Порядок проведения работы

Необходимо убедиться, что устройства, используемые в экспери- менте, отключены от сети электропитания. Гнезда защитного заземле- ния » устройств, используемых в эксперименте, соединяются с гнез- дом «РЕ» источника G1. Аппаратура соединяется в соответствии с элек- трической схемой.

Моделируется электрическая сеть с изолированной нейтралью. Для этого между гнездом нейтральной точки трансформатора и гнездом со- противления заземлителя R 0 в блоке трехфазного трансформатора А2 должна отсутствовать перемычка.

1. Включается источник G1 и питание блока мультиметров Р1.

2. Сопротивление замыкания на землю модели А5 устанавлива- ется равным бесконечности R зам = ∞.

3. Снимаются следующие зависимости тока через тело  челове-

ка: I h = f ( R из ), I h = f (С), I h = f ( R обуви ), I h = f ( R пола ). Измерения производятся при варьировании сопротивлений изоляции  R А

= R В = R С и емкости С фаз модели А3, а также сопротивле- ния обуви R обуви и сопротивления пола R пола модели А4.

4. С помощью амперметра и вольтметров блока Р1 снимаются следующие зависимости: зависимость силы тока через тело человека от сопротивления замыкания I h = f ( R зам ), зависи- мость напряжения прикосновения от сопротивления замыка- ния фазы на землю U пр = f ( R зам ), зависимость напряжения прикосновения от сопротивления пола U пр = f ( R пола ) и на- пряжения фаз электрической сети относительно земли U А = f ( R зам ), U В = f ( R зам ), U С = f ( R зам ).

Полученные результаты анализируются, и делается вывод о  влия-

нии параметров в электрической сети с изолированной нейтралью на условия электробезопасности.

Далее моделируется электрическая сеть с глухозаземленной ней- тралью. Для этого соединяется перемычкой гнездо нейтральной точки трансформатора и гнездо сопротивления заземлителя R 0 в блоке трех- фазного трансформатора А2.

5. Снимаются, аналогичные ранее снятым, зависимости тока через тело человека: I h = f ( R из ), I h = f (С), I h = f ( R обуви ), I h = f ( R пола ).

6. Снимаются зависимости силы тока и напряжения  прикосно-

вения от сопротивления замыкания фазы на землю:

I h = f (R зам ), U пр = f (R зам ). Измерения производятся при варьи- ровании сопротивления замыкания на землю R зам модели А5. Полученные результаты анализируются, и делается вывод о  влия-

нии параметров в электрической сети с глухозаземленной нейтралью на условия электробезопасности.

Снятые зависимости сопоставляются для различных режимов ней- трали, на основании чего делается вывод о влиянии режима нейтрали электрической сети на условия электробезопасности.

По завершении эксперимента источник G1 и питание блока муль- тиметров Р1 отключается.

 

Требования к отчету

В отчет по лабораторной работе вносится:

· Наименование и цель работы.

· Применяемые приборы и оборудование.

· Заполненные таблицы с необходимыми расчетными формулами.

· Общие выводы по результатам сделанной работы. Результаты экспериментов заносятся в табл. 9,10.

Таблица 9

Экспериментальная таблица

Сопротивление изоляции	Сопротивление пола	Сопротивле- ние обуви	Сила то- ка, А	Напряжение, В
RA
RB
RC

Таблица 10

Экспериментальная таблица

Емкость фаз	Сопротивление на землю, R зам	Сила тока, А	Напряжение, В
CA
CB
CC

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТЕЙ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ ЯВЛЕНИЯ ПРИ СТЕКАНИИ ТОКА В ЗЕМЛЮ ЧЕРЕЗ ЗАЩИТНЫЙ ЗАЗЕМЛИТЕЛЬ

Цель работы

Изучить зависимости, характеризующие явления при стекании тока в землю через защитный заземлитель.

 

Общие сведения

Все случаи поражения человека током в результате электрического удара возможны лишь при замыкании электрической цепи через тело человека или, иначе говоря, при прикосновении человека не менее чем к двум точкам цепи, между которыми существует некоторое напряжение.

Опасность такого прикосновения, оцениваемая значением тока, проходящего через тело человека, или же напряжением прикосновения, зависит от ряда факторов: схемы замыкания цепи тока через тело чело- века, напряжение сети, схемой самой сети, режима ее нейтрали (т. е. за- землена или изолирована нейтраль), степени изоляции токоведущих частей от земли, а также от значений емкости токоведущих частей отно- сительно земли и т. п.

Следовательно, указанная опасность не является однозначной: в одних случаях замыкание цепи тока через тело человека будет сопрово- ждаться прохождением через него малых токов и окажется не опасным, в других – токи могут достигать больших значений, способных вызвать смертельное поражение человека.

Одной из основных причин несчастных случаев от электрического тока является появление напряжения на металлических конструктивных частях электрооборудования, которые нормально не находятся под на- пряжением, – на корпусах, кожухах, ограждениях и т. п.. Напряжение на этих частях может появиться как результат: повреждения изоляции то- коведущих частей электрооборудования (вследствие механических воз- действий, электрического пробоя, естественного старения и т. п.); паде- ния провода, находящегося под напряжением, на конструктивные части электрооборудования; замыкания фазы сети на землю. Опасность пора- жения током в этих случаях устраняется с помощью защитного зазем- ления, зануления, защитного отключения, выравнивания потенциала, двойной изоляцией, а также благодаря применению малых  напряжений

и специальных защитных средств – переносных приборов и приспособ- лений.

