Материал: Электробезопасность

Условие полной компенсации

В сетях с изолированной нейтралью при их емкости более 0,3 мкФ и сопротивлением изоляции 50 кОм на фазу дальнейшее увеличение сопротивления изоляции не снижает ни тока замыкания на землю, ни тока через человека, т.к. в указанном случае величина тока замыкания на землю определяется емкостью между фазами и землей.

Известно, что снижение тока замыкания на землю приводит к снижению напряжений прикосновения и шага. Уменьшить ток замыкания в таких сетях можно за счет снижения емкостной составляющей тока замыкания на землю, что достигается включением индуктивности (компенсирующей или дугогасящей катушки ) между нейтралью и землей (рис. 86).

Рис. 86. Компенсация емкостной составляющей тока замыкания на землю: а – принципиальная схема; б –в сети без компенсации; в - векторная диаграмма тока замыкания на землю в компенсированной сети при полной компенсации

При точной настройке компенсирующей катушки в резонанс индуктивная составляющая компенсирует емкостную.

В этом случае ток замыкания на землю соответствует активному сопротивлению изоляции фаз, увеличенному на сопротивление обмотки компенсирующей катушки.

Компенсация емкостной составляющей применяется обычно в сетях напряжением выше 1000 В при токах замыкания на землю от 5 А и выше, регламентируется ПУЭ в зависимости от напряжения - 10А - 35 кВ, 30А - 6кВ. В сетях напряжением до 1000 В компенсация емкостной составляющей тока замыкания на землю осуществляется в подземных сетях рудников и шахт.

12. Нарисовать графики зависимости напряжения прикосновения от емкости относительно земли в трехфазной сети с изолированной нейтралью.

Прикосновение к фазе a

13. Нарисовать график зависимости напряжения прикосновения от емкости относительно земли в трехфазной сети с компенсированной нейтралью (индуктивность постоянна).

14. Устройства защитного отключения. Назначение. Принцип действия. Область применения.

Защитное отключение – система защиты, обеспечивающая отключение электроустановки при возникновении опасности поражения током (замыкание на землю, снижение сопротивления изоляции, неисправности заземления, зануления).

Устройства защитного отключения (УЗО) выявляют факт однофазного (однополюсного) прикосновения человека либо факт однофазного снижения сопротивления изоляции и снимают питание с защищаемого участка сети.

Особенности:

• Разнообразие защищаемых ситуаций

  • прямое и косвенное однофазное прикосновение,

  • пожарная опасность однофазных замыканий.

• Высокая чувствительность (способность выявить опасность на ранней стадии возникновения).

• Высокое быстродействие ( tоткл < th доп )

Зависимость значения тока через катушку реле от времени при замыкании на землю.

Ih

t

15. Нарисовать график зависимости требуемого быстродействия средств защиты от возможного напряжения прикосновения в электрической сети.

Синяя – в производстве

Красная – в быту.

16. Защитное разделение сетей. Назначение. Принцип действия. Область применения.

Разделительным называется трансформатор, предназначенный для отделения сети, питающей электроприемник, от первичной электрической сети, а также от сети заземления или зануления (ПУЭ, п.1.7.31).

17. Показать на схеме замещения, как формируется опасный потенциал в цепях малого напряжения, подключенных к вторичной обмотке понижающего трансформатора, при повреждении изоляции между обмотками.

18. Зануление. Назначение. Принцип действия. Область применения.

Зануление - намеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей с многократно заземленным нулевым проводом питающей сети.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАНУЛЕНИЯ   ·      в электроустановках переменного тока с глухозаземленной нейтралью (полюсом) при напряжении 380 В и выше и постоянного тока с заземленным полюсом (средней точкой) при напряжении 440 В и выше - всегда ; ·      в электроустановках с заземленной нейтралью (полюсом), если рабочее напряжение выше 50 (25, 12) В переменного и 120 (60, 30) В постоянного тока (в зависимости от категории опасности помещения) - как вариант защиты ·      во взрывоопасных зонах в электроустановках с заземленной нейтралью (полюсом) - независимо от значения рабочего напряжения электрооборудования - всегда.

19. В чем опасность обрыва магистрали зануления и методы защиты от этого.

При замыкании фазы на корпус по цепи, образовавшейся через землю, будет проходить ток:

, где U_ф – фазовое напряжение сети, r₀, r_к – сопротивления заземления нейтрали и корпуса.

