1. Цель работы

Изучить методы измерения сопротивления и расчета заземляющих устройств электроустановок.

2. Задачи лабораторной работы

2.1. Изучение основ обеспечения электробезопасности на машиностроительных предприятиях.

2.2. Изучить некоторые вопросы нормирования, расчета и измерения заземляющих устройств.

2.3. Ознакомиться с аппаратурой для измерения заземляющих устройств.

3. Теоретическая часть.

Система стандартов безопасности труда (ГОСТ 12.1.039) определяет электробезопасность как систему организационных и технических мероприятий и средств, о6еспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электрического поля и статического электричества.

3.1. Воздействие электрического тока на организм человека.

Проходя через организм человека электрический ток, оказывает термическое, электролитическое и биологические воздействия.

Термическое воздействие проявляется в кожных ожогах, нагреве кровеносных сосудов, лимфы, нервов и других тканей.

Электролитическое воздействие выражается ионизацией и разложением органических жидкостей организма, что вызывает изменение их физико-химических свойств, приводящие к нарушению биологических процессов.

Биологическое воздействие выражается в раздражении и возбуждении тканей, проявляющемся судорожным сокращением мышц и парализацией, а также в нарушении внутриклеточных биоэлектрических процессов, которые приводят к изменению жизненных функций организма.

Действие электрического тока может привести к местным и общим электротравмам.

Местные электротравмы:

1) электрические ожоги (токовые, контактные, дуговые) различной степени тяжести (покраснение кожи, образование лимфатических пузырей, омертвление кожи, обугливание, сгорание тканей).

2) электрические знаки – образование пигментных пятен на участках кожи подвергшихся воздействию электрического тока;

3) металлизация кожи - проникновение мельчайших частиц металла, расплавленного электродугой;

4) механические повреждения – вследствие судорожного сокращения мышц (разрыв кожи, кровеносных сосудов и нервных тканей, вывихи суставов, переломы костей);

5) электрофальмия - воспаление оболочек глаз в результате воздействия ультрафиолетовых лучей электрической дуги.

Общие электротравма (электрические удары) имеют четыре степени тяжести:

I. судорожное сокращение мышц без потери сознания

II. судорожное сокращение мышц с потерей сознания

III. потеря сознания и нарушение сердечной деятельности и (или) дыхания

IV. клиническая смерть, т.е. отсутствие дыхания и сердцебиения (по истечении 7-8 минут клиническая смерть переходит биологическую).

Воздействие электрического тока на человека зависит от применяемой системы электропитания. В Российской Федерации применяются трехфазная трехпроводная система с изолированной нейтралью (рис.3.1) и трехфазная четырехпроводная система с заземленной нейтралью (рис. 3.2)

Т рехфазная трехпроводная система с изолированной нейтралью.

В первом случае через человека при случайном соприкосновении с фазой протекает ток:

= ,(А)

Трехфазная четырехпроводная система с заземленной нейтралью

В этом случае = , (А)

Где Ih – ток, проходящий через человека; А

Rh – сопротивление человека; Ом

Rиз – сопротивление изоляции; Ом

Uф – фазное напряжение; В

Rо – сопротивление заземления нейтрали, Ом;

Uл = √3·U ф – линейное напряжение

Из этого следует, что в сетях с изолированной нейтралью ток, протекающий через человека, при случайном соприкосновении в основном зависит от состояния изоляции фаз.

3.2. Классификация помещений по опасности поражения током.

По опасности поражения человека электрическим током действующие стандарты и правила подразделяют помещения на следующие категории:

1.Помещения особо опасные - характеризуются наличием одного из следующих условий, создающих особую опасность: повышенной влажности, химически активной среды двух и более условий повышенной опасности одновременно. К ним относятся, например, гальванические участки и цеха, литейные цеха, кузнечные цеха и др.

2 . Помещения с повышенной опасностью - характеризуются наличием в них одного из условий, создающих повышенную опасность: сырости, токопроводящей пыли, токопроводящих (металлических, железобетонных, кирпичных и т.п.) полов, высокой температуры, возможности одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям здания, механизмам и т.д. с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования – с другой. К ним, как

правило, относятся механообрабатывающие и механосборочные участки и цехи.

3. Помещения без повышенной опасности - характеризуются отсутствием условий, создающих повышенную опасность или особую опасность. К этой категории относятся, например, помещения конструкторских бюро.

