4. Напряжения прикосновения и шага

Напряжение прикосновенияU_ПР- это напряжение, приложенное непосредственно к телу человека, или падение напряжения на электрическом сопротивлении тела человека. В случае нахождения человека за пределами заземлителя (x > r_З) напряжение прикосновения определяется формулой

U_ПР = φ_З - φ_Х = I_Зρ(1/r_З– 1/х) /(2π),

где φ_З– потенциал заземленного корпуса установки, к которому прикасается человек;φ_Х– потенциал основания (грунта) под человеком.

Если человек находится на заземлителе (x ≤ r_З), тоU_ПР = 0, а если он расположен за пределами зоны растекания (x > 20м),U_ПР =U_З.

Напряжение шага(U_Ш) – это разность потенциалов между двумя точкамиx1 иx2 поверхности основания (грунта), с которыми контактируют ступни ног человека: U_Ш = φ_Х1 - φ_Х2 = I_Зρ(1/x1 – 1/x2) /(2π),

где x1≤ x2.

Напряжение шага зависит от местоположения человека в зоне растекания и от длины шага L_Ш = x2 – x1. По мере удаления человека от заземлителя напряжение шага уменьшается и за пределами зоны растекания оно практически равно нулю. Максимальное напряжение шага соответствует случаю, когда одна нога человека находится на заземлителе, а вторая – за его пределами на расстоянии шага.

5. Измерение сопротивления заземляющих устройств

и удельного сопротивления грунта

Измерение сопротивления заземляющего устройствапроизводится периодически не реже1раза в год (летом при наибольшем просыхании или зимой при наибольшем промерзании грунта), после монтажа, при сдаче-приёмке, после реконструкции или ремонта электрооборудования.

Измерение сопротивления заземлителя может быть проведено различными способами. Одним из простейших является метод амперметра-вольтметра (рис. 2). Согласно данному методу измерительная цепь (рис. 2,а) содержит измерительный трансформатор ИТ, амперметрА, вольтметрВ, токовыйТи потенциальныйПизмерительные электроды, погружаемые в грунт Земли, и собственно испытуемый заземлительЗ. С помощью амперметра А измеряется величина токаI_з,проходящего через заземлительЗи токовый электрод T, а с помощью вольтметра В – напряжениеU_Зна заземлителе относительно потенциального электрода П,расположенного в точке грунта с условно нулевым потенциалом. В этом случае сопротивление заземлителяR_З = U_З /I_З.

В

лабораторной работе используется переносной прибор М-416.

а б

Рис. 2. Измерение сопротивления заземлителя

Схема включения прибора М-416 для измерения сопротивления заземлителя показана на рис. 2,б. Изменяя положение ручки реохорда прибора (при нажатой кнопке Кн), добиваются установки стрелки индикатора на нулевую отметку и по шкале реохорда, градуированной в омах, определяют измеряемое сопротивление заземлителя.

И

Рис. 3. Схема измерения удельного сопротивления грунта

змерение удельного сопротивления грунтас помощью прибора М-416 осуществляется следующим образом (рис. 3). В исследуемом месте в грунт погружают четыре измерительных электродаT₁, П₁, П₂иТ₂. Токовые электроды T₁иT₂подключаются к выходным зажимам1и4источника переменного тока, встроенного в прибор, и предназначены для создания в земле измерительного токаI_изм, а потенциальные электродыП₁иП₂подключаются к зажимам2и3и используются для измерения разности потенциалов (U_ИЗМ)между точками в местах их расположения.

Напряжение U_ИЗМоказывается пропорциональным удельному сопротивлению грунтаρ, току I_ИЗМи зависит от расстояний между электродами. В результате удельное электрическое сопротивление грунта определяется по формуле

ρ = 2πа_ИЗМR,(4)

где R–показание прибора, 0м;а_ИЗМ = 8 м –расстояние между измерительными электродами для прибора М-416.

Экспериментальная часть

Измерение сопротивления изоляции электрооборудования, сопротивления заземляющего устройства и удельного сопротивления грунта осуществляется на измерительном стенде, который включает в себя измерительные приборы, модель трёхфазной электрической сети и имитатор грунта с электродами.

Измерение сопротивления изоляции электрооборудования осуществляется с помощью мегаомметра. Сопротивление изоляции трёхфазной электрической сети измеряется попарно между фазными проводами и между каждым фазным проводом и землей, а у понижающего трансформатора –между первичной и вторичной обмотками и экраном.

Порядок и особенности выполнения экспериментальных исследований приведены в материалах лабораторного стенда.

При расчете заземляющего устройства используется значение

ρ_РАСЧ =ρψ, (5)

где ψ– коэффициент, учитывающий влажность грунта, соответствующую варианту задания, и его тип, выбираемый в соответствии со значениемρ из таблицы стенда.

Данные по измеренным сопротивлениям изоляции заносятся в таблицу, указанную на стенде, и делаются выводы. На основе полученного значения ρ_РАСЧ для заданного варианта задания произвести расчет заземляющего устройства по нижеприведенной методике.

