Напряжение прикосновения и шага — Мегаобучалка
Напряжение прикосновения – разность потенциалов между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек.
Степень опасности зависит от типа прикосновения и вида сети. Прикосновения могут быть 1- и 2-фазными в 3-фазных сетях а также 1- 2-полюсными в однофазных сетях. Все 2- прикосновения опасны, т.к. в данном случае человек попадает под полное ном. напряжение источника тока.
Напряжение шага
Возникает в результате эл. замыкания на землю. Эл. замыкание на землю – случайное эл. соединение токоведущей части непосредственно с землей или нетоковедущими непроводящими конструкциями неизолированными от земли.
В случае замыкания на землю происходит растекание тока в земле с образованием зоны растекания тока (зона земли, за пределами которой электропотенциал, обусловленный током замыкания на землю может быть условно принят равным нулю). В зоне растекания человек может оказаться под разностью потенциалов на расстоянии шага.
Напряжение между точками цепи тока, находящихся одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек, называется «напряжением шага», величина которого зависит от величины шага прямо пропорционально и обратно пропорционально от расстояния до места замыкания.
Нормирование напряжения прикосновения и токов
Согласно нормативным документам установлены предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов. Их значения определены исходя из реакции ощущения. Предельно допустимыми уровнями для переменного тока: по напряжению не более 2 В, по току не более 0,3мА. Для постоянного тока – 8В, 1мА.
Для работников выполняющих работу при повышенной температуре и влажности указанные значения нормируются в 3 раза меньше. При чем суммарное время воздействия этих величин в течении суток не должно превышать 10 минут.
Основные меры защиты
1. Изоляция токоведущих частей с устройствами непрерывного контроля
Различают виды изоляции:
рабочая – обеспечивает нормальную работу электроустановок и защиту от поражения током
дополнительная – предусматривается на случай повреждения рабочей золяции, рабочая+дополнительная=двойная изоляция
усиленная – улучшенная изоляция, которая обеспечивает ту же степень защиты, что и двойная изоляция.
Нормирование изоляция: характеристика – сопротивление изоляции. Предельно допустимые уровни – для катушек контакторов, пускателей, щитов управления, световых и осветительных установок не менее 0,5МОм; для вторичных цепей (рызъединителей и др.) не менее 1МОм.
Контроль изоляции: периодически осуществляется мегаомметрами, при приемосдаточных испытаниях электроустановок после монтажа, ремонта, при обнаружении дефекта, а также в установленные нормативные сроки. Постоянный контроль осущ. приборами, включенными в цепь электроустановки, они подают сигнал о снижении сопративлении изоляции.
2. Ограждение и недоступность токоведущих частей
Оградительные устройства применяются с целью исключения возможности прикосновения к токоведущим цепям. Выполняются в различном исполнении.
3. Эл. разделение сетей
Сети большой протяженности имеют значительные емкости, и даже однофазное прикосновение в таких сетях опасно. Поэтому их разделяют разделительными трансформаторами на отдельные участки, что уменьшает их емкостную составляющую и опасность поражения тока.
4. Применение малых напряжений
Малое напряжение – до 42 В, которое используется для питания инструментов, а также для переносных светильников и местного освещения на станках в помещениях с особой и повышенной опасностью.
5. Электрозащитные средства
Служат для выполнения ремонтных и пусконаладочных работ в действующих электроустановках. По назначению они делятся на изолирующие, ограждающие и вспомогательные. Изолирующие служат для изоляции человека от токоведущих деталей. Бывают основными (изоляция длительно выдерживают рабочее напряжение, для установок до 1000В – изолирующие штанги, изолирующие клещи, диэлектрические перчатки, слесарно-монтажный инструмент, боты, указатели напряжения; свыше 1000В – изолирующие штанги, указатели напряжения, клещи) и дополнительные (применяются совместно с основными – коврики, галоши, изолирующие подставки). Ограждающие средства служат для ограждения токоведущих частей и ошибочных операций в каммутационном оборудовании – переносные ограждения, переносные заземления. Вспомогательные служат для защиты от падений с высоты, вспышек света, механических повреждений – пояса, канаты, когти, очки, рукавицы, противогазы.
6. Защитные заземления
7. Зануление
8. Защитное отключение
Сигнализация, плакаты и знаки безопасности
Сигнализация предназначена для предупреждения персонала об отсутствии или наличии напряжении.
Плакаты могут быть предупреждающие, запрещающие, предписывающие, указательные.
Блокировка: механическая (самозапирающиеся замки) и электрическая (включает контакты в цепи).
Защитное заземление – преднамеренное соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением.
Заземлению подлежат корпуса приборов, станков, станины, опоры и др.
Принцип действия: снижение уровней напряжений прикосновения относительно земли до допустимых пределов.
Причины оказания корпусов под напряжением:
· самоиндукция, индукция
· блуждающие токи
· пробой изоляции
(рисунок 1 – схема заземления)
В случае пробоя на корпус ток пойдет по двум направлениям: по человеку и защитному заземлению. Сопротивление человека принимается 1 кОм. Сопротивление заземление <=4 Ом либо <=10 Ом. Человек получит удар, но он не будет смертельным.
