Исследование сопротивления защитного заземления

Цель работы ознакомиться с назначением и нормированием защитного заземления; измерить его сопротивления методом амперметра и вольтметра.

1. Общие положения

При обслуживании производственного оборудования, использующего электрическую энергию, работающие прикасаются к нетоковедущим металлическим частям оборудования (например, работа на металлорежущем станке, приводом которого служит электродвигатель).

В процессе эксплуатации электрооборудования происходит нарушение целостности изоляции проводов и обмоток машин. Чаще всего это происходит там, где электроустановки работают в неблагоприятных условиях: в сырых помещениях, при повышенной температуре, в атмосфере паров агрессивных веществ и т.д.

Повреждение изоляции у электрооборудования неизбежно влечет за собой появление напряжения на металлических частях оборудования, и в результате этого работающий человек оказывается под воздействием электрического тока, что может привести к несчастному случаю.

Одним из методов защиты в этих случаях является применение защитного заземления (рис. 1).

Рис. 1. Защитное заземление:

а – заземлитель; б соединительная шина; в – заземляемое оборудование

Защитное заземление– преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических частей оборудования, не находящихся под напряжением в нормальных условиях эксплуатации, но которые могут оказаться под напряжением в результате нарушения изоляции электроустановки.

Назначение защитного заземления – устранение опасности поражения людей электрическим током при появлении напряжения на нетоковедущих металлических частях оборудования.

Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжения прикосновения, обусловленных замыканием на корпус. Это достигается уменьшением потенциала заземленного оборудования, а также выравниванием потенциала за счет подъема потенциала основания, на котором стоит человек, до потенциала, близкого по значению к потенциалу заземленного оборудования. Это выравнивание происходит вследствие стекания тока в землю (I_З) через проводник, находящийся в непосредственном контакте с землей и имеющий определенную величину сопротивления (R_З) этому току. В таком случае этом потенциал заземленного оборудования φ₃ становится равным

; ,

где U_Ф – фазное напряжение;

R_Ф – сопротивление изоляции фазного провода.

Если значение сопротивления защитного заземления R_З будет значительно меньше значения сопротивления фазы R_Ф, то при нарушении изоляции одной из фаз и протекании тока через заземлитель на оборудовании возникнет потенциал, меньший U_Ф, а именно (при равенстве сопротивлений изоляции сопротивление одной фазы равно R_Ф/3):

,

ток, проходящий через тело человека будет весьма малым

.

Таким образом, при устройстве защитного заземления необходимо обеспечить достаточно малое значение R_З .

Наряду с положительным явлением (резкое снижение потенциала на заземленном оборудовании) возникает и отрицательное – появление на поверхности грунта вокруг места стекания тока потенциала, который может представлять опасность для жизни человека в виде напряжения шага (U_ш).

Потенциал на поверхности земли вокруг заземлителя изменяется по закону гиперболы, уменьшаясь от своего максимального значения до нуля по мере удаления от заземлителя. В реальных условиях на расстоянии 20 м от заземлителя потенциал практически равен нулю при сухом грунте (см. рис. 5).

В качестве заземлителей в первую очередь используются естественные заземлители (металлические конструкции зданий, трубопроводы, металлические оболочки кабелей и т.п.).

При недостаточности или отсутствии естественных заземлителей устраивается искусственное заземление, для чего в грунт забиваются или укладываются стальные уголки или стержни, полосовая сталь и т.п. и соединяются с заземляемым оборудованием шинами, чаще всего из полосовой стали.

Совокупность заземлителя и шин, соединяющих заземленные части электроустановки с заземлителем, называется заземляющим устройством.

Сопротивление заземляющего устройства растеканию тока (отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю) состоит из сопротивления заземлителя и заземляющих проводников и зависит от конфигурации заземлителя, расположения его в земле, удельного сопротивления грунта. Сопротивление последнего определяется характером грунта (супесчаная почва, глина и т.д.) и коэффициентом сезонности, учитывающим климатические особенности местности, где устраивается заземление.

Для уменьшения влияния значения коэффициента сезонности, а также для повышения эксплуатации заземляющих устройств заземлители в стационарных установках всегда располагают в грунте на глубине не менее 0,5 м.

На практике в связи с тем, что одиночные заземлители не обеспечивают необходимого значения сопротивления растеканию тока, в качестве заземлителей используют металлический контур, составленный из этих одиночных заземителей. Чаше всего контуры делают из трубчатых стержней, забиваемых в землю. Верхние концы стержней между собой приваривают к железной шине или круглому железному прутку. К контуру присоединяют стальную или медную шину и вводят её в помещение, где надежно соединяются с оборудованием. При этом последовательное включение заземляемого оборудования не допускается.