40

Лабораторная работа № 3

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ ИЗОЛЯЦИИ

И ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Цель работы:получить представление об электрической изоляции и заземлении; о процессе растекания тока в грунте Земли; о методах измерения сопротивлений изоляции, заземляющих устройств, удельного сопротивления грунта; познакомиться с упрощённым методом расчёта заземляющих устройств.

Теоретическая часть

1. Электрическая изоляция

Применение электрической изоляции в электроустановках необходимо для достижения двух основных целей:

• обеспечение работоспособности электроустановок;

• обеспечение защиты обслуживающего персонала от поражения электрическим током.

Защитные функции электрической изоляции заключаются в отде­лении человека от токопроводящих элементов изолирующим слоем (диэлектриком) с большим электрическим сопротивлением. В случае контакта человека с электрической изоляцией токопроводящих элемен­тов сопротивление тела человека R_h(обычно оно составляет единицы или десятки кОм) и сопротивление изоляцииR_из(обычно единицы и даже десяткиМОм) оказываются включенными последовательно в цепи тока, протекающего через тело человека, т. е. электрическая изо­ляция позволяет, исключая непосредственный контакт человека с токо­проводящими элементами, существенно уменьшить ток через тело человека.

Таким образом, электрическая изоляция - важнейшее сред­­ство обеспечения электробезопасности. Наиболее важной харак­теристикой изоляции является величина её электрического сопротивле­ния.

Действие переменных токов меньших 0,5 мА (пороговое значение ощутимого тока), практически не ощущается ор­ганизмом человека. Согласно ГОСТ 12.1.038-82* переменный ток частотой 50Гц, протекающий через тело человека при нормальном (не­аварийном) режиме работы электроустановки и времени воздействия не более 10мин в сутки, не должен превышать 0,3мА.

В электроустановках используется несколько видов изоляции. Рабочая изоляцияобеспечивает нормальное функционирование электроустановки. Она выбирается исходя из технических тре­бований, поэтому надежность защиты человека не всегда оказывается приемлемой.Дополнительная (защитная) изоляция –независимая изоляция, являющаяся дополнением к рабочей изоляции и предназначенная для защиты человека от поражения электрическим током при повреждении рабочей изоляции.Двойная изоляция –это совокупность рабочей и дополнительной изоляции, при которой доступные прикосновению части электроуста­новки не приобретают опасного напряжения при повреждении только рабочей или только защитной (дополнительной) изоляции.Усиленная изоляция –это улучшенная с учетом требований элек­тро­без­опас­ности рабочая изоляция, обеспечивающая такую же степень защиты от поражения электрическим током, как и двойная. Она может быть однослойной или иметь несколько слоев, конструк­тивно выполненных так, что каждую из составляющих изоляции от­дельно испытать нельзя. Двойную или усиленную изоляцию обязательно должны иметь устройства бытового и аналогич­ного общего применения.

В электроустановках с двойной изоляцией должна быть полно­стью исключена возможность прикосновения человека к неизо­ли­ро­ванным металлическим частям устройства, которые могут ока­заться под напряжением при повреждении рабочей изоляции. Электро­установки с двойной или усиленной изоляцией не следует заземлять или занулять, поэтому они не имеют соответствующих присоедини­тельных элементов.

В качестве дополнительной изоляции наиболее широко исполь­зуют пластмассовые корпуса, ручки, втулки и т. п. Однако устройство с двойной изоляцией может иметь корпус или другие части, доступные прикосновению и выполненные из металлов. В этом случае их отде­ляют от всех металлических конструктивных элементов электроаппа­рата, которые могут оказаться под напряжением (шасси, оси регулято­ров, статоры электродвигателей и т.п.), изолирующими слоями.

Электрическая изоляция должна выдерживать предельно возможные в условиях эксплуатации электрические, механические и тепловые нагрузки, соответствовать требованиям электробезопасности.

Для обеспечения надежности изоляции при выборе ее материала и параметров следует учитывать ряд факторов и требований. К ним относятся вид, назначение, особенности электроустановки и ее элементов, напряжения и токи, возможные электрические перегрузки, механические, термические и химические воздействия, параметры среды, требования пожарной безопасности, малой токсичности и др.

Со временем из-за старения и негативно действующих эксплуатационных факторов (резкие перепады температуры, чрезмерная увлажненность или сухость воздуха, загрязнения среды, механические и электрические перегрузки и т.п.) параметры изоляции, влияющие на опасность поражения током, могут ухудшиться. Поэтому систематически следует проводить профилактические осмотры состояния изоляции, устранять выявленные дефекты и осуществлять контроль изоляции - измерять ее активное сопротивление.