Нормирование
Нормируемая характеристика – сопротивление. Согласно нормативным документам оно зависит от напряжения в сети и мощности заземляемых установок. Для установок напряжением до 1000 В и мощностью до 100 кВА это сопротивление не должно превышать 10 Ом. Для установок более 1000 В и 100 кВА – 4 Ом.
Чем больше мощность установок, тем меньше должно быть сопротивление защитного заземляющего контура.
Падение напряжения на заземленном оборудовании объясняется тем, что в силу того, что потенциал земли бесконечно велик, то любая заземленная часть, имеющая контакт с землей, на которую наведено напряжение, приведет к его падению отн. земли.
Заземление состоит из защитного заземляющего устройства ( стержневые электроды, которые размещаются по контуру или в линию), к которому подключены все производственные помещения, а к ним крепится оборудование. Все параметры заземления рассчитываются специальными методами. (л.р. №1)
Зануление
Зануление – преднамеренное эл. сопротивление с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.
(Рисунок 2 – схема зануления)
Принцип действия: зануление превращает замыкание на корпус в однофазное короткое замыкание, в результате которого срабатывает защита (автомат или предохранитель или реле), которая селективно отключает поврежденный участок сети.
Нулевой защитный проводник нельзя путать с нейтралью, который служит для питания потребителя.
Для надежного отключения и срабатывания защита проводимость проводов выбирается такой, чтобы ток короткого замыкания был как минимум в 3 раза больше номинального тока ближайшего реле, автомата или предохранителя.
Нулевой провод через 20-30 метров повторно заземляется с целью уменьшения напряжения на корпусе в момент кз.
Зануление контролируется аналогично заземлению мегаомметрами.
Защитное отключение
Это быстродействующая защита, применяемая в тех случаях, когда все другие виды защиты трудноосуществимы, ненадежны или когда к электроустановке предъявляются повышенные требования безопасности.
Особенности – быстродействие, чувствительность, помехоустойчивость.
Напряжение прикосновения и шага — КиберПедия
Напряжение прикосновения – напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека.
Для человека, стоящего на земле и касающегося заземленного корпуса, оказавшегося под напряжением (рис.4.4), напряжение прикосновения Uпр
, (4.7)
где φр и φн – соответственно величины потенциалов руки и ног.
Так как человек касается корпуса, то потенциал руки есть потенциал корпуса (напряжение его относительно земли)
На рисунке 4.4 показаны два корпуса электрооборудования (1 и 2), присоединенных к заземлителю Rз. Потенциалы всех корпусов одинаковы, так как корпуса электрически связаны между собой заземляющим проводником, сопротивление которого мало. Для упрощения анализа падением напряжения в заземляющих проводниках ввиду его малости будем пренебрегать и считать, что Uк = Uз, т.е. напряжение корпуса и заземлителя относительно земли равны между собой.
Как видно на рисунке 4.4, потенциалы ног человека зависят от его местоположения относительно заземлителя. По мере удаления от заземлителя потенциалы ног человека уменьшаются (φ
Следовательно, по мере удаления от заземлителя напряжение прикосновения в соответствии с выражением (4.7) возрастает (Uпр2>Uпр1) и у корпуса потребителя, находящегося за пределами зоны растекания тока, оно равно напряжению корпуса относительно земли, потому что человек стоит на земле, где потенциал ног равен нулю.
В общем случае напряжение прикосновения может быть определено из выражения
Uпр= α1α2Uз , (4.8)
где α1– коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий форму потенциальной кривой (зависимость от формы и конфигурации заземлителя и положения точки, в которой он определяется относительно заземлителя), α1= 0,1…0,75;
α2 – коэффициент, учитывающий падение напряжения в дополнительных сопротивлениях цепи человека (сопротивление обуви и сопротивление опорной поверхности ног растеканию тока или сопротивление пола).
Рис. 4.4. Напряжение прикосновения
между проводящей частью (корпусом) и землей: I – кривая распределения потенциалов, II – кривая распределения напряжения прикосновения, 1,2 — корпусы электропотребителей
Напряжение шага – напряжение между двумя точками на поверхности земли, на расстоянии 1 м одна от другой, которое принимается равным длине шага человека.
Человек, находящийся в зоне растекания, оказывается под напряжением шага Uш, если его ноги находятся в точках А и В с разными потенциалами (рис. 4.5):
Uш = φА — φВ . (4.9)
Как видно из рисунка 4.5, по мере удаления от заземлителя величина напряжения шага уменьшается (Uш1 > Uш2). Человек, находящийся вне зоны растекания тока замыкания на землю, вообще не попадает под напряжение шага, так как потенциалы обеих ног человека равны нулю.
Рисунок 4.5. Напряжение шага
В общем случае напряжение шага так же, как и напряжение прикосновения, может быть выражено через напряжение заземлителя:
Uш = β1β2Uз, (4.10)
где β1– коэффициент напряжения шага, учитывающий форму потенциальной кривой, β1 = 0,10…0,15;
β2– коэффициент, учитывающий падение напряжения в дополнительных сопротивлениях цепи человека (сопротивление обуви и сопротивление пола).
