Московский ордена ленина ордена трудового красного знамени институт инженеров железнодорожного транспорта

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Кафедра охраны труда

РАСЧЕТ И КОНТРОЛЬ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Методические указания к учебно-исследовательской лабораторной работе № 13

Москва — 1992

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА

И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ

ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Кафедра охраны труда

Утверждено

редакционно-издательским

советом института

РАСЧЕТ И КОНТРОЛЬ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Методические указания к учебно-исследовательской лабораторной работе № 13

по дисциплине «ОХРАНА ТРУДА»

Москва— 1992

 

Учитывая, что и , можно допустить: .Тогда ток, протекающий через тело человека, определится выражением

.

Таким образом, три R_ч = const (в расчетах принимается R_ч= 1000 Ом) величина тока, проходящего через тело человека, всецело зависит от R₃ и R_I. Причем, чем меньше R₃, тем меньше опасность поражения электрическим током.

Наибольшие допустимые значения R₃, установленные «Правилами устройства электроустановок» [1], приведены и табл. 1.

Защитное заземление эффективно только в тех случаях, когда ток замыкания на землю,не увеличивается с уменьше­нием сопротивления заземлителя. Это возможно в сетях лю­бого напряжения с изолированной нейтралью, где при замыкании

Таблица 1

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Расчет защитного заземления имеет целью определить основные параметры заземления — число, размеры и разме­щение вертикальных электродов, а также длину горизон­тальных соединительных шин, при которых общее сопротив­ление растеканию тока не превысит регламентированных ПУЭ значений.

Омическое сопротивление заземляющего устройства скла­дывается из сопротивления заземляющих проводников, заземлителя и переходного сопротивления между заземлителем.и грунтом (или сопротивления растеканию).

Два первых слагаемых по сравнению с третьим пренеб­режимо малы и в расчетах не учитываются.

Сопротивление растеканию зависит от размеров зазем-литслей, глубины их заложения, удельного сопротивления почвы, размещения и числа одиночных заземлителей в груп­повом.

Сопротивление растеканию одиночных заземлителей наи­более распространенных форм рассчитывается по формулам, приведенным в табл. 2.

В этих формулах ρ — расчетное удельное сопротивление грунта, т. е. сопротивление куба грунта с ребром длиной 1 м. Удельное сопротивление ρ имеет размерность (Ом • м).

Значение р земли колеблется в широких пределах: от де­сятка Ом-м до десятков тысяч Ом • м и зависит от многих факторов: влажности грунта, его состава и структуры, степени уплотненности, а также от времени года.

Род грунта непосредственно не оказывает влияния на его удельное сопротивление, поскольку сухой грунт любого рода практически не проводит тока. Однако различные грунты содержат неодинаковое количество растворимых веществ, обладают различной дисперсностью, имеют различную спо­собность удерживать свободную воду и поэтому, будучи увлажненными, оказывают различное сопротивление элек­трическому току (табл.3).

Влияние времени года на сопротивление грунта связано с изменением атмосферных условий.

В весенние и осенние месяцы дожди и тающий снег резко

 

 

увеличивают содержание влаги в почве, что приводит к уменьшению удельного сопротивления грунта.

Зимой и летом происходит увеличение удельного сопротивления грунта: зимой вследствие замерзания, а летом — испарения влаги. Причем более высокие значения ρ грунта наблюдаются зимой.

Таблица 3

Пример расчета защитного заземления

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Сопротивление растеканию защитного заземления может быть измерено несколькими способами с применением раз­личных приборов. В лабораторной работе используется пере­носной взрывобезопасный измеритель сопротивления зазем­ления типа М-416.

Прибор размещен в пластиковом корпусе с откидной крышкой. На лицевой стороне прибора расположены: руко­ятка переключателя пределов измерения, рукоятка реохор­да, кнопка включения прибора, регулятор чувствительности и четыре зажима для присоединения измерительных прово­дов, которые обозначены цифрами 1, 2, 3, 4. Этим прибором можно.измерить сопротивление заземления от 0,1 до 1000 Ом в диапазонах: 0,1—10; 0,5—50; 2—200 и 10—1000.

