Практическое занятие № 7. Самостоятельная работа № 7

Решение

Самостоятельная работа № 7

Контакт токоведущих частей с землей

При замыкании на землю токоведущих частей электрического оборудования имеет место растекание тока. В результате на поверхности земли возникает электрический потенциал, который создает опасность шагового напряжения для человека (рис. 7.5).

Шаговое напряжение – напряжение между двумя точками поверхности на расстоянии человеческого шага, на которых человек стоит одновременно.

Рис. 7.5 – Шаговое напряжение

Величина шагового напряжения зависит от силы тока в проводнике, сопротивления грунта в месте замыкания и расстояния до него, а также длины человеческого шага. Точки поверхности, равноудаленные от места замыкания, имеют идентичный электрический потенциал, то есть эквипотенциальные поверхности имеют форму концентрических окружностей.

Под действием шагового напряжения ток идет относительно безопасным путем «нога-нога», но может вызвать судороги ног или падение, которое приводит к образованию других путей тока и росту напряжения шага.

Тяжесть поражения шаговым напряжением зачастую объясняется незнанием элементарных правил поведения в данном случае. Если нужно выйти из зоны напряжения шага или войти в нее для оказания первой помощи, это следует делать маленькими шагами, не превышающими длину стопы. Запрещается приближаться к месту замыкания на землю ближе, чем на 4 м в закрытых помещениях и на 8 м – на открытой местности.

РАСЧЕТ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ ДЛЯ УСТАНОВОК С НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В

Цель работы: освоить алгоритм расчета защитного заземления для электрических установок напряжением до 1 000 В.

Задача 1. Методом коэффициентов использования провести расчет защитного заземления электрической установки до 1000 В, выполненного уголковым прокатом № 5 длины l = 3 м с глубиной заложения h = 0,8 м в глинистой почве.

Среднегодовая низкая температура в Луганской области составляет -5°С, тогда по Приложению Т находим коэффициент сезонности для стержневых заземлителей

φ = 1,3.

По табл. 7.1 определяем удельное сопротивление грунта в месте установки заземлителей

ρ_гр = 40 Ом·м.

Расчетное удельное сопротивление грунта в месте установки заземлителей находим по формуле

Ом·м.

По сортаменту прокатных профилей находим ширину полки равностороннего уголка № 5

b = 50 мм,

тода диаметр заземлителя

d = 0,95· b = 0,95·50 = 47,5 мм = 0,0475 м.

Таблица 7.1 – Удельное электрическое сопротивление грунтов ρ_гр

Тип грунта	Расчетное значение, Ом·м	Возможные пределы, Ом·м
Глина		8…70
Суглинок		40…150
Песок		400…700
Супесок		150…400
Торф		-
Чернозем		9…53
Садовая земля		30…60

Находим расстояние t от поверхности земли до середины заземлителя (рис. 7.6)

(м).

Рис. 7.6 – Схема вертикального заземлителя

Определяем сопротивление растекания тока в земле одного вертикального заземлителя по формуле

Допустимое значение сопротивления защитного заземления (согласно Приложения С) для установок напряжением до 1000 В принимаем равным

R_норм = 4 (Ом),

тогда ориентировочное количество вертикальных заземлителей

Расстояния между заземлителями берем одинаковые и равные

а = 3 м,

а отношение расстояния между заземлителями к их длине

Из Приложения Е по найденому коэффициенту К определяем коэффициент использования вертикальних электродов

η_в = 0,74.

Окончательное число вертикальних заземлителей

Окончательно принимаем п = 5 электродов.

Длину горизонтального заземлителя, соединяющего расположенные в ряд вертикальные заземлители, находим по формуле

м.

Горизонтальный заземлитель выполняем в виде стальной ленты толщины b₁ = 30 мм, проложенной на глубине h ₁ = 80 см. Сопротивление горизонтального заземлителя

Ом.

Коэффициент использования η_г горизонтального заземлителя при расположении в ряд вертикальных заземлителей определяем по табл. 7.2

Таблица 7.2 – Коэффициент использования горизонтального заземлителя

Коэффициент К	Количество заземлителей в ряду
	0,77	0,62	0,42	0,31
	0,89	0,75	0,56	0,46
	0,92	0,82	0,68	0,58

В нашем случае К = 1 и п = 5, по этому приблизтельно получаем

η_г = 0,77.