Различают непрерывный и периодический контроль изоляции.

Непрерывный контрольпостоянно осуществляется в действующей электроустановке, находящейся под напряжением, автоматическими устройствами. Устройства непрерывного контроля позволяют осуществлять постоянное наблюдение за состоянием электрической изоляции. Они могут автоматически сигнализировать о случаях возникновения каких-либо дефектов изоляции, что позволяет принять меры для быстрого поиска, устранения повреждения и исключить длительное существование опасной ситуации. Непрерывный контроль изоляции используется в сетях с изолированной нейтралью, в которых электрическая изоляция (как средство защиты от поражения током) играет исключительно важную роль.

Периодический контроль изоляции –это измерение ее активного сопротивления в установленные Правилами сроки, а также после проведения планово-предупредительных работ, ремонта, монтажа.В помещениях без повышенной опасности(в них отсутствуют химически активная среда и признаки повышенной опасности: относительная влажность воздуха более 75 %,токопроводящие пыль или пол, температура воздуха более 35 ⁰С;возможность одновременного прикосновения к металлическим корпусам электрооборудования и металлическим элементам зданий, имеющих соединение с землей) периодичность измерения –1раза в 3года. В помещениях с повышенной опасностью, где действует лишь один из признаков повышенной опасности и отсутствуют химически активная среда и особая сырость (относительная влажность близка к 100 %),измерения должны проводиться1раз в год.В особо опасных помещениях(в них действует не менее двух признаков повы­шенной опасности или же химически активная среда, или осо­бая сырость) изоляцию контролируют 2раза в год. Изоляцию переносного электроинструмента проверяют перед выдачей на руки для пользования, после ремонта и периодически -1раз в месяц.

Все измерения, связанные с периодическим контролем изоляции, должны осуществляться при обесточенном участке электрической сети и отключенных электроустановках. К токоведущим элементам, изоляция между которыми контролируется, в процессе измерения прикладывается измерительное напряжение, повышенное относительно напряжения электрической сети, что обеспечивается специальными измерительными приборами –мегаомметрами.

Мегаомметрпредназначен для измерения сопротивлений и испы­тания на электрическую прочность (т. е. на отсутствие электрического про­боя) изоляции элек­трооборудования, не находящегося под напряже­нием. В процессе контроля в мегаомметре формируется измерительное напряжение постоянного тока, прикладываемое к объекту испытания. Величина этого напряжения регламентированаПравилами устройства электроустановок (ПУЭ)[3] и может быть рав­ной от 100 до 2500В.

В мегаомметрах М4100, М1101 для получения измерительного напряжения используется встроенный электромеханический генератор, приводимый в действие путём вращения от руки. Скорость вращения указывается в паспорте (обычно 1-2 об/с). В приборе Ф4101 для формирования измерительного напряжения используется электронный преобразователь низковольтного напряжения элемен­тов питания в высоковольтное со значениями о 100 до 1000В.

В процессе измерения не следует прикасаться к соединительным проводам, клеммам и элементам испытуемой цепи для исключения протекания тока через тело работающего с прибором.

При контроле сетевых электропроводок измеряют сопротивления изоляции на отдельных, предварительно обесточенных и отсоеди­нен­ных от остальной части сети участках. Под участком электрической сети в данном случае понимают её часть, расположенную между двумя смежными аппаратами защиты (плавкими предохранителями, автоматическими выключателями) или за последним из них и нагрузкой.

Перед измерениями ограничивающие участок автоматы защиты отключают, плавкие вставки предохранителей удаляют, принимают меры для разряда емкостей с целью снятия возможных остаточных зарядов. Участок сети оказывается обесточенным. В силовых цепях отключают все электроприемники (приборы, оборудование), в осветительных цепях вывинчивают (вынимают) лампы, а штепсельные розетки, выключатели и групповые щитки оставляют присоединенными.

После этого на исследуемом участке сети мегаомметром изме­ряют сопротивления изоляции между каждым проводом и землей (заземленным корпусом), а также между двумя любыми проводами.

Согласно ПУЭ контролируемое сопротивление изоляции на каждом участке сети с напряжением до 1 кВ должно быть не менее 500 кОм.

После окончания контроля участки сети подключают друг к другу, включают потребители и их сопротивления изоляции оказываются соединенными парал­лельно. Разветвленная сеть имеет большое число участков, поэтому результирующее сопротивление изоляции сети в целом может составлять, например, десятки кОм.

В электроинструментах сопротивление рабочей изоляции должно быть не менее 2 МОм, а усиленной или двойной - 7 МОм.