4. Напряжения прикосновения и шага
Напряжение прикосновенияUПР— это напряжение, приложенное непосредственно к телу человека, или падение напряжения на электрическом сопротивлении тела человека. В случае нахождения человека за пределами заземлителя (x > rЗ) напряжение прикосновения определяется формулой
UПР = φЗ — φХ = IЗρ(1/rЗ– 1/х) /(2π),
где φЗ– потенциал заземленного корпуса установки, к которому прикасается человек;φХ– потенциал основания (грунта) под человеком.
Если человек находится на заземлителе (x ≤ rЗ), тоUПР = 0, а если он расположен за пределами зоны растекания (x > 20м),UПР =UЗ.
Напряжение шага(UШ) – это разность потенциалов между двумя точкамиx1 иx2 поверхности основания (грунта), с которыми контактируют ступни ног человека: UШ = φХ1 — φХ2 = IЗρ(1/x1 – 1/x2) /(2π),
где x1≤ x2.
Напряжение шага зависит от местоположения человека в зоне растекания и от длины шага LШ = x2 – x1. По мере удаления человека от заземлителя напряжение шага уменьшается и за пределами зоны растекания оно практически равно нулю. Максимальное напряжение шага соответствует случаю, когда одна нога человека находится на заземлителе, а вторая – за его пределами на расстоянии шага.
5. Измерение сопротивления заземляющих устройств
и удельного сопротивления грунта
Измерение сопротивления заземляющего устройствапроизводится периодически не реже1раза в год (летом при наибольшем просыхании или зимой при наибольшем промерзании грунта), после монтажа, при сдаче-приёмке, после реконструкции или ремонта электрооборудования.
Измерение сопротивления заземлителя может быть проведено различными способами. Одним из простейших является метод амперметра-вольтметра (рис. 2). Согласно данному методу измерительная цепь (рис. 2,а) содержит измерительный трансформатор ИТ, амперметрА, вольтметрВ, токовыйТи потенциальныйПизмерительные электроды, погружаемые в грунт Земли, и собственно испытуемый заземлительЗ. С помощью амперметра А измеряется величина токаIз,проходящего через заземлительЗи токовый электрод T, а с помощью вольтметра В – напряжениеUЗна заземлителе относительно потенциального электрода П,расположенного в точке грунта с условно нулевым потенциалом. В этом случае сопротивление заземлителяRЗ = UЗ /IЗ.
В
а б
Рис. 2. Измерение сопротивления заземлителя
Схема включения прибора М-416 для измерения сопротивления заземлителя показана на рис. 2,б. Изменяя положение ручки реохорда прибора (при нажатой кнопке Кн), добиваются установки стрелки индикатора на нулевую отметку и по шкале реохорда, градуированной в омах, определяют измеряемое сопротивление заземлителя.
И
Рис. 3. Схема измерения удельного сопротивления грунта
змерение удельного сопротивления грунтас помощью прибора М-416 осуществляется следующим образом (рис. 3). В исследуемом месте в грунт погружают четыре измерительных электродаT1, П1, П2иТ2. Токовые электроды T1иT2подключаются к выходным зажимам1и4источника переменного тока, встроенного в прибор, и предназначены для создания в земле измерительного токаIизм, а потенциальные электродыП1иП2подключаются к зажимам2и3и используются для измерения разности потенциалов (UИЗМ)между точками в местах их расположения.Напряжение UИЗМоказывается пропорциональным удельному сопротивлению грунтаρ, току IИЗМи зависит от расстояний между электродами. В результате удельное электрическое сопротивление грунта определяется по формуле
ρ = 2πаИЗМR,(4)
где R–показание прибора, 0м;аИЗМ = 8 м –расстояние между измерительными электродами для прибора М-416.
Экспериментальная часть
Измерение сопротивления изоляции электрооборудования, сопротивления заземляющего устройства и удельного сопротивления грунта осуществляется на измерительном стенде, который включает в себя измерительные приборы, модель трёхфазной электрической сети и имитатор грунта с электродами.
Измерение сопротивления изоляции электрооборудования осуществляется с помощью мегаомметра. Сопротивление изоляции трёхфазной электрической сети измеряется попарно между фазными проводами и между каждым фазным проводом и землей, а у понижающего трансформатора –между первичной и вторичной обмотками и экраном.
Порядок и особенности выполнения экспериментальных исследований приведены в материалах лабораторного стенда.
При расчете заземляющего устройства используется значение
ρРАСЧ =ρψ, (5)
где ψ– коэффициент, учитывающий влажность грунта, соответствующую варианту задания, и его тип, выбираемый в соответствии со значениемρ из таблицы стенда.
Данные по измеренным сопротивлениям изоляции заносятся в таблицу, указанную на стенде, и делаются выводы. На основе полученного значения ρРАСЧ для заданного варианта задания произвести расчет заземляющего устройства по нижеприведенной методике.
Расчёт заземляющего устройства
Целью расчёта заземляющего устройства являетсяопределение числа вертикальных электродов и длины соединительной полосы группового искусственного заземлителя, необходимых для удовлетворения нормативных требований. Исходной для расчёта величиной является определённое по формуле (5) значениеρРАСЧ.
