Содержание отчета и его форма

Отчет выполняется в письменном виде.

Отчет должен иметь титульный лист с указанием темы лабораторной работы, ФИО студента, группы и даты выполнения работы.

Отчет должен содержать:

1. Название и цель лабораторной работы.

2. Схему сети для исследования сопротивления петли фаза-нуль.

3. Таблицу 1.1 с результатами измерений.

4. Графики зависимостей Z_П от величины тока замыкания при использовании в качестве нулевого провода стального уголка для случаев, когда в качестве фазного провода используются: алюминиевый кабель, медный кабель, алюминиевый провод, медный провод.

Контрольные вопросы и защита работы

Защита лабораторной работы проводится при наличии письменного отчета в форме устного опроса.

1. Из чего состоит полное сопротивление петли фаза-нуль?

2. Назначение защитного заземления.

3. Что такое защитное зануление?

4. От чего зависит полное сопротивление фазного и нулевого проводов?

5. Какие защитные меры в электроустановках вы знаете?

6. Какие виды поражения электрическим током бывают?

7. Что такое электрические знаки?

8. Какие поражения электрическим током можно отнести к местным электрическим травмам?

9. Что такое защитное заземление?

10. Возможен ли электрический ожог без непосредственного контакта с токоведущими частями?

Литература: [1-4,7].

Лабораторная работа 2 исследование заземления и одиночных заземлителей на базе labview (2 часа) Цель и содержание работы

Ознакомиться с методами измерения сопротивления заземлений и удельного сопротивления грунта, а также с методами измерения распределения потенциалов вокруг испытываемого заземлителя.

Теоретическое обоснование

1. Общая часть

Стекание тока в землю происходит через проводник, находящийся в непосредственном контакте с землей. Такой контакт может быть случайным или преднамеренным. В последнем случае проводник или группа проводников, находящихся в контакте с землей, называется заземлителем.

Каждый отдельный проводник, находящийся в контакте с землей, называется одиночным заземлителем или электродом. Если заземлитель состоит из нескольких электродов, соединенных между собой параллельно, то он называется групповым или сложным заземлителем.

Причинами стекания тока в землю является замыкание токоведущей части на заземленной части оборудования, падение провода на землю, использование земли в качестве провода и т. п. Во всех этих случаях происходит резкое снижение потенциала заземлившейся токоведущей части до значения, равного произведению тока, стекающего в землю, на сопротивление, которое этот ток встречает на своем пути, называемое сопротивлением заземлителя растеканию тока или просто сопротивлением растеканию:

. (2.1)

Сопротивление R состоит из трех частей: сопротивления самого заземлителя, переходного сопротивления между заземлителем и землей, сопротивления земли. Две первые части по сравнению с третьей весьма малы, поэтому под сопротивлением заземлителя растеканию тока понимают сопротивление земли растеканию тока.

Рисунок 2.1 – Типы одиночных заземлителей (электродов):

а – стержневой вертикальный у поверхности земли; б – стержневой вертикальный заглубленный; в – полосовой горизонтальный

Поскольку плотность тока в земле на расстоянии больше 20 м от заземлителя весьма мала, можно считать, что сопротивление стекающему с заземлителя току оказывает лишь соответствующий объем земли, например, при одиночном полушаровом заземлителе это полусфера радиусом 20 м. Однако при разных формах и размерах заземлителя сопротивление этого объема грунта различно. Так, для стержневого электрода (труба), забитого в землю вертикально (рисунок 2.1, а), сопротивление растеканию может быть определено по формуле (Ом):

, (2.2)

где l и d – длина и диаметр стержня, м; ρ – удельное сопротивление земли, Ом∙м. Для наиболее часто применяемых электродов – вертикального стержневого, верхний конец которого заглублен в землю (рисунок 2.1, б), и горизонтального полосового, уложенного на некоторой глубине параллельно поверхности земли (рисунок 2.1, в), сопротивления растеканию определяются формулами (Ом):

для вертикального

, (2.3)

где t – заглубление электрода, т. е. расстояние от поверхности земли до середины электрода, м;

для горизонтального

, (2.4)

где l и b – длина и ширина полосы, м; t – заглубление полосы, м.

Из уравнений (2.2), (2.3), (2.4) видно, что сопротивление заземлителя растеканию тока R зависит от его геометрических размеров и удельного сопротивления земли ρ. Для протяженных электродов, каковыми, в частности, являются заземлители, изображенные на рисунке 2.1, сопротивление растеканию практически обратно пропорционально их длине, а для электродов шаровой, круглой (диск), кольцевой и т. п. форм R обратно пропорционально их диаметру; другие размеры электродов влияют на R в значительно меньшей степени.

Удельное сопротивление земли ρ (Ом∙м) – сопротивление куба грунта с ребром длиной 1 м. Значение ρ земли колеблется в широких пределах – от десятков Ом на метр до десятков тысяч Ом на метр, так как оно зависит от многих факторов: от влажности грунта, температуры, рода грунта, степени его уплотненности, а также от времени года.

Абсолютно сухой грунт весьма плохой проводник тока. Малейшее увлажнение резко снижает его сопротивление. При низкой температуре – ниже нуля градусов – земля обладает очень большим сопротивлением. Поэтому в районах вечной мерзлоты качественное заземление, т. е. с малым сопротивлением, выполнить очень трудно.