Выводы о соответствии сопротивлений изоляции требованиям ПУЭ де­лают на основе сравнения измеренных значений сопротивлений с нормативными.

2. Заземление

Заземлениемназывается преднамеренное электрическое соединение какого-либо элемента электроустановки (ЭУ) с землей. В зависимости от назначения различают несколько видов заземле­ния.

Рабочее заземлениепредназначено для выполнения технических требований и обеспечивает нормальное функционирование ЭУ. При этом может заземляться какая-либо точка токоведущей части ЭУ, например нейтраль источника питания сети (трансформатора, генератора).

Молниезащитное или грозозащитное заземлениеиспользуют для защиты от молний и атмосферных перенапряжений.

Защитное заземление специально предназначено для обеспече­ния электробезопасности и позволяет уменьшить напряжение, прило­женное к телу человека, до длительно допустимого значения. При этом заземляют металлические нетоковедущие части (корпус) электроуста­новки, доступные прикосновению человека, которые могут оказаться под напряжением, например, из-за повреждения изоляции фазного про­водника сети.

Заземления электроустановок различных назначений, территори­ально приближенных одна к другой, рекомендуется конструктивно и электрически объединять в одно общее устройство заземления.

Для реализации заземления заземляемый элемент ЭУ соединяют с помощью заземляющего проводника с заземлителем, надежно контак­тирующим с землей и предназначенным для отвода в неё тока.

Заземляющий проводник с двумя или более ответвлениями назы­вается магистралью заземления. Присоединение заземляемых частей ЭУ к магистрали заземления осуществляется с помощью отдельных проводников, последовательное подключение не допускается. Соеди­нения заземляющих проводников между собой должны выполняться посредством сварки, а для присоединения их к заземляемым частям ЭУ можно использовать также болтовые соединения.

Совокупность за­землителя и заземляющих проводников пред­став­ляет собой заземляющее устройство

Заземлитель –это проводник или группа электрически соеди­нен­ных проводников, непосредственно контактирующих с грунтом Земли. К заземлителю подключаются (заземляются) нетоковедущие (при нормальном режиме работы) элементы электроустановок (напри­мер, их корпуса). Различают естественные и искусственные заземлители, которые могут использоваться как отдельно, так и совместно.

Естественные заземлители –непосредственно контактирующие с грунтом Земли электропроводящие элементы коммуникаций, зданий и сооружений, специально не предназначенные для целей заземления, но используемые как заземлители. К ним относятся, например, метал­лические водопроводные трубы, проложенные в земле, арматура желе­зобетонных фундаментов, обсадные трубы скважин. Запрещается ис­пользовать в качестве естественных заземлителей трубопроводы горю­чих жидкостей, взрывоопасных или горючих газов и смесей, а также трубопроводы, покрытые изолирующим слоем для защиты от корро­зии.

Согласно ПУЭ для заземления рекомендуется в первую очередь использовать естественные заземлители.

Искусственные заземлителиспециально предназначены для це­лей заземления и обычно изготовляются из стали. Их применяют, если естественные заземлители отсутствуют или не удовлетворяют требова­ниям электробезопасности. Искусственные и естественные заземлители включают парал­лель­но.

Различают одиночные (одноэлектродные) искусственные заземли­те­ли и групповые (многоэлектродные), состоящие из электрически со­единённых, чаще всего вертикальных электродов, расположенных в ряд или по контуру.

Одиночный заземлитель обычно представляет стальной электрод (стержень, труба, полоса, уголок), погруженный в землю вертикально (вертикальный заземлитель) или горизонтально (горизонтальный за­землитель). Обычно используют групповые заземлители, вертикальные электроды которых подключают сваркой к соединительной полосе. Со­единительную полосу, расположенную в грунте, можно рассматривать как горизонтальный заземлитель, подключенный параллельно верти­кальному заземлителю, состоящему из группы вертикально погружен­ных в грунт электродов.

Глубиной заложения заземлителя называется расстояние от по­верхности грунта до верхнего конца вертикального электрода или до горизонтального электрода (соединительной полосы). Для группового заземлителя глубину заложения выбирают в пределах0,5– 0,7м.

Вертикальные электроды обычно имеют длину до нескольких метров и представляют собой стальные стержни диаметром не менее 10мм или трубы диаметром 50 – 60 мм с толщиной стенок не менее 3,5мм. Их погружают в грунт путем забивания, ввертывания или заглуб­ления вибраторами. Полосовая сталь соединительной полосы должна иметь сечение не менее 48 мм²при толщине не менее 4мм.