Кафедра пдсс Лабораторная работа №5. Назначение нулевого провода в сети с глухозаземленной нейтральюНазначение нулевого провода | Электрокомплект
Провод, соединяющий нулевую точку фаз генератора,трансформатора с нулевой точкой нагрузки, называют нулевым или нейтральным. Его называют нулевым потому, что в некоторых случаях ток в нем равен нулю, и нейтральным исходя из того, что он одинаково принадлежит любой из фаз. Назначение нулевого провода в том, что он необходим для выравнивания фазных напряжений нагрузки,когда сопротивления этих фаз различны, а также для заземления электрооборудования в сетях с глухозаземленной нейтралью. Благодаря назначению нулевого провода напряжение на каждой фазе нагрузки будет практически одинаковым при неравномерной нагрузке фаз. Осветительная нагрузка, включенная звездой, всегда требует наличия нулевого провода, так как равномерная нагрузка фаз не гарантируется.в э Сечение нулевого провода трехфазных линий, в которых нулевые провода не используют для заземления (специальные или реконструируемые сети освещения), принимают близким к половине сечения фазных проводов. Если, например, фазные провода имеют сечение 35 мм2, нулевой провод берется 16 мм2. Сечение нулевого провода трехфазной системы с глухозаземленной найтралью, в которой нулевой провод используется для заземления, должно быть не менее половины сечения фазных проводов, а в некоторых случаях равно им. Нулевой провод воздушных линий 320/220 В должен иметь одинаковую марку и сечение с фазными проводами: на участках, выполненных стальными проводами, а также биметаллическими и сталеалюминиевыми фазными проводами, сечением 10 мм2; при невозможности обеспечения другими средствами необходимой селективности защиты от коротких замыканий на землю (при этом допускается принимать сечение нулевых проводов большее, чем фазных проводов). Поскольку в одно- и двухфазных линиях по нулевому и фазному проводам протекает ток одинаковой величины, то для этих линий сечение нулевых и фазных проводов берут одинаковым. Аналогично нулевые проводники стояков в жилых зданиях при сечении фазных проводов до 16 мм2 (по меди) должны иметь сечение, равное сечению фазных проводов. Особого подхода требует выбор нулевого провода в сетях с газоразрядными лампами. В нулевых проводах трехфазных линий, питающих газоразрядные лампы, протекает ток высших гармоник, вызванный индуктивно емкостными ПРА. Этот ток не влияет на потерю напряжения, а влияет только на нагрев проводов. Сечение нулевого провода в таких случаях выбирают по допустимому току нагрузки. Ток в нулевом проводе трехфазных линий при смешанной нагрузке (лампы накаливания и газоразрядные лампы) определяют приблизительно как сумму 90% тока газоразрядных ламп и 30% тока ламп накаливания самой нагруженной фазы. Share this post for your friends:Friend me:Нет похожих статей. elekkom56.ru Кафедра пдсс Лабораторная работа №5Национальный Исследовательский Технологический Университет «Московский Институт Стали и Сплавов» (НИТУ МИСиС) «АНАЛИЗ ОПАСНОСТИ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ В ТРЕХФАЗНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 КВ» Выполнил: студент Макаров А.В. группа МО-06-1 Допуск: Выполнение: Защита: Москва 2010 Цель работы – проанализировать условия безопасного прикосновения к электрическим установкам, металлоконструкциям и другим устройствам, которые случайно оказались под напряжением и оценить эффективность действия защитного заземления и защитного зануления при различных режимах работы нейтрали сети трехфазного тока.