Защитным заземлением называется преднамеренное электриче- ское соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоко- ведущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние, вы- нос потенциала и т. п.).

Принцип действия защитного заземления – снижение напряжения между корпусом, оказавшимся под напряжением, и землей до безопас- ного значения. Данное напряжение называется напряжением прикосно- вения UПР. Это достигается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования, а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования, за счет появления потенциалов на поверхности земли при стекании тока в землю. Данные потенциалы возникают из-за сравнительно большого удельного сопро- тивления грунта (1×103–1×104 Ом м.) и уменьшаются по мере удаления от места стекания тока в землю. В непосредственной близости от места стекания тока в землю потенциал основания, на котором стоит  человек,

практически равен потенциалу заземленного оборудования. При этом разность потенциалов, определяющая напряжение прикосновения, ми- нимальна. По мере удаления данного основания от места стекания тока в землю указанная разность потенциалов возрастает, то есть эффект вы- равнивания потенциалов ослабевает. При удалении человека от места стекания тока в землю на 20 метров и более напряжение прикосновения практически равно потенциалу корпуса электроустановки оказавшейся под напряжением.

Если корпус электрооборудования не заземлен, и он оказался в контакте с фазой, то прикосновение человека к такому корпусу равно- сильно прикосновению к фазе. В этом случае величина тока в ком- плексной форме, проходящего через тело человека, прикоснувшегося к фазному проводу трехфазной электрической сети с изолированной ней- тралью, определяется соотношением:

Īч = Ūф/(Rч + Rоб + Rп + Żи  / 3),                   (37)

где Īч, Ūф, Żи – комплексы тока, А, фазного напряжения, В и сопротив- ления изоляции одной фазы, Ом; Rч – сопротивление тела человека, Ом; Rоб – сопротивление обуви человека, Ом; Rп – сопротивление пола (ос- нования), Ом.

При малом сопротивлении обуви, пола и изоляции проводов отно- сительно земли этот ток может достигать опасных значений.

Для трехфазной электрической сети с глухо заземленной нейтра- лью (рис. 18) проводимость изоляции фазных проводов относительно земли пренебрежимо мала по сравнению с проводимостью заземления нейтрали, поэтому величина тока через тело человека практически не зависит от сопротивления изоляции и равна

IЧ = UФ /(RЧ + Rоб + RП + RЗ  ),

35-220 кВ Тр 6-10 кВ

(38)

 

 

Рис. 18 – Прикосновение человека к фазному проводу трехфазной электриче- ской сети с изолированной нейтралью

 

Наиболее неблагоприятный случай будет, когда человек прикос- нувшийся к фазе имеет на ногах токопроводящую обувь – сырую или подбитую металлическими гвоздями и стоит непосредственно на сырой земле или на проводящем основании – на металлическом полу, на за- земленной металлической конструкции, т. е. когда можно принять Rоб=0 и Rп=0. Сопротивление заземления нейтрали R0 обычно во много раз меньше сопротивления тела человека (как правило, R0 не превышает 10 Ом) и им можно пренебречь. При этих условиях величина тока через тело человека достигает опасной величины. Например, при Rч=1000 Ом (вполне вероятная величина) и Rз=4 Ом Iч=220/(1000+4)≈0,22 А.

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя –

металлических проводников, находящихся в непосредственном сопри- косновении с землей, и заземляющих проводников, соединяющих за- земляющие части с заземлителем.

Заземлители бывают искусственные, предназначенные исключи- тельно для целей заземления и естественные, находящиеся в земле ме- таллические предметы иного назначения.

Для искусственных заземлителей применяются обычно вертикаль- ные и горизонтальные электроды, т.е. одиночные заземлители.

 

F

  6-10 кВ Тр 380/220В, (UФ=220 В, UЛ=380 В)

 

 

Рис. 19 – Прикосновение человека к фазному проводу трехфазной электриче- ской сети с глухо заземленной нейтралью

 

В качестве вертикальных электродов используются стальные трубы диаметром 3–5 см и угловая сталь размером от 40×40 до 60×60 мм длинной 2,5–3 м, а также стальные прутки диаметром 10–12 мм и длин- ной до десяти метров.

Для соединения вертикальных электродов между собой и в качест- ве самостоятельного горизонтального электрода применяется полосовая сталь сечением не менее 4×12 мм или сталь круглого сечения диамет- ром не менее 6 мм.

Для погружения в землю вертикальных электродов предварительно роют траншею глубиной 0,7–0,8 м, после чего их забивают и верхние концы соединяют стальной полосой с помощью сварки. В таких же траншеях прокладывают и горизонтальные электроды. Траншею засы- пают землей, очищенной от строительного мусора, а затем тщательно утрамбовывают, что обеспечивает лучшую проводимость грунта, а сле- довательно, уменьшает расход металла на устройство заземления.