Тогда общее сопротивление заземляющего устройства

Ом.

Полученное значение сопротивления искусственного заземлителя не превышает допустимого значения сопротивления защитного заземления по ПУЭ

R < R_норм = 4 Ом,

поэтому заземляющее устройство расчитано верно.

Задание к самостоятельной работе № 7

Методом коэффициентов использования провести расчет защитного устройства заземления ЭУ до 1000 В, выполненного уголковым прокатом длины l с глубиной их заложения h в почве заданного типа. Размещение заземлителей в ряд, горизонтальный заземлитель имеет вид стальной ленты толщины b₁, проложенной на глубине h₁. Данные для расчета взять из табл. 7.3.

Таблиця 7.3

№	Тип грунта	l, м	h, м	b1, мм	h1, м	№ уголка
	Глина	2,0	0,5		0,8
	Суглинок	2,5	0,6		0,7	4,5
	Песок	3,0	0,7		0,8
	Супесок	2,0	0,8		0,7	5,6
	Торф	2,0	0,5		0,8
	Чернозем	2,5	0,6		0,7	6,3
	Садовая земля	3,0	0,7		0,7
	Глина	2,0	0,8		0,7	4,5
	Глина	2,5	0,5		0,8
	Суглинок	3,0	0,6		0,7	5,6
	Песок	2,0	0,7		0,8
	Супесок	2,5	0,8		0,8	4,5
	Торф	3,0	0,5		0,7
	Чернозем	2,0	0,6		0,8	5,6
	Садовая земля	2,5	0,7		0,7
	Глина	3,0	0,8		0,8	4,5
	Суглинок	2,0	0,5		0,8
	Песок	2,5	0,6		0,7	5,6
	Супесок	3,0	0,7		0,8
	Торф	2,0	0,8		0,8	4,5
	Чернозем	2,5	0,5		0,8
	Садовая земля	3,0	0,6		0,8	5,6
	Глина	2,0	0,7		0,7
	Суглинок	2,5	0,8		0,8	4,5
	Песок	3,0	0,5		0,8
	Супесок	2,0	0,6		0,8	5,6
	Торф	2,5	0,7		0,7
	Чорнозем	3,0	0,8		0,7	4,5
	Садовая земля	2,0	0,5		0,8
	Глина	2,5	0,6		0,8	5,6

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Цель работы: изучение средств защиты от поражения электрическим током, приборов и методов измерения сопротивления защитного заземления в электрических сетях напряжением до 1000 В.

Приборы и инструменты: мегомметр МС-08, групповые заземлители, вспомогательный заземлитель, компенсационный заземлитель-зонд, соединительные провода.

Теоретическая часть

Одним из эффективных методов защиты от поражения током является применение защитного заземления – соединение с землей металлических нетокопроводящих частей электрических установок.

Принцип действия защитного заземления заключается в снижении до безопасной величины электрического потенциала, под которым могут оказаться металлические нетоковедущие части электрических установок в результате аварийной ситуации. За счет заземления между частью установки, которая оказалась под напряжением, и землей образуется соединение высокой проводимости (малого сопротивления). Поэтому ток, проходящий через тело человека, включившегося параллельно в электрическую цепь, не является опасным для его жизни.

Защитному заземлению подлежат все металлические нетоковедущие части ЭУ, которые вследствие выхода из строя коммутационной аппаратуры или изоляции могут оказаться под напряжением, и к которым могут прикоснуться люди или животные.

В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных помещениях заземление выполняется при напряжении переменного тока более 42 В и постоянного тока – более 110 В; в помещениях без повышенной опасности более 380 В и 440 В соответственно.

В зависимости от расположения по отношению к заземляемому оборудованию, защитное заземление подразделяется на выносное и контурное (рис. 7.7). В качестве искусственных заземлителей используются стальные стержни диаметром 10...20 мм и длиной 3...7 м; уголковые равносторонние профили №№ 3 – 6,3; стальные трубы диаметром 30...50 мм и длиной 2,5...3 м, а также стальные шины с площадью поперечного сечения не менее 100 мм².