Принцип действия прибора М-416 основан на компенса­ционном методе измерения с применением вспомогательного заземлителя R_всп и потенциального электрода (зонда) R _z. Сущность компенсационного метода (рис. 4) заключается в уравновешивании напряжений, падающих на сопротивлении растеканию заземляющего устройства (R_x) и на колпброванном сопротивлении (R).

Калиброванный резистор R подключается к измерительному трансформатору Т_р с коэффициентом трансформа­ции 1. При этом ток в цепи калиброванного сопротивления I₂ по величине равен току, протекающему через испытуемое заземление I₁:

Передвигая подвижной контакт К, добиваются пулевого показания индикатора (мкА), что соответствует

 

так как

Принципиальная электрическая схема прибора М-416 приведена на рис.5.

Схема состоит из трех основных функциональных узлов: источника постоянного тока, преобразователя постоянного тока в переменный (генератора) и измерительного устрой­ства.

 

Принцип работы отдельных узлов прибора следующий.

Источником питания служат три последовательно соеди­ненных элемента напряжением по 1,5 -В. Постоянный ток преобразуется в переменный для исключения погрешностей.измерения, обусловленных электролизом грунтовых иод при протекании постоянного тока.

Преобразователь собран на транзисторах VI — V3. На транзисторе V1 с трансформатором Тр 1 собран задающий генератор, а на транзисторах V2 и V3 с трансформатором Тр2 — усилитель мощности.

Измерительное устройство состоит из трансформатора ТрЗ, сдвоенных резисторов R7 и R8 с циферблатом, галетного переключателя В1 и усилителя переменного тока с фазочувствительным синхронным детектором и индикатором.

Усилитель переменного тока предназначен для повыше­ния чувствительности прибора и выполнен на двух транзи­сторах V4 и V5 по схеме с общим эмиттером. На входе уси­лителя включен фильтр, состоящий из СЗ, С5 и Др1, с по­мощью которого практически.исключается влияние блужда­ющих переменных токов промышленной частоты.

Выход усилителя нагружен на фазочувствительный син­хронный детектор, выполненный на двух диодах ДЗ и Д4, включенных но схеме однополупериодного выпрямителя. Вы­прямленное напряжение поступает на индикатор ИП, в ка­честве которого служит микроамперметр магнитоэлектриче­ской системы.

При.измерении выход преобразователя (генератора) под­ключается к вспомогательному заземлителю R_всп (зажим 4) и через первичную обмотку трансформатора ТрЗ — к из­меряемому сопротивлению R_x (зажим 1). Таким образом, создается основная цепь.

Вторичная обмотка трансформатора ТрЗ подключается к специальному калиброванному резистору (реохорду) R1 или R8 в зависимости от величины измеряемого сопротивления.

При такой схеме включения, помимо основной цепи тока, через землю создается цепь тока через резистор R1 или R8. Схема обеспечивает равенство этих токов. Регулируя вели­чину калиброванного резистора,.изменяют напряжение на резисторе R9, включенном между движком реохорда и за­жимом 3. К зажиму 3 прибора подключается потенциальный электрод (зонд) R _z. Разностное напряжение с резистора R9 подается через усилитель и детектор на индикатор ИП.

 

 

Момент компенсации наступает при таком положении подвижного контакта К реохорда R7 (R8), при котором па­дение напряжения на нем pau.no падению напряжения на измеряемом сопротивлении R _х При этом ток в цепи инди­катора равен нулю.

Реохорд имеет оцифрованную шкалу, что позволяет не­посредственно определять измеряемое сопротивление в омах.

Порядок работы с прибором М-416 следующий.