В зависимости от места размещения заземлителя относительно за- земляющего оборудования различают два типа заземляющих устройств (ЗУ) – выносное ЗУ и контурное ЗУ. У выносного ЗУ заземлитель выне- сен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудо- вание. Это приводит к тому, что практически не происходит выравни- вание потенциала основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования. Эффективность применения такого ЗУ обусловлена только снижением потенциала заземленного оборудования. При этом оказывается несущественным число и схема расположения заземляю- щих электродов, рис. 20.

При замыкании фазы на корпус и стекании тока IЗ через заземли- тель φЗ(Х) достигает максимума в точке поверхности над заземлителем и практически затухает через 20 метров. При этом на руку человека, прикоснувшегося к корпусу электрооборудования, действует потенциал заземлителя φЗ, а ноги находятся под потенциалом, близким к нулю. Напряжение прикосновения UПР, равное разности потенциалов руки и ног, в данном случае практически равно φЗ.

 

φ

 

Рис. 20 – Выносной (сосредоточенный) заземлитель

 

Контурные ЗУ характеризуются по возможности равномерным размещением заземляющих электродов по площадке, на которой уста- новлено электрооборудование. Такое ЗУ называется распределенным. Снижение напряжения прикосновения в этом случае обусловлено не только перераспределением падения напряжения источника, но и вы- равниванием потенциалов заземленного корпуса электроустановки и основания, на котором стоит человек, как это показано на рис. 20. При этом распределения потенциалов отдельных заземлителей складывают- ся, получается суммарное распределение потенциала φ3Σ(Х). Таким об- разом, потенциалы в точках рабочей площадки по своей величине при- ближаются к потенциалу заземленного корпуса оборудования, поэтому напряжение прикосновения U ПР значительно уменьшается и составляет доли φ 3.

В качестве естественных заземлителей могут использоваться:  про-

ложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопрово- ды (за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов); обсадные трубы артезианских колодцев, сква- жин, шурфов и т.п.; металлические конструкции и арматура железобе- тонных конструкций зданий и сооружений, имеющие соединение с зем- лей; металлические шпунты гидротехнических сооружений; свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле.

 

U

φ

φ

φ

 

Рис. 21 – Случай контурного (распределенного) заземлителя

 

Алюминиевые оболочки кабелей и алюминиевые проводники не допускается использовать в качестве естественных заземлителей.

В электрических распределительных устройствах высокого напря- жения в качестве естественного заземлителя используется заземление опор отходящих воздушных линий с грозозащитными тросами при ус- ловии, что тросы не изолированы от опор.

Естественные заземлители обладают, как правило, малым сопро- тивлением растеканию тока, поэтому использование их для целей за- земления экономически весьма целесообразно.

Заземляющие проводники, т. е. проводники, соединяющие зазем- ляемое оборудование с заземлителем выполняются обычно из полосо- вой стали. Прокладка их производится по стенам и другим конструкци- ям зданий. В качестве заземляющих проводников допускается исполь- зовать различные металлические конструкции.

Присоединение заземляемого оборудования к магистралям заземле- ния, т. е. к основному заземляющему проводнику, идущему от заземлителя, осуществляется с помощью отдельных проводников. При этом последова- тельное включение заземляемого оборудования не допускается.

Соединения заземляющих проводников между собой, а также за- землителями и заземляемыми конструкциями выполняются, как прави- ло, сваркой, а с корпусами аппаратов, машин и другого оборудования – сваркой или с помощью болтов.

Отличительной окраской заземляющей сети является черный цвет, которым должны быть окрашены все открыто расположенные зазем- ляющие проводники, конструкции и полосы сети заземления.

Область применения защитного заземления – трехфазные сети до 1 кВ с изолированной нейтралью и выше 1 кВ. с любым режимом рабо- ты нейтрали.

Требования к устройству защитного заземления и зануления опре- делены Правилами устройства электроустановок (ПУЭ), в соответствии с которыми защитному заземлению или занулению подлежат все метал- лические и другие токопроводящие части электроустановок и оборудо- вания, которые случайно в аварийном режиме могут оказаться под на- пряжением (ССБТ ГОСТ 12.1.030–81):

– при номинальном напряжении 380 В и выше переменного тока, 440 В и выше постоянного тока – во всех электроустановках;

– при номинальном напряжении выше 42 В, но ниже 380 В пере- менного тока и выше 110 В, но ниже 440 В постоянного тока – только в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных помещениях и в наружных электроустановках;

– во взрывоопасных помещениях необходимо заземлять все обору- дование независимо от напряжения.

При номинальных напряжениях менее 42 В переменного тока или 110 В постоянного тока заземления или зануления электроустановок не требуется.

Для заземления установок, которые питаются от одной сети, целе- сообразно проектировать общее заземляющее устройство. Если имеется несколько заземляющих устройств, они должны быть электрически со- единены между собой.

Для осуществления эффективной защиты величина сопротивления защитного заземления не должна превышать значений, при которых на- пряжение прикосновения или шаговое напряжение достигают опасных величин (табл. 11).

Таблица 11