3.3. Защита от поражения электрическим током.

Классификация технических способов и средств защиты от поражения электрическим током установлена ГОСТ 12.1.019.

Применение малого напряжения.

В целях уменьшения опасности поражения электрическим током применяют номинальное напряжение более 42 В, например, для питания ручных переносных ламп и светильников местного освещения в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных, а также питания электрифицированных ручных машин в особо опасных помещениях. При особо неблагоприятных условиях (сырые участки траншей, вахты, колодцы и т.д.) для питания ручных переносных ламп, необходимо применять напряжение 12 В. Ток малого напряжения получают от понижающих трансформаторов. Защита от случайного перехода высокого напряжения (380, 200 и 127 В) на обмотку низкого напряжения (42 или 12 В) осуществляется путем заземления вторичной обмотки и корпуса понижающего трансформатора.

Электрическая изоляция токоведущих частиц.

С течением времени в условиях химически активной среды или других неблагоприятных условиях эксплуатации электроизоляционные свойства изоляции снижаются, поэтому сопротивление ее необходимо периодически контролировать.

Изоляцию подразделяют на:

1. рабочую (обеспечивают нормальную работу электроустановки и защиту от поражения электрическим током);

2. дополнительную (дополнительную к рабочей на случай повреждения рабочей изоляции),

3. усиленную (улучшенную рабочую изоляцию),

4. двойную (состоящую из рабочей и дополнительной изоляции).

Оградительные устройства.

Оградительные устройства – это устройства, предотвращающие прикосновение или приближение на опасные расстояния к токоведущим частям в случаях, когда провода или токоведущие части электрооборудования не могут иметь изоляция (например, ролейные провода), размещают на расстоянии, недоступном для соприкосновения с ними человека (например, вверху); применяют также защитные ограждения, изготовленные из трудносгораемых или несгораемых материалов.

Предупредительная сигнализация, блокировка, знаки безопасности.

Звуковой сигнал и красный свет лампы предупреждает о появлении опасности, например, напряжении в электроустановках, зеленый свет оповещает о снятии этого напряжения.

Предупредительные плакаты, вывешиваемые на видных местах, подразделяют на предостерегающие или предупреждающие об опасности (например, “Стой! Опасно для жизни”, “Не влезай - убьет”). Запрещающие плакаты предназначены для запрещения оперирования коммутационными аппаратами (например, “Не включать - работают люди”, “Не включать - работа на линии”). Есть плакаты, напоминающие о каких-либо принятых мерах (например, “Заземлено”).

Для исключения ошибочных соединений и лучшей ориентация в электрических цепях электроустановки, провода и кабеля имеют маркировку в виде цифровых и буквенных обозначений и отличительную окраску. Блокирующие устройства защищают от электротравматизма путем автоматического разрыва электрической цепи перед тем, как рабочий может оказаться под напряжением. Так, при снятии защитного ограждения установки, находящейся под напряжением, контакты разъединяются, отключая установку.

Средства защиты и предохранительные приспособления.

Средства защиты и предохранительные приспособления предназначены для защиты персонала от электротравм при работе на электроустановках.

Защитные средства подразделяются на вспомогательные (очки, респираторы), ограждающие (временные переносные заземлители и щиты, изолирующие накладки) и изолирующие которые в свою очередь подразделяют на основные и дополнительные. Основные защитные средства способны длительно выдерживать рабочее напряжение электроустановки и ими можно прикасаться к токоведущим частям оборудования. При напряжении в установках более 1000В в качестве защитных средств применяют изолирующие штанги, изолирующие и токоизмерительные клещи, и указатели напряжения.

Если работы выполняют в установках под напряжением до 1000 В, кроме штанг и клещей используют диэлектрические перчатки, рукавицы и монтерский электроинструмент с изолированными ручками.

Дополнительные защитные средства применяют при использовании основных средств для усиления их изолирующих свойств. К таким защитным средствам при работе под напряжением более 100 В относят диэлектрические перчатки, боты, диэлектрические коврики и изолирующие подставки. В установках под напряжением до 1000 В дополнительными защитными средствами являются диэлектрические коврики и диэлектрические галоши, а также изолирующие подставки.

Компенсация токов замыкания на землю

В данном случае между нейтралью и землей включают компенсационную катушку. Этот вид защиты применяют одновременно с защитным заземлением или отключением.