Грунты разного рода при одних и тех же условиях имеют разные удельные сопротивления. Хорошо проводит ток и долго удерживает влагу глина, поэтому в глинистой почве качественное заземление выполнить легче, чем в других грунтах, стоимость его меньше и работает это заземление надежнее и дольше. Песок плохо проводит ток и практически не удерживает влагу. Поэтому в песчаном грунте заземление работает плохо, т. е. сопротивление его может резко возрасти при незначительных изменениях погодных условий. Чернозем и другие почвы занимают примерно среднее положение между глиной и песком.

Уплотненность, т. е. утрамбованность, грунта также влияет на его удельное сопротивление: чем плотнее грунт, тем меньше ρ.

Времена года влияют на сопротивление земли, поскольку атмосферные условия, изменяющиеся в течение года, изменяют содержание влаги в грунте, его температуру, количество растворенных в нем солей и др. Уменьшение удельного сопротивления происходит, как правило, в весенние и осенние месяцы года, когда дожди и тающий снег резко увеличивают содержание влаги в почве.

Увеличение удельного сопротивления происходит зимой и летом: зимой вследствие замерзания, а летом вследствие испарения влаги, причем более высокие значения ρ наблюдаются зимой. Наибольшему влиянию атмосферных условий подвержены верхние слои земли, которые зимой промерзают, весной и осенью раньше других слоев насыщаются влагой, а летом раньше прогреваются и высыхают. Более глубокие слои земли обладают более стабильным сопротивлением. Поэтому заземлители, глубоко погруженные в землю, например вертикальные стержневые, выполняют свою задачу лучше, чем горизонтальные полосовые, прокладываемые обычно вблизи поверхности земли. При проектировании заземляющих устройств необходимо в качестве расчетного брать наибольшее возможное в течение года значение удельного сопротивления грунта ρ_РАСЧ, т. е. ориентироваться на худший случай.

Однако измерение ρ в самое неблагоприятное время и при наиболее неблагоприятной погоде встречает в практике серьезные затруднения. Поэтому эти измерения производятся, как правило, в теплое время года (май-октябрь) и измеренное удельное сопротивление ρ_ИЗМ умножается на коэффициент сезонности ψ, учитывающий возможное повышение сопротивления в течение года и состояние (увлажненность) земли во время измерений. В итоге получается расчетное значение удельного сопротивления для однородной земли (Ом∙м):

(2.5)

Коэффициент сезонности ψ зависит от климатических условий данной местности, а также от формы, размеров и размещения в земле электродов. Признаки климатических зон указаны в таблице 2.1, а значения коэффициента ψ для однородной земли – в таблице 2.2.

Измеренное удельное сопротивление однородной земли определяется методом разового (или глубокого) зондирования с помощью контрольного зонда в два этапа.

Вначале контрольный зонд – стержневой электрод в виде сплошного стержня или трубы диаметром d=4-5 см с острым наконечником – погружается в землю вертикально до глубины 1 (м) предполагаемого заложения заземлителей так, чтобы верхний его конец возвышался над землей, и замеряется его сопротивление растеканию ρ_ИЗМ (Ом). Затем, пользуясь выражением (2.2), вычисляют искомое измеренное удельное сопротивление земли (Ом∙м)

. (2.6)

Для большей точности измерений контрольный зонд погружают в землю не менее чем в трех-четырех местах исследуемой площадки и определяют среднее значение ρ_ИЗМ. Определять ρ земли путем измерения сопротивления образца грунта не разрешается, поскольку этот способ дает большую ошибку, так как при этом не учитывается разнородность слоев земли на разных глубинах и в разных местах и потому, что у извлеченного образца плотность и структура обычно иные, чем в реальном грунте.

Таблица 2.1 – Признаки климатических зон для определения коэффициентов сезонности ψ

Характеристика климатической зоны	Климатические зоны
	I	II	III	IV
Средняя многолетняя низшая температура (январь), °С	-20..-15	-1..-10	-10..0	0..+5
Средняя многолетняя высшая температура (июль), °С	+16..+18	+18..+22	+22..+24	+24..+26
Среднегодовое количество осадков, см	около 40	около 50	около 50	30-50
Продолжительность замерзания вод, дни	190..170	около 150	около 100	0

Таблица 2.2 - Коэффициенты сезонности ψ для однородной земли

Зона по таблице 2.1	состояние земли во время измерения ее сопротивления
	повышенной влажности	нормальной влажности	малой влажности
вертикальный электрод длиной 3 м
I	1.9	1.7	1.5
II	1.7	1.5	1.3
III	1.5	1.3	1.2
IV	1.3	1.1	1.0
горизонтальный электрод длиной 10 м
I	9.3	5.5	4.1
II	5.9	3.5	2.6
III	4.2	2.5	2.0
IV	2.5	1.5	1.1

Примечания: 1. Земля считается повышенной влажности, если измерению ее сопротивления предшествовало выпадение большого количества (свыше нормы) осадков (дождей); нормальной (средней) влажности – если измерению предшествовало выпадение небольшого количества (близкое к норме) осадков; малой влажности – если земля сухая, количество осадков в предшествующий измерению период ниже нормы.

2. Заглубление электродов, т. е. расстояние от поверхности земли до верхнего конца вертикального электрода и до горизонтального электрода, равно 0,7-0,8 м. При проектировании заземляющего устройства необходимо знать ρ грунта в том месте, где будет сооружаться заземление. Пользоваться для этой цели данными таблиц нельзя, так как в них приводятся ориентировочные значения ρ, которые могут отличаться от истинных в десятки и сотни раз.