Лабораторна робота № 3 “Дослідження захисного заземлення”

Мета роботи: ознайомлення з методами і засобами дослідження опору розтіканню струму в однорідному ґрунті від одиночних заземлювачів в залежності від їх геометричних розмірів, вимірювання опору розтіканню струму системи заземлювачів.

3.1 Короткі теоретичні відомості

Захисне заземлення служить для запобігання небезпеки ураження людини електричним струмом при випадковому виникненні потенціалу на конструктивних частинах електроустаткування, які нормативно не знаходяться під напругою.

Принцип дії захисного заземлення полягає в зниженні (до безпечних значень) напруги дотику, зумовленої «пробоєм на корпус» в результаті порушення ізоляції. Це досягається шляхом зменшення потенціалу заземлення електроустаткування, а також шляхом вирівнювання потенціалів за рахунок збільшення потенціалу основи, на якій стоїть людина, до потенціалу, який близький по величині до потенціалу устаткування, яке має заземлення.

Захисне заземлення застосовується в усіх трифазних тридротових мережах до 1000 В з будь-яким режимом нейтралі. Захисне заземлення є ефективним засобом захисту людини від ураження електричним струмом при «замиканні на корпус». Захисне заземлення складається з горизонтальних і вертикальних електродів (заземлювачів), які електрично з’єднані в єдиний контур.

Відомо, що стікання струму в землю відбувається тільки через провідник, який знаходиться в безпосередньому контакті з землею. Окремий провідник, який знаходиться в контакті з землею називається одиночним заземлювачем або електродом. Якщо заземлювач складається з декількох електродів, які з’єднані між собою, то він називається груповим або складним заземлювачем.

Причинами стікання струму в землю є замикання частини, яка веде струм, на корпус, який має заземлення, падіння дроту на землю, використання землі в якості дроту і т.д. В усіх випадках відбувається різке зниження потенціалу (φ) заземленої частини, яка веде струм, до значення, яке дорівнює добутку струму (І_з), який стікає в землю, на опір (R_з) заземлювача розтіканню струму, тобто:

(1)

Опір заземлювача розтіканню струму складається з трьох частин: опір самого заземлювача, перехідного опору між заземлювачем і ґрунтом, опір ґрунту. Дві перші частини, в порівнянні з третьою, досить малі, тому під опором заземлювача розтіканню струму розуміють опір ґрунту розтіканню струму.

Оскільки щільність струму в землі на відстані більше ніж 20 метрів від заземлювача досить мала, то можна вважати, що опір стікаючому з заземлювача струму робить тільки відповідний об’єм землі, наприклад, при одиночному напівкульовому теоретичному заземлювачі, який розташований на поверхні землі, це буде напівсфера, яка має радіус 20 метрів. Однак, при різних формах і розмірах одиночного заземлювача, опір цього об’єму ґрунту різний. Так, для стержневого електрода, який забитий вертикально (мал. 4.1,а), опір розтіканню струму може бути визначений із наступного виразу:

(2)

де – довжина електрода, см

–діаметр електрода, см

– питомий опір ґрунту,

Для найбільш часто застосовуваних електродів – вертикального стержневого заглибленого в землю на деяку глибину (мал. 4.1,б) і горизонтального смугового, який укладено на деякій глибині паралельно поверхні землі (мал. 4.1,в), опір розтіканню струму знаходиться із виразу:

• для вертикального:

(3)

де – заглиблення електрода, тобто відстань від поверхні землі до середини електрода, см

• для горизонтального:

(4)

де – заглиблення смуги, см;– довжина смуги, см;

–ширина смуги, см

зрівнянь(2), (3) і (4) видно, що опір заземлювача розтіканню струму прямопропорційний питомому опору ґрунту . Значенняколивається в широких межах від десятківдо десятків тисяч, оскільки воно залежить від багатьох факторів: вологості ґрунту, температури, роду ґрунту, ступені його ущільненості, пори року.

а — стержневий вертикальний на поверхні землі; б — стержневий вертикальний занурений; в — полосовий горизонтальний

Мал. 4.1 - Типи одиночних заземлювачів (електродів)

Абсолютно сухий ґрунт є досить поганим провідником струму. Щонайменше зволоження різко знижує його опір. Добре проводить струм і довго затримує вологу глина, тому в глинистому ґрунті якісне заземлення виконати легше, ніж в інших ґрунтах, вартість його менше і працює це заземлення надійніше і довше.

Піщаний ґрунт погано проводить струм і практично не утримує вологу. Саме тому в піщаних ґрунтах заземлення працює погано, тобто питомий опір його може різко збільшитись при незначній зміні погодних умов. Чорноземі і інші ґрунти займають приблизно середнє положення між глинистим ґрунтом і піщаним. Питомі опори ряду ґрунтів приведені в таблиці 1.

Таблиця 1

№ п/п	Найменування ґрунту	Питомий опір,	№ п/п	Найменування ґрунту	Питомий опір,
1.	Глина		4.	Супесь
2.	Суглинок		5.	Каменистий
3.	Пісок		6.	Змішаний