Заземляющие устройства забиваются вертикально в грунт на глубину 0,7...0,8 м и соединяются между собой заземляющим проводником (стальной шиной) с помощью сварки. В качестве заземляющего проводника при внешней и подземной укладке используют ленточную сталь площадью сечения не менее 48 мм², внутри помещений – сечением не менее 24 мм², а также сталь круглого сечения диаметром 5...6 мм².

Рис. 7.7 – Виды защитных заземлений: а – выносное, б – контурное; 1 – заземлитель, 2 – электрическое оборудование, 3 – соединительные провода

Заземляемое оборудование присоединяется параллельно к контуру защитного заземления с помощью отдельных проводников (рис. 7.8), которые крепятся к оборудованию при помощи сварки или болтового соединения.

Рис. 7.8 – Схема заземления электроустановок: 1 – заземлитель, 2 – электрический двигатель, 3 – заземляющие проводники

Заземляющие проводники прокладываются открыто по стенам зданий, так как они всегда должны быть доступны к осмотру. Качество креплений защитного заземления проверяют регулярно, а измерение его сопротивления выполняют один раз в год. В любое время года в ЭУ до 1000 В сопротивление защитного заземления не должно превышать 4 В.

Измерение сопротивления защитного заземления можно выполнить методом амперметра-вольтметра с помощью мегомметра типа МС с использованием вспомогательного заземлителя и потенциального электрода-зонда, расположенных на достаточном расстоянии от исследуемого заземлителя (рис. 7.9).

Рис. 7.9 – Схема измерения сопротивления защитного заземления

Источником тока в приборе является генератор постоянного тока, приводящийся во вращение при помощью ручки. Постоянный ток генератора преобразуется в переменный для внешней цепи с помощью прерывателя, благодаря чему можно исключить явление электролиза, и затем – обратно в постоянный для цепей амперметра и вольтметра.

Для исключения погрешности градуировка прибора проведена для некоторой величины потенциального сопротивления цепи (зонда) которое превышает 1000 Ом. Поэтому перед проведением измерений при подключенных к прибору заземлителях потенциальная цепь выравнивается по своим сопротивлениям до величины, при которой производилась градуировка. Для этой цели служит реостат потенциальной цепи и переключатель.

Данный прибор имеет три предела измерений: 0...10 Ом, 0...100 Ом 0...1000 Ом. На клеммовой панели прибора находятся четыре выходные зажима – два для тока (I ₁ и I ₂) и два для напряжения (Е ₁ и Е ₂).

Другим методом измерения сопротивления защитного заземления является метод трех измерений, суть которого заключается в измерении силы тока и напряжения на каждой паре электродов, как показано на рис. 7.10. Результатом каждого из измерений является сопротивление пары заземлителей растеканию тока

Рис. 7.10 – Схема метода трех измерений

После этого сопротивление защитного заземления определяют по формуле

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с конструкцией мегаомметра, подключить его к исследуемому заземлению по схеме, показанной на рис. 7.9.

2. Произвести регулировку прибора, для этого переключатель установить в положение «Регулировка», после чего одновременно вращать ручку генератора с частотой 90...120 об/мин и ручку реостата до совпадения стрелки индикатора с красной чертой на шкале прибора.

3. Перевести переключатель в положение «Измерение х» и провести измерение сопротивления защитного заземления.

4. Уточнить измерение при положении переключателя х = 0,1 или х = 0,01. Измерения провести три раза, после чего определить среднее значение.

5. Результаты измерений сравнить с нормативными значениями (Приложение С), после чего сделать выводы о соответствии заземляющего устройства нормам электробезопасности.

6. Данные измерений и расчетов занести в отчет.

Вопросы для самоконтроля

1. В чем заключается назначение защитного заземления?

2. Как конструктивно выполняется защитное заземление?

3. При каком напряжении переменного тока корпуса электрических установок подлежат обязательному заземлению в помещениях с повышенной опасностью?

4. При каком напряжении постоянного тока корпуса электрических установок подлежат обязательному заземлению в помещениях с повышенной опасностью?

5. В чем заключается принцип действия защитного зануления?

6. В каких электрических сетях выполняется защитное зануление?

7. В чем заключается суть метода трех измерений?

8. Существует ли разница в принципе действия защитного заземления и защитного зануления?

РАЗДЕЛ 8. ЗАЩИТА ОТ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Дата добавления: 2017-01-13