загораются индикаторы, сигнализирующие о подаче напряжения на фазные провода электрической сети.

3. Подключить корпус 2 к сети - перевести автомат S10 в верхнее положение (положение 1).

4. Произвести кнопкой S13 замыкание фазного провода В на корпус 2.

5. Вольтметром с помощью гибких проводников измерить напряжение между корпусом 2 и землей (гнезда Х2 и Х8); результат измерений занести в таблицу.

6. Кнопкой «СБРОС» устранить замыкание фазного провода на корпус 2.

7. Отключить корпус 2 от сети - перевести автомат S10 в нижнее положение (положение 0).

8. Отключить стенд - перевести переключатель S2 в нижнее положение, при этом погаснут индикаторы фазных проводов.

9. Заземлить корпус 2- перевести переключатель S15 в правое положение.

10. Включить стенд - перевести переключатель S2 в верхнее положение, при этом загораются индикаторы, сигнализирующие о подаче напряжения на фазные провода электрической сети.

11. Подключить корпус 2 к сети - перевести автомат S10 в верхнее положение (положение 1).

12. Произвести кнопкой S13 замыкание фазного провода В на корпус 2.

внимание!

Установить переключатель амперметра - в положении «ОТКЛ», переключатель предела измерения амперметра в положение 2000.

Установить переключатель предела измерения вольтметра в положение 2000.

2. Вольтметром с помощью гибких проводников измерить следующие напряжения:

- напряжение между корпусом 2 и землей (гнезда Х2 и Х8);

- напряжение (U₀) между нейтралью и землей (гнезда X1 и Х2);

- результаты измерений занести в таблицу;

- убрать гибкие проводники.

3. Амперметром:

- измерить ток (I_з) в цепи замыкания на землю корпуса 2, установив переключатель амперметра в положение А 2;

- результаты измерений занести в таблицу;

- переключатель предела измерения амперметра установить в положение 2000;

- отключить амперметр - переключатель амперметра установить в положение «ОТКЛ».

4. Кнопкой «СБРОС» устранить замыкание фазного провода на корпус 2.

5. Отключить корпус 2 от сети - перевести автомат S10 в нижнее положение (положение 0).

6. Отключить стенд - перевести переключатель S2 в нижнее положение, при этом погаснут индикаторы фазных проводов.

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Параметры электрической сети в соответствии с вариантом задания.

Таблица 1

Вариант задания		RЗ2, ОМ	t, с

По разделу 2.3.1.Оценка эффективности защитного заземления в сети с изолированной нейтралью при замыкании фазного провода на корпус электроустановки.

1.1. Принципиальную схему защитного заземления в сети с изолированной нейтралью с указанием протекающих токов.

1.2. Результаты измерений и расчетов при замыкании фазного провода на корпус электроустановки в сети с изолированной нейтралью, табл.2.

Значение тока протекающего через тело человека расчитать по формуле 4.

1.4. График зависимости напряжения прикосновения и тока через тело человека в зависимости от расстояния до заземлителя на котором он находится (l₁ = 0 м; l₂ = 15м; l₃ = 20м).

1.3. Анализ полученных результатов с учетом предельных значений параметров (Приложение 1).

1.3. Заключение об эффективности защитного заземления в сети с изолированной нейтралью до 1000 В.

Таблица 2

Корпус не заземлен

Корпус заземлен

Предельные значения

Uкорп, В

UA, В

UB, В

UC, В

Ih, мА

Uкорп, В

UA, В

UB, В

UC, В

Iз, мА

Uпр1, В(l1=0)

Uпр2, В(l2>l1)

Uпр3, В(l3>l2)

Ih1, мА

Ih2, мА

Ih3, мА

Uпр, В

Ih, мА

По разделу 2.3.2.Оценка эффективности защитного заземления в сети с глухозаземленной нейтралью при замыкании фазного провода на корпус электроустановки.

2.1. Принципиальную схему защитного заземления в сети с глухозаземленной нейтралью с указанием протекающих токов.

2.2. Результаты измерений и расчетов при замыкании фазного провода на корпус электроустановки в сети с глухозаземленной нейтралью, табл.3.

Таблица 3

Корпус не заземлен	Корпус заземлен	Придельные значения
Uкорп, В	Ih, мА	Uкорп, В	U0, В	Iз, А	Ih, мА	Uпр, В	Ih, мА

2.3. Анализ полученных результатов с учетом предельных значений параметров (Приложение 1).

2.4. Заключение об эффективности защитного заземления в се­ти с изолированной нейтралью до 1000 В.

Общие выводы.

Контрольные вопросы и примеры

1. Назначение и область применения защитного заземления.

2. По какой формуле вычисляется ток, протекающий через чело­века в случае прикосновения к заземленному корпусу, оказавшемуся под напряжением?

3. Как вычисляется ток замыкания на землю:

а) в сети с изолированной нейтралью;

б) в сети с заземленной нейтралью?

4. Почему неэффективно применение защитного заземления в сети с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В?

5. В сети (рис.1) сопротивления изоляции проводников относительно земли равны: r₁= r₂= r₃= r =10 кОм. Один из фазных проводников сети замкнулся на корпус, которого каса­ется человек. Сопротивление человека R_h=1000 Ом, фазное напря­жение U_ф=220 В. Определить ток, проходящий через человека. Во сколько раз уменьшится этот ток, если корпус электроустановки заземлить, а сопротивление защитного заземления будет равно:

а) 2 Ом,

б) 4 Ом;

в) 8 Ом;

г) 10 Ом?

6. В сети (рис.3) произошло замыкание одного из фазных проводов на корпус электроустановки, которого касается человек. Сопротивление человека R_h=1000 Ом. Параметры сети:r₀ = 4 Ом, r₁= r₂= r₃=10 кОм; U_ф=220 В. Определить ток, проходящий через человека I_h, если сопротивление заземле­ния корпуса r_з равно

а) 2 Ом;

б) 4 Ом;

в) 8 Ом;

г) 10 Ом.

Литература

Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. М.: «Знак», 2000 г.

Приложение 1

Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов при аварийном режиме производственных электроустановок напряжением до 1000 В с глухозаземленной или изолированной нейтралью и выше 1000 В с изолированной нейтралью не должны превышать значений, указанных втабл.(ГОСТ 12.1.038-82).

Род тока	Нормируемая величина	Предельно допустимые значения, не более, при продолжительности воздействия тока, t, с
0,01-0,08	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	Свыше 1,0
Переменный, 50 Гц	U, В
I, мА

Приложение 2

Значения параметров электрических сетей для различных вариантов.

Вариант №		RЗ2, Ом	t, с	Примечание
1.			1,0
2.			0,8
3.			> 1,0
4.			> 1,0
5.			1,0
6.			0,8
7.	а) 10		1,0	Сравнить эффективность действия защитного заземления для 2х сетей с различными значениями параметров
б) 10
8.	а) 15		1,0	Сравнить эффективность действия защитного заземления для 2х сетей с различными значениями параметров
б) 15
9.	а) 5		> 1,0	Сравнить эффективность действия защитного заземления для 2х сетей с различными значениями параметров
б) 5
10.	а) 1		> 1,0	Сравнить эффективность действия защитного заземления для 2х сетей с различными значениями параметров
б) 1

Приложение 3

Рис 4. Лицевая панель лабораторного стенда