Выравнивание потенциалов

Выравнивание потенциалов - метод снижения напряжений прикосновения и шага между точками электрической цепи, к которым можно одновременно прикасаться или на которых может одновременно стоять человек. Практически для этого устраивают контурное заземление, т.е. располагают заземлители по контуру вокруг заземленного оборудования.

Электрическое разделение сетей

Электрическое разделение сетей - разделение их на отдельные электрические не связанные между собой участки с помощью разделяющего трансформатора. Такой трансформатор предназначен для отделения приемника энергии от первичной электрической сети и сети заземления. Опасность заключается в том, что сети большой протяженности имеют большую емкость относительно земли и небольшие сопротивления изоляции.

ЗАНУЛЕНИЕ - превращение замыкания на корпус электроустановки в однофазное короткое замыкание, в результате чего срабатывает токовая защита и отключает поврежденный участок.

ЗАЩИТНОЕ ОТКЛЮЧЕНИЕ - быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током.

3.4. Защитное заземление.

В соответствии с ГОСТ 12.1.030 защитное заземление должно обеспечивать защиту людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции. Защитное заземление представляет собой преднамеренное электрическое соединение земли или ее эквивалента (заземлителей) и металлических частей электроустановки, не находящейся под напряжением, но которые могут оказаться под таковым в случае возникновения пробоя в изоляции электрооборудования. Благодаря наличию защитного заземления между корпусом защищающей установки и землей создается замкнутая электрическая цепь малого сопротивления. При замыкании какой-либо фазы на корпус заземленной электроустановки образуется электрическая цепь замыкания через точку замыкания и заземляющее устройство.

Человек, случайно коснувшийся в это время металлического корпуса электрооборудования , включится в цепь замыкания тока параллельно цепи заземлющего устройства. Человек при этом подвергается воздействию разности потенциалов, которая возникает в цепи тока замыкания на землю между точками прикосновения и является частью напряжения по отношению к земле. Таким образом, степень поражения зависит от величины напряжения в точке прикосновения, В:

Uпр = K· ·

где K < 1 – коэффициент прикосновения,

– сила тока замыкания на землю, А;

– сопротивление заземлителя растеканию тока в земле, Ом.

В электроустановках с напряжением от 110 до 250 кВ сопротивление заземляющего устройства в любое время года должно быть не более 0,5 Ом; с напряжением выше 1000 В в сети с изолированной нейтралью - сопротивление

R = 250 / I ,

где I-расчетная сила тока замыкания на землю;

с напряжением до 1000 В - R = 125 / I.

При устройстве стационарных сетей с изолированной нейтралью в электроустановках напряжением до 1000В сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 10 Ом. При расчете и выборе системы защитного заземления большое значение имеют величина наибольшего допустимого сопротивления заземляющих устройств. Удельное сопротивление грунта также оказывает влияние на сопротивление растеканию тока с заземляющего устройства. Удельное сопротивление грунта зависит от его вида, структуры, влажности и содержания в нем солей. Измерения сопротивления грунта проводят в теплое время года (май-октябрь).

3.5. Упрощенный расчет сопротивления заземляющего устройства.

Точное значение удельного сопротивления грунта можно рассчитать по одной из формул, приведенных в табл. 3.2., если известны результаты эксперимента измерения сопротивления Rст одиночного заземлителя и его тип, геометрическая форма и размеры.

1. Зная тип заземлителя, используемого в рассматриваемом заземляющем устройстве, по одной из формул табл. 3.2 вычислить сопротивление растекания тока R одиночного заземлителя.

2. Зная количество n и взаимное расположение заземлителей в грунте определить их общее сопротивление растеканию тока R3 без учета проводимости соединительной полосы:

где η3 - коэффициент использования (экранирования) заземлителей, учитывающий увеличение сопротивления за счет взаимного экранирования и определяемый из табл. 3.3.

3. Рассчитать сопротивление растеканию тока соединительной полосы по формуле:

Где в - ширина полосы, м;

h – глубина заложения полосы, м;

Ln – длина полосы, м;

ρ – удельное сопротивление грунта, Ом·м.

Длина полосы Ln в зависимости от схемы расположения заземлителей (в ряд или по контуру) рассчитываются по следующим формулам:

Ln = 1,05(n-1)·а - в ряд (3.3)

Ln = 1,05·n·а - по контуру (3.3´)

где а – расстояние между заземлителями.