Сопротивления обмоток источника тока и проводов малы по сравнения с r₀ и r_к, поэтому их в расчет не принимаем.

В результате протекания тока через сопротивление r_к в землю на корпусе возникает напряжение относительно земли U_к, равное падению напряжения на сопротивлении r_к :

.

Ток I_з может оказаться недостаточным, чтобы вызвать срабатывание максимальной токовой защиты, т.е. установка может не отключиться. Н-р: I_З=27,5 А (U_ф=220В, r₀ = r_к =4Ом)

Если ток срабатывания больше I_З (в примере 27,5), то отключения не произойдет и корпус будет находиться под напряжением U=110В до тех пор, пока не отключат вручную. Безусловно, такое положение не допустимо, поскольку при этом возникает угроза поражения током людей, прикоснувшихся к корпусу поврежденного оборудования или к металлическим предметам, имеющим соединение с корпусом. Чтобы устранить эту опасность, надо обеспечить быстрое автоматическое отключение установки, т.е. увеличить ток, проходящий через защиту, что достигается уменьшением сопротивления цепи этого тока путем введения в схему нулевого защитного проводника соответствующей проводимости.

Следовательно, назначение нулевого защитного проводника в схеле зануления – обеспечить необходмое для отключения установки значения тока однофазного короткого замыкания путем создания для этого тока цепи с малым сопротивлением.

В случае обрыва нулевого защитного проводника и замыкания фазы на корпус за местом обрыва опасность для людей, прикасающихся к зануленному оборудования в период пока существует замыкание фазы на корпус, резко повышается, поскольку напряжение относительно земли оборванного участка нулевого провода и присоединенных к нему корпусов может достигать фазного напряжения сети. Это напряжение будет существовать длительно, поскольку поврежденная установка автоматически не отключиться и ее будет трудно обнаружить среди неисправных установок, чтобы отключить вручную.

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

При этом корпуса установок, присоединенных к нулевому защитному проводникц до места обрыва, приобретут напряжение относительно земли:

, где r₀ – сопротивление заземления нейтрали источника тока.

В частном, наиболее благоприятном случае, когда r_n=r₀, все установки, присоединенные к нулевому защитному проводику как до места обрыва, так и после него, будут находится под одиниковым напряжение: U_n=U₀=0.5 U_ф.

Во всех случаях U_n+U₀=U_ф и следовательно, напряжение м/у обоими участками нулевого защитного проводника или м/у корпусами, присоединенными к этим участкам, т.е. напряжения до места обрыва и после него в сумме будут равны фазному напряжению.

20. В чем опасность обрыва заземления нейтрали источника? Методы защиты.

Принцип действия зануления – превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание 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 защитой являются: плавкие предохранители или автоматы максимального тока, устанавливаемые для защиты от токов короткого замыкания.

При замыкании фазы на землю, что может быть результатом обрыва и падения на землю провода, замыкания фазы на неизолированной от земли корпус и т.п., земля приобретает потенциал фазы и между зануленным оборудованием, имеющим нулевой потенциал, и землей возникает напряжение, близкое по значению к фазному напряжению сети. Оно будет существовать до отключения всей сети вручную или до ликвидации замыкания на землю, т.к. максимальная токовая защита при этом повреждении не работает. Безусловно, описанное положение весьма опасно. В сети с заземленной нейтралью при таком повреждении будет совершенно иное, практически безопасно положение. В этом случае фазовое напряжение разделится пропорционально сопротивлениям замыкания фазы на землю и заземления нейтрали, благодаря чему напряжение на корпусе уменьшится и будет равно напряжению на сопротивлении заземления нейтрали: , где - ток замыкания на землю фазы А.

Как правило сопротивление , которое оказывает грунт току при случайном замыкании фазы на землю, во много раз больше сопротивления специально выполненного заземления нейтрали . Поэтому U_К оказывается незначительным.

Таким образом, назначение заземления нейстрали обмоток источника тока, питающего сеть до 1000В, - снижение напряжения зануленых корпусов ( а следовательно, нулевого защитного проводника) относительно земли до безопасного значения при замыкании фазы на землю.

Из сказанного следует еще один вывод: электрическая сеть до 1000В с нулевым защитным проводником, изолированная от земли, т.е. с изолированной нейтралью обмоток источника тока и без повторных заземлений нулевого защитного проводника, таит опасность поражения током и поэтому применяться не должна.