Для однородного грунта порядок расчёта может быть следующим.
Согласно требованиям ПУЭ (см. с. 34) определяется нормативное значение сопротивления заземляющего устройства RЗУНдля электроустановок с рабочим напряжением до 1000 В. Если пренебречь сопротивлением заземляющего проводника, то допустимое сопротивление группового заземлителяRЗД = RЗУН.
При наличии естественного заземлителя (в данной работе – металлическая труба с заданной в таблице вариантов длиной LЕ) рассчитывается величина его сопротивления:
RЕ = {ρРАСЧ/(2πLЕ)}ln{(LЕ)2/(d h)},
где d= 0,05 м – диаметр трубы;h= 0,5 – 2 м – глубина расположения трубы в грунте (можно взять любое значение из указанного диапазона).
Если RЕ > RЗД , то параллельно естественному заземлителю необходимо подключить искусственный заземлитель с максимально допустимым сопротивлением RИД = RЕ RЗД /(RЕ — RЗД).
Если естественный заземлитель отсутствует, то в качестве допустимого значения сопротивления искусственного заземлителя следует принять: RИД = RЗД .
Определяется величина сопротивления одиночного вертикального заземлителя (электрода) длиной LВ, м (см. таблицу вариантов на измерительном стенде)RЗО=ρРАСЧ /LВ.
Ориентировочно определяется начальное число вертикальных электродов n = int[RЗО /RИД] + 1, гдеint[…] обозначает целую часть выражения, стоящего в скобках.
В соответствии с расположением вертикальных электродов по варианту задания определяют длину соединительной полосы LП с учетом расстояния между электродамиа, из заданного соотношенияa/LВ:
LП = a(n – 1) – если вертикальные электроды располагаются в ряд;
LП = an– если вертикальные электроды располагаются по контуру.
По таблице (см. с. 39) определяют коэффициенты использования вертикальных электродов ηВи соединительной полосыηП .
Определяется сопротивление соединительной полосы растеканию тока: RП =2ρрасч /(LПηП).
Определяется сопротивление группового вертикального заземлителя, состоящего из n параллельно соединённых электродов:
RЗГВ = RЗО/(nηВ).
10. Определяется результирующее значение сопротивления группового искусственного заземлителя как результат параллельного соединения RЗГВ иRП :RИ =RЗГВ RП /(RЗГВ + RП).
Если RИ> RИД, то необходимо увеличить количество вертикальных электродов n и повторить расчёт начиная с п. 5.
Если RИ< 0,7 RИД, то при n >3 необходимо уменьшить количество вертикальных электродов n и повторить расчёт начиная с п. 5.
В любом случае конечное значение RИискусственного группового заземлителя не должно превышать величинуRИД .
Коэффициенты использования вертикальных электродов
и горизонтальной соединительной полосы
Отношение расстояния между электродами к их длине (a/LВ ) | При размещении электродов в ряд | При размещении электродов по контуру | ||||
n | ηВ | ηП | n | ηВ | ηП | |
1 | 2 | 0,85 | 0,85 | 4 | 0,69 | 0.45 |
4 | 0,73 | 0,77 | 6 | 0,61 | 0,40 | |
6 | 0,65 | 0,72 | 10 | 0,56 | 0,34 | |
10 | 0,59 | 0,62 | 20 | 0,47 | 0,27 | |
20 | 0,48 | 0,42 | 40 | 0,41 | 0,22 | |
2 | 2 | 0,91 | 0,94 | 4 | 0,78 | 0,55 |
4 | 0,83 | 0,80 | 6 | 0,73 | 0,48 | |
6 | 0,77 | 0,78 | 10 | 0,68 | 0,40 | |
10 | 0,74 | 0,75 | 20 | 0,63 | 0,32 | |
20 | 0,67 | O,56 | 40 | 0,58 | 0,29 | |
3 | 2 | 0,94 | 0,96 | 4 | 0,85 | 0,70 |
4 | 0,89 | 0,92 | 6 | 0,80 | 0,64 | |
6 | 0,85 | 0,88 | 10 | 0,76 | 0,56 | |
10 | 0,81 | 0,82 | 20 | 0,71 | 0,45 | |
20 | 0,76 | 0,68 | 40 | 0,66 | 0,39 | |
Содержание отчёта
1. Результаты испытаний изоляции, оформленные в виде таблицы.
2. Схема и результаты измерения сопротивления заземляющего устройства и выводы о его соответствии нормам.
3. Схема и результат измерения удельного сопротивления грунта, вывод о типе грунта.
4. Расчёт заземляющего устройства.
Контрольные вопросы
Изоляция, её виды, нормирование и контроль.
Заземление, его виды, нормирование и контроль.
Явления растекания тока в грунте.
Библиографический список
Долин П. А. Основы техники безопасности в электроустановках.М.: Энергоатомиздат, 1984, 2003.
Охрана труда в электроустановках /Под ред. Б. А. Князевского. М.: Энергоатомиздат, 1983.