После проверки работоспособности прибора (в режимах «Контроль питания» и «Контроль 5 Ом») собирают схему для измерения R _х. Переключатель диапазонов устанавлива­ют.в положение XI, а регулятор чувствительности поворачи­вают влево (в сторону уменьшения чувствительности). За­тем.нажимают кнопку питания и, вращая ручку реохорда, устанавливают стрелку индикатора на нуль, увеличивая чув­ствительность по мере приближения стрелки к нулю до мак­симальной.

Если измеряемое сопротивление окажется больше 10 Ом, переключатель диапазонов измерения ставят последователь­но в положение Х5, Х20 или Х100. Результат.измерения ра­вен произведению показания на шкале реохорда на множи­тель, указанный на отметке, соответствующей положению переключателя диапазонов.

В качестве вспомогательного заземлителя и зонда при­меняются стальные, неокрашенные стержни диаметром 0,01—0,02 м, длиной 0,8—1 м. Стержни забивают в грунт на глубину не менее 0,5 м.

Расстояние между.измеряемым заземлителем R_x, вспо­могательным заземлителем R _всп и зондом R_z принимают,в зависимости от устройства заземлителя R _х. Наименьшие расстояния, обеспечивающие приемлемую точность измере­ний, приведены на рис. 6.

Во время измерений прибор М-416 располагают как мож­но ближе к испытуемому заземлителю. Соединительные про­вода должны быть медными изолированными с сопротивле­нием 0,1—0,2 Ом.

При измерениях больших сопротивлений (от 10 до 1000 Ом), когда сопротивления соединительных проводов практически не влияют на величину измеряемого сопротив­ления заземления, зажимы прибора 1 и 2 соединяют пере­мычкой и присоединяют к измеряемому сопротивлению R_x одним проводом. При измерении малых сопротивлений (от 0,1 до 10 Ом), с величиной которых соизмеримо сопротивление

 

соединительных проводов, каждый зажим прибора при­соединяется к измеряемому сопротивлению отдельным проводом.

Измерение сопротивления заземляющего устройства про­изводится после монтажа, через год после включения в экс­плуатацию, а в последующем — при комплексном ремонте электроустановки, но не реже чем через 10 лет на электро­станциях, подстанциях,и линиях электропередачи энергоси­стем, через 3 года — на подстанциях потребителей и через 1 год—цеховых электроустановках потребителей.

Кроме периодических измерений, делают, и внеочеред­ные — после капитальных ремонтов или переустройства ес­тественных или искусственных заземлителей.

Испытания следует проводить в периоды наименьшей проводимости грунта: летом при наибольшем просыхании почвы, зимой при наибольшем ее промерзании.

Проверку оформляют актом, и результаты записывают в технический паспорт установки.

РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

1. Усвоить назначение, принцип действия, область приме­нения защитного заземления. Разобраться с устройством ес­тественных и искусственных заземлителей, заземляющих проводников.

2. Изучить компенсационный метод 'измерения сопротив­ления растеканию тока заземлителей. Ознакомиться с прин­ципиальной схемой.и правилам,!] пользования прибором М-416.

3. Собрать последовательно схемы для измерений сопро­тивлений R_x, R_z и R_nin (рис. 7), выполнить измерение этих величин прибором М-416, полученные результаты занести в отчет по лабораторной работе.

Заводской номер прибора.................................................................

Rx, Ом............................................................................................................................................

Rz, Ом.............................................................................................

Rвсп. Ом..........................................................................................................................................

4. По исходным данным, которые задаются преподавате­лем, выполнить расчет защитного заземления методом коэф­фициентов использования.

Напряжение электроустановки С, В.................................................

Расчетным ток замыкания на зем.лю / з. А.................................

 

Мощность питающих генераторов или трансформаторов Р

кВА.....................................................................................................

Форма вертикальных заземлителей................................................

 

Размеры вертикальных заземлптелей м:

d или by......................................................................................................