Электрический ток является одним из наиболее опасных факторов, как в быту, так и на производстве. Его воздействие на организм человека очень часто приводит к летальному исходу. Поражение человека электрическим током может произойти в следующих ситуациях (наиболее вероятные):
Следует отметить, что ситуации 1 – 4 связаны со случайным прикосновением (или приближением на опасное расстояние) к неизолированным токоведущим частям электроустановок, нормально находящихся под напряжением. Это Прямое прикосновение – прикосновение к оголенным проводам, шинам, клеммам, контактам. Случаются, как правило, по вине человека – самого пострадавшего, либо лица, не обеспечившего безопасность. Ситуации 5 и 6 с прикосновением к материальным телам, случайно оказавшимся под напряжением. Это Косвенное прикосновение – прикосновение к нетоковедущим, но токопроводящим (например, металлическим) частям оборудования, инструмента или инженерных сооружений; происходит из-за пробоя изоляции по тем или иным причинам не связанным с пострадавшим, и могут рассматриваться как отказ техники. Проходя через тело человека электрический ток оказывает сложное воздействие: термическое, биологическое, электролитическое и механическое. Воздействие электрического тока на организм приводит к электротравмам, которые условно разделяют на: местные, общие (называемые электроударами) и смешанные электропоражения. Исход поражения электрическим током зависит от: силы тока, частоты и рода тока, длительности воздействия, сопротивления тела человека, пути тока в организме, напряжения и режима работы нейтрали сети, состояния организма человека и условий окружающей среды. В приложении 5.1 приведены усредненные величины постоянного и переменного тока, которые оказывают определенные воздействия на человека (получены путем анализа несчастных случаев и опытов на животных и на людях). Приведенные значения зависят от индивидуальных свойств человека, физического развития, состояния нервной системы, массы тела и т.д. В соответствии с ГОСТ 12.2.038 ССБТ «Электробезопасность. Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов» [1] напряжения прикосновения (напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек) и токи, протекающие через тело человека при нормальном (неаварийном) режиме электроустановки, не должны превышать значений, указанных в приложении 5.2. Предельно допустимые значения переменного тока частотой 50 Гц, проходящего через тело человека в аварийном режиме бытовых электроустановок напряжением до 1000 В не должны превышать значений, указанных в приложении 5.3. Наиболее распространенными в современной электроэнергетике являются трехфазные сети, что объясняется рядом их преимуществ по сравнению, как с однофазными, так и с другими многофазными цепями:
Трехфазная сеть состоит из трех основных элементов: трехфазного генератора, в котором механическая энергия преобразуется в электрическую с трехфазной системой ЭДС; линии передачи со всем необходимым оборудованием; приемников (потребителей), которые могут быть как трехфазными (например, трехфазные асинхронные двигатели), так и однофазными (например, лампы накаливания). Трехфазные сети делятся на сети с изолированной и глухозаземленной нейтралью. В подавляющем большинстве жилых и нежилых помещений используются сети с глухозаземленной нейтралью. Глухозаземленной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (например, через трансформаторы тока). Изолированной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора неприкрепленная к заземляющему устройству или присоединяемая через аппараты большого сопротивления (приборы сигнализации, измерения, защиты, заземляющие дугогасящие реакторы). Если от генератора отходят только три провода, то такую систему называют трехфазной трехпроводной. Если же от генератора отходит еще и четвертый нулевой провод, то систему называют трехфазной четырехпроводной. Трехфазные трехпроводные сети используются для питания трехфазных силовых потребителей, а четырехпроводные – для питания преимущественно осветительных и бытовых нагрузок. Фазы обозначают: L1 (желтый), L2 (зеленый), L3 (красный). Нулевым рабочим (N – проводник) (голубой) называется проводник, который обеспечивает совместно с фазным проводником питание потребителя. Он также соединён с нейтралью, но является частью цепи рабочего тока. Нулевой защитный проводник (РЕ – проводник) (продольные полосы желтого и зеленого цветов) – проводник, который соединяет зануляемые части электроустановки с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки трансформатора. Нулевой защитный (РЕ) и нулевой рабочий (N) проводник могут быть разделены на всем протяжении системы, могут быть совмещены в одном проводнике (PEN), и могут быть совмещены в одном проводнике в какой-то части системы, начиная от источника электроэнергии, а потом разделены. Нейтральный провод необходим для того, чтобы:
В случае обрыва нейтрального провода при неодинаковых нагрузках в фазах фазные напряжения будут различными. В фазах с большой нагрузкой (меньшим сопротивлением) напряжение будет ниже нормального, даже если эта фаза очень далека от перегрузки. В фазах с меньшей нагрузкой (большим сопротивлением) напряжения станет выше нормального. Особенно опасным является короткое замыкание после обрыва нейтрального провода. При этом напряжение на оставшихся незакороченными фазами возрастает в корень из трех раз (с нормальных 220 В до 380 В). Для исключения обрыва на нейтральном проводе не устанавливают предохранителей и выключателей. Этот вид сбоя электропитания является одним из самых опасных, но при правильном проектировании и эксплуатации электрической сети или системы бесперебойного питания встречается очень редко. Электрические сети напряжением до 1 кВ выполняются, как правило, трехфазными – 660 В, 380 В и 220 В. Однако в ряде производств (электроплавильном, литейном и др.) недопустимо использование сетей с глухозаземлённой нейтралью. Силовые электроустановки U=660 В, 380 В, 220 В, работающие с изолированной нейтралью, имеют меньшую опасность при однофазном прикосновении ввиду большого сопротивления изоляции проводов. Электрические сети с напряжением свыше 1 кВ выполняют: 6 В, 10 В, 20 В, 35 кВт. В России чаще всего применяется четырехпроводная трехфазная электрическая сеть с глухозаземленной нейтраль, так как технологически она более выгодна поскольку позволяет использовать два рабочих напряжения – линейное и фазное, т.е. питать силовую нагрузку, включая ее как между фазами на линейное напряжение 380 В, так и осветительную, включая ее между фазным и нулевым проводом на фазное напряжение 220 В. Нейтральный провод в такой сети заземлен в нескольких местах (на электростанциях, подстанциях, в линиях электропередач). В некоторых странах применяется пятипроводная трехфазная сеть. В ней провод заземления и нейтраль отделены друг от друга. Пятипроводная сеть дороже (больше расходы на кабель и его прокладку), но более устойчива к помехам, особенно при работе компьютерного оборудования. В целях упрощения анализа сетей примем наиболее неблагоприятные условия: тело человека обладает только активным сопротивлением Rчел = 1000 Ом, сопротивление пола Rпол = 0 Ом и сопротивление обуви Rоб = 0 Ом. Кроме того, примем сопротивления изоляции одинаковыми для всех проводов сети: ZA = ZB = ZC = Z. Трехпроводная сеть с изолированной нейтралью. При определении силы тока, протекающей через тело человека, в таких сетях выделяют три случая:
(5.1) где Iчел – сила тока, проходящего через тело человека, А; Rчел – сопротивление тела человека, Ом; Z – полное сопротивление изоляции одной фазы относительно земли (имеет две составляющие: активную (rизол) и емкостную (XC)), Ом; Uф – фазное напряжение, В.
(5.2) где rизол – активное сопротивление изоляции, Ом. Из формулы 5.2 видно, что в этом случае сила тока, проходящего через тело человека, зависит не только от величины фазного напряжения и сопротивления тела, но и в значительной мере от сопротивления изоляции фаз относительно земли rизол. При высоком сопротивлении изоляции сети сила тока не достигает опасной для жизни человека величины.
(5.3) где XC – емкостное сопротивление, Ф. Таким образом, величина Iчел, касающегося одной фазы, в таких сетях зависит от Uф, Rчел, Z, дополнительное защитное действие оказывают Rпола, на котором стоит человек, и Rоб. Четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью. Трехфазные 4-проводные сети с глухозаземленной нейтралью характеризуются малым сопротивлением заземления нейтрали (r0 ≤ 10 Ом), что значительно меньше сопротивления изоляции и емкостного сопротивления фаз относительно земли, поэтому ими можно пренебречь при определении силы тока, т.е. сила тока не зависит от качества изоляции. В этом случае цепь тока, проходящего через тело включает в себя сопротивление тела человека Rчел и сопротивление заземления нейтрали источника тока r0: (5.4) где r0 – сопротивление заземленной нейтрали источника тока, Ом. Поскольку R0 ≤ 10 Ом, а Rчел = 1 кОм, значением R0 можно пренебречь, тогда с учетом, что R0 << Rчел: . (5.5) Из этого уравнения видно, что сила тока, проходящего через тело человека, зависит только от фазного напряжения и сопротивления тела человека (сопротивление рабочего заземления, обуви и пола при этом не учитываются). При этих условиях и однофазное прикосновение, несмотря на меньший ток, весьма опасно. Таким образом, в сетях с изолированной нейтралью степень опасности прикосновения человека к фазе особенно возрастает при уменьшении rизол фазы относительно земли и при увеличении емкости фазы. При аварийном режиме защитная роль изоляции проводов практически полностью нивелируется, следовательно, опасность поражения током значительно выше, чем при нормальном режиме. По технологическим соображениям предпочтение отдается часто четырехпроводной (или пятипроводной) сети, позволяющей использовать два рабочих напряжения: линейное и фазное. По условиям прикосновения к фазному проводу в период нормального режима работы сети более безопасной является сеть с изолированной нейтралью, а в аварийный период - когда одна из фаз замкнута на землю, сеть с изолированной нейтралью может оказаться опаснее, т.