Правила устройства электроустановок (ПУЭ). 2003.
4. Напряжения прикосновения и шага
Напряжение прикосновенияUПР— это напряжение, приложенное непосредственно к телу человека, или падение напряжения на электрическом сопротивлении тела человека. В случае нахождения человека за пределами заземлителя (x > rЗ) напряжение прикосновения определяется формулой
UПР = φЗ — φХ = IЗρ(1/rЗ– 1/х) /(2π),
где φЗ– потенциал заземленного корпуса установки, к которому прикасается человек;φХ– потенциал основания (грунта) под человеком.
Если человек находится на заземлителе (x ≤ rЗ), тоUПР = 0, а если он расположен за пределами зоны растекания (x > 20м),UПР =UЗ.
Напряжение шага(UШ) – это разность потенциалов между двумя точкамиx1 иx2 поверхности основания (грунта), с которыми контактируют ступни ног человека: UШ = φХ1 — φХ2 = IЗρ(1/x1 – 1/x2) /(2π),
где x1≤ x2.
Напряжение шага зависит от местоположения человека в зоне растекания и от длины шага LШ = x2 – x1. По мере удаления человека от заземлителя напряжение шага уменьшается и за пределами зоны растекания оно практически равно нулю. Максимальное напряжение шага соответствует случаю, когда одна нога человека находится на заземлителе, а вторая – за его пределами на расстоянии шага.
5. Измерение сопротивления заземляющих устройств
и удельного сопротивления грунта
Измерение сопротивления заземляющего устройствапроизводится периодически не реже1раза в год (летом при наибольшем просыхании или зимой при наибольшем промерзании грунта), после монтажа, при сдаче-приёмке, после реконструкции или ремонта электрооборудования.
Измерение сопротивления заземлителя может быть проведено различными способами. Одним из простейших является метод амперметра-вольтметра (рис. 2). Согласно данному методу измерительная цепь (рис. 2,а) содержит измерительный трансформатор ИТ, амперметрА, вольтметрВ, токовыйТи потенциальныйПизмерительные электроды, погружаемые в грунт Земли, и собственно испытуемый заземлительЗ. С помощью амперметра А измеряется величина токаIз,проходящего через заземлительЗи токовый электрод T, а с помощью вольтметра В – напряжениеUЗна заземлителе относительно потенциального электрода П,расположенного в точке грунта с условно нулевым потенциалом. В этом случае сопротивление заземлителяRЗ = UЗ /IЗ.
В
а б
Рис. 2. Измерение сопротивления заземлителя
Схема включения прибора М-416 для измерения сопротивления заземлителя показана на рис. 2,б. Изменяя положение ручки реохорда прибора (при нажатой кнопке Кн), добиваются установки стрелки индикатора на нулевую отметку и по шкале реохорда, градуированной в омах, определяют измеряемое сопротивление заземлителя.
И
Рис. 3. Схема измерения удельного сопротивления грунта
змерение удельного сопротивления грунтас помощью прибора М-416 осуществляется следующим образом (рис. 3). В исследуемом месте в грунт погружают четыре измерительных электродаT1, П1, П2иТ2. Токовые электроды T1иT2подключаются к выходным зажимам1и4источника переменного тока, встроенного в прибор, и предназначены для создания в земле измерительного токаIизм, а потенциальные электродыП1иП2подключаются к зажимам2и3и используются для измерения разности потенциалов (UИЗМ)между точками в местах их расположения.Напряжение UИЗМоказывается пропорциональным удельному сопротивлению грунтаρ, току IИЗМи зависит от расстояний между электродами. В результате удельное электрическое сопротивление грунта определяется по формуле
ρ = 2πаИЗМR,(4)
где R–показание прибора, 0м;аИЗМ = 8 м –расстояние между измерительными электродами для прибора М-416.
Экспериментальная часть
Измерение сопротивления изоляции электрооборудования, сопротивления заземляющего устройства и удельного сопротивления грунта осуществляется на измерительном стенде, который включает в себя измерительные приборы, модель трёхфазной электрической сети и имитатор грунта с электродами.
Измерение сопротивления изоляции электрооборудования осуществляется с помощью мегаомметра. Сопротивление изоляции трёхфазной электрической сети измеряется попарно между фазными проводами и между каждым фазным проводом и землей, а у понижающего трансформатора –между первичной и вторичной обмотками и экраном.
Порядок и особенности выполнения экспериментальных исследований приведены в материалах лабораторного стенда.
При расчете заземляющего устройства используется значение
ρРАСЧ =ρψ, (5)
где ψ– коэффициент, учитывающий влажность грунта, соответствующую варианту задания, и его тип, выбираемый в соответствии со значениемρ из таблицы стенда.
Данные по измеренным сопротивлениям изоляции заносятся в таблицу, указанную на стенде, и делаются выводы. На основе полученного значения ρРАСЧ для заданного варианта задания произвести расчет заземляющего устройства по нижеприведенной методике.
Расчёт заземляющего устройства
Целью расчёта заземляющего устройства являетсяопределение числа вертикальных электродов и длины соединительной полосы группового искусственного заземлителя, необходимых для удовлетворения нормативных требований. Исходной для расчёта величиной является определённое по формуле (5) значениеρРАСЧ.