4. Определить сопротивление заземляющего устройства Rx с учетом проводимости соединительной полосы:

где ηn – коэффициент использования соединительной полосы

5. В результате выполненного выше расчета было определено сопротивление заземляющего устройства Rx, соответствующее тому месяцу года, в котором производилось измерение удельного сопротивления грунта. В другие месяцы года вследствие изменения влажности почвы сопротивление заземляющего устройства будет отличаться от вычислительного значения. Поэтому для оценки возможности использования заземляющего устройства в качестве защитного необходимо определить максимальное значение его сопротивления Rx max при наибольшем просыхании или промерзании почвы:

Заключение о пригодности испытуемого заземляющего устройства для дальнейшего использования в качестве защитного делается нa основании сравнения фактического значения его сопротивления, измеренного при наиболее тяжелых условиях (при наибольшем промерзании или просыхании грунта) с нормируемой величиной. В частности, в электроустановках напряжением до 1000 В сопротивление заземляющего устройства, используемого для заземления электрооборудования, должно быть не более 10 Ом.

В электроустановках напряжением выше 1000 В с большими токами замыкания на землю (более 500 А) сопротивление заземляющих устройств в любое время года должно быть не более 0,5 Ом

5.ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

5.1. Прибор M-416 - измеритель сопротивления заземления, предназначенный для измерения сопротивления заземляющих устройств, удельных сопротивлений, а также активных сопротивлений.

Измерение сопротивления прибором основано, на компенсационном методе с применением вспомогательного заземлителя (зонда). Прибор состоит из трех функциональных узлов:

а) источника постоянного тока;

б) преобразователя постоянного тока в переменный (генератора);

в) измерительного устройства.

Источник постоянного напряжения служит для питания преоб-разователя и усилителя измерительного устройства. Преобразователь (генератор) обеспечивает питание переменным током измерительных цепей и вырабатывает опорное напряжение для фазного детектора. Измерительное устройство обеспечивает возможность компенсации напряжения на измеряемом сопротивлении, индикацию момента компенсации и отсчет измеренной величины.

При измерении выход пpeобразователя подключается к вспомогательному заземлителю (зажим «4») к измеряемому сопротивлению

(зажим «1»). Вторичная обмотка трансформатора подключается к специальному калибровочному резистору (реохорду), который шунтируется сопротивлениями в зависимости от предела измерений.

При такой схеме включения помимо основной цепи тока через землю создается цепь тока через регистр. Схема обеспечивает равенство этих токов, что позволяет изменением величины калибровочного регистра изменять величину напряжения между движком реохорда и зажимом вспомогательного заземлителя. Разностное напряжение подается через усилитель и детектор на индикатор.

Момент компенсации наступает при таком положении подвижного контакта регистра, при котором падение напряжения на участке регистра до сдвижного контакта равно падению напряжения на измеряемом сопротивлении. При этом ток в цепи индикатора равен нулю. Реохорд имеет оцифрованную шкалу, что позволяет непосредственно определить измеряемое сопротивление.

Для подключения измеряемого сопротивления, вспомогательного заземлителя и зонда на приборе имеется четыре зажима I, 2,3, 4.

Для измерения сопротивления заземления и измерений больших сопротивлений зажимы I и 2 соединяют перемычкой и прибор подключают к измеряемого объекту по трехзажимной схеме (рис.6.1)

Расширение пределов измерения осуществляется за счет шунтирования соответствующими регистрами, включение которых осуществляется переключателем (см. рис. 6.2.) .

5.2. Лабораторный стенд. В настоящей лабораторной работе производится определение сопротивления выполненного вблизи учебного корпуса. Это заземляющее устройство представляет собой контур, состоящий из 6 водопроводных труб диаметром 50 мм и длиной 3 м, верхние концы которых заглублены на 0,8 м от поверхности земли. Расстояние между

трубами 6 м. Пять труб соединены между собой металлической полосой сечением 12x4 мм.

Две таких же труб, расположенных на расстоянии 20 и 30 м от контура, выполняют роль вспомогательного заземлителя и зонда.

Система заземления лаборатории, одиночный стержень, вспомогательный электрод и зонд через коммутирующее устройство соединены с клеммами на лабораторном столе.