к. при аварии в сети с изолированной нейтралью напряжение неповрежденной фазы относительно земли может возрасти с фазного до линейного, в то время как в сети с глухозаземленной нейтралью повышение напряжения окажется незначительным. В аварийный период безопаснее сеть с глухозаземленной нейтралью. Поэтому сети с изолированной нейтралью целесообразно применять, когда имеется возможность поддерживать высокий уровень изоляции проводов и когда емкость сети относительно земли незначительна. Это могут быть мало разветвленные сети, не подверженные воздействию агрессивной среды и находящиеся под постоянным надзором квалифицированного персонала. Примером могут служить сети электротехнических лабораторий, небольших предприятий, передвижные установки. Сети с глухозаземленной нейтралью применяют там, где невозможно обеспечить хорошую изоляцию проводов (из-за влажности, агрессивной среды и пр.) или нельзя быстро отыскать или устранить повреждение изоляции, либо когда емкостные токи сети вследствие значительной ее разветвленности достигают больших значений, опасных для жизни человека. Это, как правило, сети крупных промышленных предприятий, городские распределительные, наружные установки, жилые и общественные. При U > 1 кВ вплоть до 35 кВ сети по технологическим причинам имеют изолированную нейтраль, а выше 35 кВ – глухозаземленную. Поскольку такие сети имеют большую емкость проводов относительно земли, для человека одинаково опасно прикосновение к проводу сети как с изолированной, так и с глухозаземленной нейтралью. Поэтому режим работы нейтрали сети U > 1 кВ по условиям безопасности не выбирается. Безопасность электроустановок обеспечивается применением ряда защитных мер. К организационным мерам относится:
К техническим мерам защиты относят:
Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Принцип действия – снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус. Это достигается уменьшением потенциала заземленного оборудования, а также выравнивания потенциалов за счет подъема потенциала основания, на котором стоит человек до потенциала, близкого к потенциалу заземленного оборудования. Рисунок 5.1 – Схема защитного заземления (а) и зануления (б) Заземляющее устройство – совокупность заземлителя – металлических проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей, и заземляющих проводников, соединяющих заземленные части электроустановки с заземлителем. Заземление может быть естественным и искусственным: Естественное заземление – это находящиеся в соприкосновении с землей электропроводящие части зданий и сооружений производственного назначения (арматура строительных конструкций). Искусственное заземление– это совокупность металлических проводников (шин, труб, угольников) закопанных на расчетную глубину. Заземление может быть выносным и контурным. Выносное выносится за контур оборудования и располагается на некотором удалении от него. Контурное устраивается по контуру оборудования и служит для выравнивания потенциала. Контурное заземление эффективнее выносного. Рассмотрим действие защитного заземления. При прикосновении человека к заземленному корпусу электроустановки, случайно оказавшемуся под напряжением, ток однофазного замыкания на землю разветвляется. Первая ветвь образуется защитным заземлением, вторая – создается телом человека. Сила тока, проходящего через тело человека, в данном случае определяется формулой: , (5.6) где Iо– сила тока однофазного замыкания на землю, А; Rз – сопротивление защитного заземления, Ом; Rчел – сопротивление тела человека, Ом. Как видно из приведенной формулы, сила тока, проходящего через тело человека, уменьшается при снижении сопротивления заземления, т.е. при Rз→ 0 и Iчел→ 0. С целью обеспечения безопасного прикосновения в случае замыкания фазы на корпус электроустановки в системе с глухозаземленной нейтралью с напряжением до 1000 В устраивается зануление. Защитное зануление – преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Принцип действия – превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (замыкание между фазным и нулевым проводами) с целью создания большого тока, способного обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную установку от питающей сети. В некоторых цехах (литейных, электросталеплавильных) применение зануления запрещено. Безопасность обеспечивается достаточно быстрым отключением, в результате которого ток, проходящий через тело человека, не достигает опасной для организма величины. Область применения защитного заземления и зануления в зависимости от режима работы нейтрали источника тока и номинального напряжения (UН, кВ), при котором работает электроустановка, приведена в таблице 5.1. Таблица 5.1 – Область применения защитного заземления и зануления.