Для однородного грунта порядок расчёта может быть следующим.
Согласно требованиям ПУЭ (см. с. 34) определяется нормативное значение сопротивления заземляющего устройства RЗУНдля электроустановок с рабочим напряжением до 1000 В. Если пренебречь сопротивлением заземляющего проводника, то допустимое сопротивление группового заземлителяRЗД = RЗУН.
При наличии естественного заземлителя (в данной работе – металлическая труба с заданной в таблице вариантов длиной LЕ) рассчитывается величина его сопротивления:
RЕ = {ρРАСЧ/(2πLЕ)}ln{(LЕ)2/(d h)},
где d= 0,05 м – диаметр трубы;h= 0,5 – 2 м – глубина расположения трубы в грунте (можно взять любое значение из указанного диапазона).
Если RЕ > RЗД , то параллельно естественному заземлителю необходимо подключить искусственный заземлитель с максимально допустимым сопротивлением RИД = RЕ RЗД /(RЕ — RЗД).
Если естественный заземлитель отсутствует, то в качестве допустимого значения сопротивления искусственного заземлителя следует принять: RИД = RЗД .
Определяется величина сопротивления одиночного вертикального заземлителя (электрода) длиной LВ, м (см. таблицу вариантов на измерительном стенде)RЗО=ρРАСЧ /LВ.
Ориентировочно определяется начальное число вертикальных электродов n = int[RЗО /RИД] + 1, гдеint[…] обозначает целую часть выражения, стоящего в скобках.
В соответствии с расположением вертикальных электродов по варианту задания определяют длину соединительной полосы LП с учетом расстояния между электродамиа, из заданного соотношенияa/LВ:
LП = a(n – 1) – если вертикальные электроды располагаются в ряд;
LП = an– если вертикальные электроды располагаются по контуру.
По таблице (см. с. 39) определяют коэффициенты использования вертикальных электродов ηВи соединительной полосыηП .
Определяется сопротивление соединительной полосы растеканию тока: RП =2ρрасч /(LПηП).
Определяется сопротивление группового вертикального заземлителя, состоящего из n параллельно соединённых электродов:
RЗГВ = RЗО/(nηВ).
10. Определяется результирующее значение сопротивления группового искусственного заземлителя как результат параллельного соединения RЗГВ иRП :RИ =RЗГВ RП /(RЗГВ + RП).
Если RИ> RИД, то необходимо увеличить количество вертикальных электродов n и повторить расчёт начиная с п. 5.
Если RИ< 0,7 RИД, то при n >3 необходимо уменьшить количество вертикальных электродов n и повторить расчёт начиная с п. 5.
В любом случае конечное значение RИискусственного группового заземлителя не должно превышать величинуRИД .
Коэффициенты использования вертикальных электродов
и горизонтальной соединительной полосы
Отношение расстояния между электродами к их длине (a/LВ ) | При размещении электродов в ряд | При размещении электродов по контуру | ||||
n | ηВ | ηП | n | ηВ | ηП | |
1 | 2 | 0,85 | 0,85 | 4 | 0,69 | 0.45 |
4 | 0,73 | 0,77 | 6 | 0,61 | 0,40 | |
6 | 0,65 | 0,72 | 10 | 0,56 | 0,34 | |
10 | 0,59 | 0,62 | 20 | 0,47 | 0,27 | |
20 | 0,48 | 0,42 | 40 | 0,41 | 0,22 | |
2 | 2 | 0,91 | 0,94 | 4 | 0,78 | 0,55 |
4 | 0,83 | 0,80 | 6 | 0,73 | 0,48 | |
6 | 0,77 | 0,78 | 10 | 0,68 | 0,40 | |
10 | 0,74 | 0,75 | 20 | 0,63 | 0,32 | |
20 | 0,67 | O,56 | 40 | 0,58 | 0,29 | |
3 | 2 | 0,94 | 0,96 | 4 | 0,85 | 0,70 |
4 | 0,89 | 0,92 | 6 | 0,80 | 0,64 | |
6 | 0,85 | 0,88 | 10 | 0,76 | 0,56 | |
10 | 0,81 | 0,82 | 20 | 0,71 | 0,45 | |
20 | 0,76 | 0,68 | 40 | 0,66 | 0,39 | |
Содержание отчёта
1. Результаты испытаний изоляции, оформленные в виде таблицы.
2. Схема и результаты измерения сопротивления заземляющего устройства и выводы о его соответствии нормам.
3. Схема и результат измерения удельного сопротивления грунта, вывод о типе грунта.
4. Расчёт заземляющего устройства.
Контрольные вопросы
Изоляция, её виды, нормирование и контроль.
Заземление, его виды, нормирование и контроль.
Явления растекания тока в грунте.
Библиографический список
Долин П. А. Основы техники безопасности в электроустановках.М.: Энергоатомиздат, 1984, 2003.
Охрана труда в электроустановках /Под ред. Б. А. Князевского. М.: Энергоатомиздат, 1983.
Правила устройства электроустановок (ПУЭ). 2003.
