Измерение величины сопротивления контура заземления

Защитное заземление — преднамеренное элек­трическое соединение с землей или ее эквивалентом ме­таллических нетоковедущих частей, которые могут ока­заться под напряжением,— является наиболее надежным средством защиты от поражения током при пробое изоля­ции на корпус электроустановки. Рабочее заземле­ние — заземление какой-либо точки токоведущих частей электроустановки — предусматривается для обеспечения ее работы. Защитное и рабочее заземления в совокупности или отдельно образуют заземляющее устройство, состоящее из заземлителей и заземляющих проводни­ков. Заземлители (круглая сталь, полосы, угловая сталь и др.) прокладываются в земле, и через них происхо­дит растекание в ней тока. Заземляющие провод­ники соединяют заземляемые части электроустановок с заземлителем. Магистралью заземления (зануления) является заземляющий проводник или нуле­вой защитный провод с двумя или более ответвлениями.

Металлические части электроустановок (корпуса элек­трических машин, трансформаторов, магнитных пускате­лей и т. п.) в нормальных условиях должны быть хорошо изолированы от токоведущих частей, и прикасаться к ним совершенно безопасно. В аварийных случаях (замыкание фазного провода на нулевой или на корпус электроуста­новки, а также пробой изоляции) металлические части электроустановок, не находящиеся под напряжением, ока­зываются под ним. Прикосновение обслуживающего пер­сонала к их металлическим частям и связанным с ними проводящим конструкциям других машин и аппаратов ста­новится опасным для жизни. Целью защитного заземления является снижение до безопасной величины напряжений прикосновения и шага, появляющихся в результате нару­шения целостности изоляции токоведущих частей электро­установок. Чем меньше электрическое сопротивление за­земляющего устройства, тем меньше будет напряжение на металлических частях электрооборудования и тем под меньшим напряжением в случае аварии окажутся человек или животное. Заземляющие устройства бывают про­стые (одиночные), выносные и контурные. Напряжения прикосновения и шага определяются из простых соотношений: U_пp=(U_з—U_b и U_ш= U_a— U_b. На­пряжение шага U_ш зависит от тока замыкания I_з, сопротив­ления заземлителя, длины шага и характера распределе­ния потенциалов. Чем больше проводимость земли, тем более пологой будет кривая распределения потенциалов и тем меньше будут значения напряжений шага и прикос­новения. Ближе к заземлителю потенциалы точек земли будут выше и наоборот. Изменение потенциала оценивает­ся коэффициентами прикосновения α_пр и шага α_ш. Они определяются по формулам

Коэффициент прикосновения сложного контурного за­землителя равен 0,3 — 0,2, а коэффициент шага — 0,3 — 0,1 и ниже. Чем меньше значения коэффициентов α_пр и α_ш, тем ниже будут напряжения прикосновения и шага.

Поскольку кривая распределения потенциалов пред­ставляет собой гиперболу, то максимальный потенциал относительно точки нулевого потенциала будет иметь сам заземлитель; около 70% от полного потенциала на нем будут падать на расстоянии около 1 м от заземлителя; 25% — между 1-м и 10-м; 5% — между 10-м и 20-м метра­ми. Точки земли, отстоящие от одиночного простого заземлителя на расстоянии 20 м и более, принято считать имею­щими нулевой потенциал.

Выносное заземление делают на некотором расстоянии от заземляемых объектов. При этом производственные помещения с находящимися в них заземленными электро­установками оказываются вне зоны растекания тока в зем­ле. Если выносное заземление удалено от заземляемых объектов на расстояние 20 м и более, то можно считать, что пол в производственном помещении имеет нулевой потен­циал. Поэтому человек, стоящий на нем и касающийся металлического заземленного корпуса электроустановки, когда по заземляющему устройству проходит ток замыка­ния на землю, оказывается относительно нее под полным напряжением. Последнее равно полному напряжению на заземляющем устройстве, которое можно рассчитать по уравнению

где U_з – напряжение на заземляющем устройстве, В; I_з – ток замыкания на землю, проходящий через заземлитель, А; R_з – электрическое сопротивление заземляющего устройства, Ом; U_ч – напряжение, под которым оказывается человек, В.