Защитное зануление в сетях с изолированной нейтралью запрещено. Для быстрого и надежного отключения проводимость фазных и нулевых проводов должна быть выбрана таким образом, чтобы ток короткого замыкания превышал в 3 раза номинальный ток плавкой вставки. Величина сопротивления защитного заземления регламентируется ГОСТ 12.1.030 ССБТ «Электробезопасность. Защитное заземление и зануление» [2] и Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) [3]. Защитное отключение – быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током. Функции устройства защитного отключения (УЗО) заключаются в ограничении не величины тока, походящего через тело человека, а времени его протекания (быстродействие от 0,03 с до 0,2 с). При срабатывании защитного отключения отключаются все три фазы электроустановки, в то время при занулении отключается одна аварийная фаза. Опасность поражения током возникает при следующих повреждениях:
Основаны УЗО на различных принципах действия. УЗО постоянно контролирует входной сигнал и сравнивает его с наперед заданной величиной. Если входной сигнал больше установленного, то УЗО срабатывает. УЗО, может реагировать на напряжение корпуса электроустановки относительно земли, на ток или на снижение уровня изоляции ниже определенного предела сопротивления изоляции. Наиболее совершенными являются УЗО, реагирующие на ток утечки (защищают от поражения электрическим током в случае прикосновения к металлическим корпусам, оказавшимся под напряжением из-за повреждения изоляции, и при прямом прикосновении к токоведущим частям). Кроме того, УЗО защищают электроустановки от возгораний, первопричиной которых являются токи утечки, вызванные ухудшением изоляции. studfiles.net ПУЭ 1.7 Заземляющие устройства электроустановок напряжением до 1 кВ в сетях с глухозаземленной нейтральюЗаземление и защитныемеры электробезопасности (Часть 8)1.7.100. В электроустановках с глухозаземленной нейтралью нейтраль генератора или трансформатора трехфазного переменного тока, средняя точка источника постоянного тока, один из выводов источника однофазного тока должны быть присоединены к заземлителю при помощи заземляющего проводника. Искусственный заземлитель, предназначенный для заземления нейтрали, как правило, должен быть расположен вблизи генератора или трансформатора. Для внутрицеховых подстанций допускается располагать заземлитель около стены здания. Если фундамент здания, в котором размещается подстанция, используется в качестве естественных заземлителей, нейтраль трансформатора следует заземлять путем присоединения не менее чем к двум металлическим колоннам или к закладным деталям, приваренным к арматуре не менее двух железобетонных фундаментов. При расположении встроенных подстанций на разных этажах многоэтажного здания заземление нейтрали трансформаторов таких подстанций должно быть выполнено при помощи специально проложенного заземляющего проводника. В этом случае заземляющий проводник должен быть дополнительно присоединен к колонне здания, ближайшей к трансформатору, а его сопротивление учтено при определении сопротивления растеканию заземляющего устройства, к которому присоединена нейтраль трансформатора. Во всех случаях должны быть приняты меры по обеспечению непрерывности цепи заземления и защите заземляющего проводника от механических повреждений. Если в PEN-проводнике, соединяющем нейтраль трансформатора или генератора с шиной PEN распределительного устройства напряжением до 1 кВ, установлен трансформатор тока, то заземляющий проводник должен быть присоединен не к нейтрали трансформатора или генератора непосредственно, а к PEN-проводнику, по возможности сразу за трансформатором тока. В таком случае разделение PEN-проводника на РЕ- и N-проводники в системе TN-S должно быть выполнено также за трансформатором тока. Трансформатор тока следует размещать как можно ближе к выводу нейтрали генератора или трансформатора. 1.7.101. Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генератора или трансформатора или выводы источника однофазного тока, в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. Это сопротивление должно быть обеспечено с учетом использования естественных заземлителей, а также заземлителей повторных заземлений PEN- или РЕ-проводника ВЛ напряжением до 1 кВ при количестве отходящих линий не менее двух. Сопротивление заземлителя, расположенного в непосредственной близости от нейтрали генератора или трансформатора или вывода источника однофазного тока, должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. При удельном сопротивлении земли r >100 Ом×м допускается увеличивать указанные нормы в 0,01r раз, но не более десятикратного. 1.7.102. На концах ВЛ или ответвлений от них длиной более 200 м, а также на вводах ВЛ к электроустановкам, в которых в качестве защитной меры при косвенном прикосновении применено автоматическое отключение питания, должны быть выполнены повторные заземления PEN-проводника. При этом в первую очередь следует использовать естественные заземлители, например, подземные части опор, а также заземляющие устройства, предназначенные для грозовых перенапряжений (см. гл. 2.4). Указанные повторные заземления выполняются, если более частые заземления по условиям защиты от грозовых перенапряжений не требуются. Повторные заземления PEN-проводника в сетях постоянного тока должны быть выполнены при помощи отдельных искусственных заземлителей, которые не должны иметь металлических соединений с подземными трубопроводами. Заземляющие проводники для повторных заземлений PEN-проводника должны иметь размеры не менее приведенных в табл. 1.7.4. табл. 1.7.4. Наименьшие размеры заземлителей и заземляющих проводников, проложенных в земле
* Диаметр каждой проволоки. 1.7.103. Общее сопротивление растеканию заземлителей (в том числе естественных) всех повторных заземлений PEN-проводника каждой BЛ в любое время года должно быть не более 5, 10 и 20 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. При этом сопротивление растеканию заземлителя каждого из повторных заземлений должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при тех же напряжениях. При удельном сопротивлении земли r >100 Ом×м допускается увеличивать указанные нормы в 0,01r раз, но не более десятикратного.Заземляющие устройства электроустановок напряжением до 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью < Предыдущая страница Следующая страница > www.natrix-el.kz | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