4. Напряжения прикосновения и шага
Напряжение прикосновенияUПР— это напряжение, приложенное непосредственно к телу человека, или падение напряжения на электрическом сопротивлении тела человека. В случае нахождения человека за пределами заземлителя (x > rЗ) напряжение прикосновения определяется формулой
UПР = φЗ — φХ = IЗρ(1/rЗ– 1/х) /(2π),
где φЗ– потенциал заземленного корпуса установки, к которому прикасается человек;φХ– потенциал основания (грунта) под человеком.
Если человек находится на заземлителе (x ≤ rЗ), тоUПР = 0, а если он расположен за пределами зоны растекания (x > 20м),UПР =UЗ.
Напряжение шага(UШ) – это разность потенциалов между двумя точкамиx1 иx2 поверхности основания (грунта), с которыми контактируют ступни ног человека: UШ = φХ1 — φХ2 = IЗρ(1/x1 – 1/x2) /(2π),
где x1≤ x2.
Напряжение шага зависит от местоположения человека в зоне растекания и от длины шага LШ = x2 – x1. По мере удаления человека от заземлителя напряжение шага уменьшается и за пределами зоны растекания оно практически равно нулю. Максимальное напряжение шага соответствует случаю, когда одна нога человека находится на заземлителе, а вторая – за его пределами на расстоянии шага.
5. Измерение сопротивления заземляющих устройств
и удельного сопротивления грунта
Измерение сопротивления заземляющего устройствапроизводится периодически не реже1раза в год (летом при наибольшем просыхании или зимой при наибольшем промерзании грунта), после монтажа, при сдаче-приёмке, после реконструкции или ремонта электрооборудования.
Измерение сопротивления заземлителя может быть проведено различными способами. Одним из простейших является метод амперметра-вольтметра (рис. 2). Согласно данному методу измерительная цепь (рис. 2,а) содержит измерительный трансформатор ИТ, амперметрА, вольтметрВ, токовыйТи потенциальныйПизмерительные электроды, погружаемые в грунт Земли, и собственно испытуемый заземлительЗ. С помощью амперметра А измеряется величина токаIз,проходящего через заземлительЗи токовый электрод T, а с помощью вольтметра В – напряжениеUЗна заземлителе относительно потенциального электрода П,расположенного в точке грунта с условно нулевым потенциалом. В этом случае сопротивление заземлителяRЗ = UЗ /IЗ.
В
а б
Рис. 2. Измерение сопротивления заземлителя
Схема включения прибора М-416 для измерения сопротивления заземлителя показана на рис. 2,б. Изменяя положение ручки реохорда прибора (при нажатой кнопке Кн), добиваются установки стрелки индикатора на нулевую отметку и по шкале реохорда, градуированной в омах, определяют измеряемое сопротивление заземлителя.
И
Рис. 3. Схема измерения удельного сопротивления грунта
змерение удельного сопротивления грунтас помощью прибора М-416 осуществляется следующим образом (рис. 3). В исследуемом месте в грунт погружают четыре измерительных электродаT1, П1, П2иТ2. Токовые электроды T1иT2подключаются к выходным зажимам1и4источника переменного тока, встроенного в прибор, и предназначены для создания в земле измерительного токаIизм, а потенциальные электродыП1иП2подключаются к зажимам2и3и используются для измерения разности потенциалов (UИЗМ)между точками в местах их расположения.Напряжение UИЗМоказывается пропорциональным удельному сопротивлению грунтаρ, току IИЗМи зависит от расстояний между электродами. В результате удельное электрическое сопротивление грунта определяется по формуле
ρ = 2πаИЗМR,(4)
где R–показание прибора, 0м;аИЗМ = 8 м –расстояние между измерительными электродами для прибора М-416.
Экспериментальная часть
Измерение сопротивления изоляции электрооборудования, сопротивления заземляющего устройства и удельного сопротивления грунта осуществляется на измерительном стенде, который включает в себя измерительные приборы, модель трёхфазной электрической сети и имитатор грунта с электродами.
Измерение сопротивления изоляции электрооборудования осуществляется с помощью мегаомметра. Сопротивление изоляции трёхфазной электрической сети измеряется попарно между фазными проводами и между каждым фазным проводом и землей, а у понижающего трансформатора –между первичной и вторичной обмотками и экраном.
Порядок и особенности выполнения экспериментальных исследований приведены в материалах лабораторного стенда.
При расчете заземляющего устройства используется значение
ρРАСЧ =ρψ, (5)
где ψ– коэффициент, учитывающий влажность грунта, соответствующую варианту задания, и его тип, выбираемый в соответствии со значениемρ из таблицы стенда.
Данные по измеренным сопротивлениям изоляции заносятся в таблицу, указанную на стенде, и делаются выводы. На основе полученного значения ρРАСЧ для заданного варианта задания произвести расчет заземляющего устройства по нижеприведенной методике.
Расчёт заземляющего устройства
Целью расчёта заземляющего устройства являетсяопределение числа вертикальных электродов и длины соединительной полосы группового искусственного заземлителя, необходимых для удовлетворения нормативных требований. Исходной для расчёта величиной является определённое по формуле (5) значениеρРАСЧ.