Расчёт заземляющего устройства

Целью расчёта заземляющего устройства являетсяопределение числа вертикальных электродов и длины соединительной полосы группового искусственного заземлителя, необходимых для удовлетворения нормативных требований. Исходной для расчёта величиной является определённое по формуле (5) значениеρ_РАСЧ.

Для однородного грунта порядок расчёта может быть следующим.

1. Согласно требованиям ПУЭ (см. с. 34) определяется нормативное значение сопротивления заземляющего устройства R_ЗУНдля электроустановок с рабочим напряжением до 1000 В. Если пренебречь сопротивлением заземляющего проводника, то допустимое сопротивление группового заземлителяR_ЗД = R_ЗУН.

2. При наличии естественного заземлителя (в данной работе – металлическая труба с заданной в таблице вариантов длиной L_Е) рассчитывается величина его сопротивления:

R_Е = {ρ_РАСЧ/(2πL_Е)}ln{(L_Е)²/(d h)},

где d= 0,05 м – диаметр трубы;h= 0,5 – 2 м – глубина расположения трубы в грунте (можно взять любое значение из указанного диапазона).

3. Если R_Е > R_ЗД , то параллельно естественному заземлителю необходимо подключить искусственный заземлитель с максимально допустимым сопротивлением R_ИД = R_Е R_ЗД /(R_Е - R_ЗД).

Если естественный заземлитель отсутствует, то в качестве допустимого значения сопротивления искусственного заземлителя следует принять: R_ИД = R_ЗД .

4. Определяется величина сопротивления одиночного вертикального заземлителя (электрода) длиной L_В, м (см. таблицу вариантов на измерительном стенде)R_ЗО=ρ_РАСЧ /L_В.

5. Ориентировочно определяется начальное число вертикальных электродов n = int[R_ЗО /R_ИД] + 1, гдеint[…] обозначает целую часть выражения, стоящего в скобках.

6. В соответствии с расположением вертикальных электродов по варианту задания определяют длину соединительной полосы L_П с учетом расстояния между электродамиа, из заданного соотношенияa/L_В:

L_П = a(n – 1) – если вертикальные электроды располагаются в ряд;

L_П = an– если вертикальные электроды располагаются по контуру.

7. По таблице (см. с. 39) определяют коэффициенты использования вертикальных электродов η_Ви соединительной полосыη_П .

8. Определяется сопротивление соединительной полосы растеканию тока: R_П =2ρ_расч /(L_Пη_П).

9. Определяется сопротивление группового вертикального заземлителя, состоящего из n параллельно соединённых электродов:

R_ЗГВ = R_ЗО/(nη_В).

10. Определяется результирующее значение сопротивления группового искусственного заземлителя как результат параллельного соединения R_ЗГВ иR_П :R_И =R_ЗГВ R_П /(R_ЗГВ + R_П).

• Если R_И > R_ИД, то необходимо увеличить количество вертикальных электродов n и повторить расчёт начиная с п. 5.

• Если R_И < 0,7 R_ИД, то при n >3 необходимо уменьшить количество вертикальных электродов n и повторить расчёт начиная с п. 5.

В любом случае конечное значение R_Иискусственного группового заземлителя не должно превышать величинуR_{ИД .}

Коэффициенты использования вертикальных электродов

и горизонтальной соединительной полосы

Отношение расстояния между электродами к их длине  (a/LВ )	При размещении электродов в ряд			При размещении электродов по контуру
	n	ηВ	ηП	n	ηВ	ηП
1	2	0,85	0,85	4	0,69	0.45
	4	0,73	0,77	6	0,61	0,40
	6	0,65	0,72	10	0,56	0,34
	10	0,59	0,62	20	0,47	0,27
	20	0,48	0,42	40	0,41	0,22
2	2	0,91	0,94	4	0,78	0,55
	4	0,83	0,80	6	0,73	0,48
	6	0,77	0,78	10	0,68	0,40
	10	0,74	0,75	20	0,63	0,32
	20	0,67	O,56	40	0,58	0,29
3	2	0,94	0,96	4	0,85	0,70
	4	0,89	0,92	6	0,80	0,64
	6	0,85	0,88	10	0,76	0,56
	10	0,81	0,82	20	0,71	0,45
	20	0,76	0,68	40	0,66	0,39

Содержание отчёта

1. Результаты испытаний изоляции, оформленные в виде таблицы.

2. Схема и результаты измерения сопротивления заземляющего устройства и выводы о его соответствии нормам.

3. Схема и результат измерения удельного сопротивления грунта, вывод о типе грунта.

4. Расчёт заземляющего устройства.

Контрольные вопросы

1. Изоляция, её виды, нормирование и контроль.

2. Заземление, его виды, нормирование и контроль.

3. Явления растекания тока в грунте.

Библиографический список

1. Долин П. А. Основы техники безопасности в электроустановках.М.: Энергоатомиздат, 1984, 2003.

2. Охрана труда в электроустановках /Под ред. Б. А. Князевского. М.: Энергоатомиздат, 1983.

3. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). 2003.