Следовательно, при выполнении заземляющего устройства, когда производственное помещение находится вне зоны растекания электрического тока в земле, величина поражающего напряжения будет зависеть от сопротивле­ния растеканию тока заземляющего устройства R_з и вели­чины тока замыкания на землюI_з. Более эффективным и надежным по сравнению с выносным заземляющим ус­тройством является контурное. В этом случае заземлители располагаются по контуру вокруг заземляемого электрооборудования. При этом про­изводственное помещение с электроустановками оказыва­ется размещенным внутри контура заземления. Благодаря близкому расположению заземлителей относительно друг друга (обычно на расстоянии 3 — 6 м) и наложению элек­трического поля одного заземлителя на поле другого по­тенциалы точек пола (или земли) внутри контура заземле­ния значительно повышаются. При этом напряжение меж­ду заземленными металлическими частями и полом становится существенно ниже. Иногда для лучшего вырав­нивания потенциалов внутри контура заземления дополни­тельно прокладывают горизонтальные полосы.

Напряжением относительно земли U_з при замыкании на землю называется напряжение между за­земленной частью электроустановки и точками земли, находящимися вне зоны растекания токов (не ближе 20 м). Напряжение прикосновения U_пp — напряже­ние между двумя точками электрической цепи, которых одновременно касается человек. Напряжение шага U_ш — напряжение между двумя точками цепи тока, на которых одновременно стоит человек. Свойство земли как проводника тока характеризуется величиной удель­ного электрического сопротивления, под которым понимается сопротивление кубика грунта с ребра­ми в 1 м. Эта величина может быть определена по формуле

,

где R – электрическое сопротивление некоторого объема грунта, Ом, сечением S, м², и длиной l, м.

Величина удельного электрического сопротивления зем­ля зависит от характера и температуры грунта, а также от содержания солей, кислот или щелочи. Удельное электри­ческое сопротивление уменьшается с увеличением содер­жания в грунте растворимых веществ, уплотнением его час­тиц и повышением общей влажности и температуры. Оно возрастает при пропитывании маслом, нефтью или при промерзании и высыхании грунта. Напряжение шага зави­сит от величины тока замыкания на землю I_з, сопротивле­ния заземляющего устройства R и от характера распреде­ления потенциала и длины шага. Среднее значение шага человека можно принять равным 0,8 м. Шаг сельскохозяй­ственных животных (крупного рогатого скота) принимает­ся 1,6 м (расстояние между передними и задними ногами). Очевидно, что при более пологой кривой распределения потенциала, меньшем напряжении на заземляющем ус­тройстве и коротком шаге снижается и шаговое напряже­ние, приложенное к человеку или сельскохозяйственному животному.

Зоной растекания тока замыканияназемлю является поверхность, за пределами которой элек­трический потенциал, обусловленный токами замыкания на землю, может быть условно принят равным нулю. Ради­ус зоны составляет около 20 м. Это значит, что на расстоя­нии 20 м от одиночного заземлителя потенциалы точек земли близки к нулю.

Если заземляющее устройство содержит один верти­кальный заземлитель, то, зная удельное электрическое со­противление земли и ток замыкания на землю, легко опре­делить напряжение шага по формуле

где ρ — удельное электрическое сопротивление земли в месте расположе­ния заземляющего устройства, ; l₁—расстояние по поверхности земли от заземляющего устройства до ближайшей ноги человека или сельскохозяйственного животного, м; I _з — расстояние от заземляющего устройства до второй ноги человека или сельскохозяйственного животно­го, м.

При сложных контурных заземлителях потенциална поверхности земли или пола помещения на расстоянии х от центра контурного заземлителя определяется из вы­ражения

где r – радиус круга, площадь которого равна площади, занимаемой контурным заземлителем, м.

При использовании сложного контурного заземляюще­го устройства потенциалы точек пола или земли, располо­женные внутри контура, повышаются, а напряжение шага снижается. Иногда для уменьшения напряжения за конту­ром заземляющего устройства в землю укладывают допол­нительные стальные полосы на постепенно увеличивающу­юся глубину. Кривая спада потенциала в этом случае становится более пологой.

Различают естественные и искусственные заземлители. В качестве естественных используются проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубы (за ис­ключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывчатых газов и их смесей); обсадные трубы сква­жин; металлические и железобетонные конструкции зда­ний и сооружений, находящиеся в соприкосновении с зем­лей; свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле;

нулевые провода воздушных линий электропередач напря­жением до 1000 В с повторными заземлениями (при количестве отходящих от подстанции линий не менее двух); рельсовые пути магистральных не электрифицированных железных дорог и подъездные пути (при наличии предна­меренно устроенных металлических перемычек между рельсами), металлические шпунты гидротехнических соо­ружений и ряд других устройств. Если свинцовые оболочки кабелей являются единственными заземлителями, то в рас­чете заземляющих устройств они должны учитываться только при количестве кабелей не менее двух. Алюминие­вые оболочки в качестве естественных заземлителей ис­пользовать запрещено. Последние должны иметь электри­ческую связь с заземляющим устройством (с магистралью заземления электроустановок) посредством не менее чем двух проводников или шин, присоединенных к заземляю­щему устройству в разных местах. В качестве материала для искусственных заземлителей рекомендуется использо­вать сталь. Допускается применение для этих целей и электропроводящего бетона. Заземлители, расположенные в земле, окраске не подлежат.