Глубина заложения b₀, м...................................................................

Расстояние между вертикальными заземлителями а, м

Ширина горизонтальной соединяющей полосы bп, м

Род грунта...........................................................

Климатическая зона............................................................................

Конфигурация заземлителя...............................................................

Примечание...........................................................................................

5. Результаты расчетов представить в виде следующих
выводов:

ρ_грунта Ом • м.......................................................................................

Коэффициенты сезонности Ψ

для вертикальных заземлителей.................................................

для горизонтальной полосы.....................................................

Сопротивление растеканию одиночнго вертикального зазем-

лителя R_B, Ом..................................................................................

Число вертикальных заземлнтелеп п, шт....................................

Длина соединяющей горизонтальной полосы L, м Сопротивление растеканию соединяющей полосы R_r, Ом Коэффициенты использования:

η_в ........................................................................................................................................:

η_г .......................................................................................................................................:

Сопротивление растеканию группового заземлителя Rгр. Ом

Допустимое сопротивление защитного заземления Rз. Ом

6. По заданию преподавателя рассчитать на ЭВМ EG 666/6 параметры заземляющего устройства, обеспечива­ющие минимум затрат металла при соблюдении требований на допустимую величину сопротивления. Указания о поряд­ке работы с ЭВМ EG 666/6 in программу вычислений полу­чить у лаборанта.

КОНТРОЛЬНЫЙ ВОПРОСЫ

I В чем состоит защитное действие заземления?

2. Как нормируется защитное заземление по допустимой величине
сопротивления растеканию электрического тока?

3. В каких электрических сетях защитное заземление не эффективно
и почему?

 

 

4. Какие электроустановки подлежат обязательному защитному за­ землению независимо от условий их эксплуатации?

5. Можно ли использовать алюминиевую оболочку силовых кабелей и качестве заземляющего проводника?

6. От чего зависит величина сопротивления растеканию одиночных заземлителей?

7. Как рассчитать сопротивление растеканию горизонтальной полосы, вертикального уголка, трубы?

8. Что такое удельное сопротивление грунта ρ? От чего оно зависит, в каких единицах измеряется?

9. Для чего нужны коэффициенты сезонности Ψ?

10. Что учитывается коэффициентами использования η? От чего за­висит их величина?

11. Какой метод измерения сопротивления заземления использован и приборе М-416, в чем его сущность?

12. С какой целью постоянный ток преобразуется в переменный при измерениях сопротивления заземляющих устройств?

13. Каковы контрольные сроки измерения сопротивления защитного заземления цеховых электроустановок потребителей?

 

 

 

Рис. 1. Прикосновение человека к заземленному корпусу электроустановки

при пробое изоляции: я — схема прикосновения; б — эквивалентная

схема замещения

 

 

Способы размещения вертикальных электродов в групповом заземлителе: а – в ряд; б – по контору.

 

 

 

Рис 3 Взаимное экранирование заземлителей при параллельном их включении

 

 

Рис 4. Схема измерения сопротивления заземления компенсационным методом

 

 

Рис 5. Принципиальная электрическая схема прибора М-416

 

 

Рис 6. Рекомендуемое взаимное расположение-электрвдов (зондовов) и минимальные расстояния между ними при измерении сопротивления: а— одиночных заземлителей; б – контурных заземлителей (D – наибольшая диагональ контура заземления)

 

 

 

Рис 7. Схема присоединения прибора М-416 для измерения: a- сопротивления Rx,

б - сопротивления Rz; в- сопротивления Rп.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Теоретическая часть..................................................... 3

2. Экспериментальная часть............................................... 9

 

2.1. Описание установке...................................................... 9

Порядок проведения работ 12

Содержание отчета. 16

Контрольные вопросы............................................................. 16

Список литературы............................................................. 18

При ложей не.............................................................................. 17

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Кафедра охраны труда