Для однородного грунта порядок расчёта может быть следующим.
Согласно требованиям ПУЭ (см. с. 34) определяется нормативное значение сопротивления заземляющего устройства RЗУНдля электроустановок с рабочим напряжением до 1000 В. Если пренебречь сопротивлением заземляющего проводника, то допустимое сопротивление группового заземлителяRЗД = RЗУН.
При наличии естественного заземлителя (в данной работе – металлическая труба с заданной в таблице вариантов длиной LЕ) рассчитывается величина его сопротивления:
RЕ = {ρРАСЧ/(2πLЕ)}ln{(LЕ)2/(d h)},
где d= 0,05 м – диаметр трубы;h= 0,5 – 2 м – глубина расположения трубы в грунте (можно взять любое значение из указанного диапазона).
Если RЕ > RЗД , то параллельно естественному заземлителю необходимо подключить искусственный заземлитель с максимально допустимым сопротивлением RИД = RЕ RЗД /(RЕ — RЗД).
Если естественный заземлитель отсутствует, то в качестве допустимого значения сопротивления искусственного заземлителя следует принять: RИД = RЗД .
Определяется величина сопротивления одиночного вертикального заземлителя (электрода) длиной LВ, м (см. таблицу вариантов на измерительном стенде)RЗО=ρРАСЧ /LВ.
Ориентировочно определяется начальное число вертикальных электродов n = int[RЗО /RИД] + 1, гдеint[…] обозначает целую часть выражения, стоящего в скобках.
В соответствии с расположением вертикальных электродов по варианту задания определяют длину соединительной полосы LП с учетом расстояния между электродамиа, из заданного соотношенияa/LВ:
LП = a(n – 1) – если вертикальные электроды располагаются в ряд;
LП = an– если вертикальные электроды располагаются по контуру.
По таблице (см. с. 39) определяют коэффициенты использования вертикальных электродов ηВи соединительной полосыηП .
Определяется сопротивление соединительной полосы растеканию тока: RП =2ρрасч /(LПηП).
Определяется сопротивление группового вертикального заземлителя, состоящего из n параллельно соединённых электродов:
RЗГВ = RЗО/(nηВ).
10. Определяется результирующее значение сопротивления группового искусственного заземлителя как результат параллельного соединения RЗГВ иRП :RИ =RЗГВ RП /(RЗГВ + RП).
Если RИ> RИД, то необходимо увеличить количество вертикальных электродов n и повторить расчёт начиная с п. 5.
Если RИ< 0,7 RИД, то при n >3 необходимо уменьшить количество вертикальных электродов n и повторить расчёт начиная с п. 5.
В любом случае конечное значение RИискусственного группового заземлителя не должно превышать величинуRИД .
Коэффициенты использования вертикальных электродов
и горизонтальной соединительной полосы
Отношение расстояния между электродами к их длине (a/LВ ) | При размещении электродов в ряд | При размещении электродов по контуру | ||||
n | ηВ | ηП | n | ηВ | ηП | |
1 | 2 | 0,85 | 0,85 | 4 | 0,69 | 0.45 |
4 | 0,73 | 0,77 | 6 | 0,61 | 0,40 | |
6 | 0,65 | 0,72 | 10 | 0,56 | 0,34 | |
10 | 0,59 | 0,62 | 20 | 0,47 | 0,27 | |
20 | 0,48 | 0,42 | 40 | 0,41 | 0,22 | |
2 | 2 | 0,91 | 0,94 | 4 | 0,78 | 0,55 |
4 | 0,83 | 0,80 | 6 | 0,73 | 0,48 | |
6 | 0,77 | 0,78 | 10 | 0,68 | 0,40 | |
10 | 0,74 | 0,75 | 20 | 0,63 | 0,32 | |
20 | 0,67 | O,56 | 40 | 0,58 | 0,29 | |
3 | 2 | 0,94 | 0,96 | 4 | 0,85 | 0,70 |
4 | 0,89 | 0,92 | 6 | 0,80 | 0,64 | |
6 | 0,85 | 0,88 | 10 | 0,76 | 0,56 | |
10 | 0,81 | 0,82 | 20 | 0,71 | 0,45 | |
20 | 0,76 | 0,68 | 40 | 0,66 | 0,39 | |
Содержание отчёта
1. Результаты испытаний изоляции, оформленные в виде таблицы.
2. Схема и результаты измерения сопротивления заземляющего устройства и выводы о его соответствии нормам.
3. Схема и результат измерения удельного сопротивления грунта, вывод о типе грунта.
4. Расчёт заземляющего устройства.
Контрольные вопросы
Изоляция, её виды, нормирование и контроль.
Заземление, его виды, нормирование и контроль.
Явления растекания тока в грунте.
Библиографический список
Долин П. А. Основы техники безопасности в электроустановках.М.: Энергоатомиздат, 1984, 2003.
Охрана труда в электроустановках /Под ред. Б. А. Князевского. М.: Энергоатомиздат, 1983.
Правила устройства электроустановок (ПУЭ). 2003.