Не допускается делать заземлители в местах, где земля подсушивается под действием стороннего тепла (например, трубами теплотрассы). Во избежание корро­зии следует применять оцинкованные заземлители. В противном случае необходимо увеличивать их сечение с тем, чтобы обеспечить расчетный срок службы.

В качестве заземляющих проводников, служащих для соединения заземляемых частей с заземлителем, в электроустановках напряжением 380/220 В, кроме стальной проволоки, шины или нулевого провода, могут быть использованы металлические конструкции произ­водственного назначения (например, подкрановые пути и каркасы распределительных устройств), стальные тру­бы электропроводки, свинцовые оболочки кабелей, ме­таллические трубы водопроводной, канализационной или теплофикационной сетей, проложенные открыто (за исключением трубопроводов для горючих жидкостей и взрывоопасных смесей). Применение чугунных труб в качестве заземляющих проводников не допускается ввиду плохого контакта в стыках между ними. Исполь­зовать трубы системы автопоения и вакуум провода на животноводческих фермах в качестве заземляющих проводников недопустимо. Запрещается также исполь­зовать в этих целях голые алюминиевые провода. Нель­зя применять в качестве заземляющих проводников ме­таллические оболочки трубчатых проводов (провода типа ТПРФ — трубка Куло) и металлические оболочки изоля­ционных трубок (трубки Бергмана), а также свинцовые оболочки проводов групповой распределительной освети­тельной сети.

Заземлению подлежат корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников; приводы элек­трических аппаратов; вторичные обмотки измерительных трансформаторов; каркасы распределительных щитков и щитов управления, а также осветительных и силовых щитов. Необходимо заземлять металлические кабельные конструкции, оболочки силовых и контрольных кабелей, стальные трубы электропроводки, металлические корпуса передвижных и переносных электроприемников. Словом, заземлением должны быть охвачены все металлические части электроустановок, могущие оказаться под напряже­нием в результате пробоя изоляции, и к которым возможно прикосновение обслуживающего персонала и сельскохо­зяйственных животных.

Задача №2

Скомплектовать агрегат для сгребания сена граблями ГП2-14А, имеющими удельное сопротивление 0.7 кН/м.

РЕШЕНИЕ:

Основные положения.

Комплектование агрегатов – важнейший фактор эффективного использования машинотракторного парка. Правильно скомплектованный машинотракторный агрегат должен обеспечивать качественное выполнение работ в соответствии с агротехническими требованиями, наивысшую производительность при наименьших затратах труда и средств.

Эффективность работы агрегата определяется агротехническими и эксплуатационными качествами трактора и сельскохозяйственных машин, входящих в агрегат, правильностью их подбора и соединения, выбором рациональных режимов.

Чтобы скомплектовать агрегат, надо предварительно определить все исходные показатели как энергетического средства, так и машин (орудий), которые предполагается включить в агрегат.

Для решения поставленной задачи нам потребуются такие показатели, как:

ü Удельное сопротивление агрегата (R_a);

ü Номинальное тяговое усилие трактора, который может агрегатироваться с вышеуказанным орудием (P_кр.н);

ü Допускаемый коэффициент использования тягового усилия трактора (η_и);

Допускаемый коэффициент использования тягового усилия тракторов определяется по формуле:

из данной формулы находим номинальное тяговое усилие трактора:

Данная формула позволяет нам выбрать из справочных данных подходящий по классу тяги трактор.

Открываем справочник сельского механизатора, таблицу «Типаж отечественных сельскохозяйственных тракторов», и сопоставляем подходящий трактор полученному результату. Справочные данные показывают, что нам необходимо выбрать трактор, марки Т-40М, так как у него класс тяги 0.9, что обеспечит оптимальную работу, как на ровной местности, так и на небольших склонах и подъемах.

Итак: агрегат для сгребания сена состоит из граблей ГП2-14А и трактора Т-40М или его модификаций.