Учебная работа. Измерение сопротивлений изоляции и заземления

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Измерение сопротивлений изоляции и заземления

Содержание:

Цель
работы

.
Электрическая изоляция

2.
Заземление

.
Процесс растекания электрического тока в грунте

.
Напряжения прикосновения и шага

.
Измерение сопротивления заземляющих устройств и удельного сопротивления грунта

Заключение

Библиографический
список

электрический изоляция заземление

Цель работы: получить тока в грунте Земли;
о методах измерения сопротивлений изоляции, заземляющих устройств, удельного
сопротивления грунта; познакомиться с упрощенным методом расчёта заземляющих
устройств.

1. Электрическая изоляция

Электрическая изоляция — важнейшее средство
обеспечения электробезопасности. наиболее важной характеристикой изоляции
является величина её электрического сопротивления.

Действие переменных токов меньших 0,5 мА
(пороговое человека. Согласно ГОСТ 12.1.038-82* переменный ток частотой 50 Гц, протекающий
через тело человека при нормальном (неаварийном) режиме работы электроустановки
и времени воздействия не более 10 мин в сутки, не должен превышать 0,3 мА.

В электроустановках используется несколько видов
изоляции. Рабочая изоляция обеспечивает нормальное функционирование
электроустановки. Она выбирается исходя из технических требований, поэтому
надежность защиты человека не всегда оказывается приемлемой. Дополнительная
(защитная) изоляция — независимая изоляция, являющаяся дополнением к рабочей
изоляции и предназначенная для защиты человека от поражения электрическим током
при повреждении рабочей изоляции. Двойная изоляция — это совокупность рабочей и
дополнительной изоляции, при которой доступные прикосновению части
электроустановки не приобретают опасного напряжения при повреждении только
рабочей или только защитной (дополнительной) изоляции. Усиленная изоляция — это
улучшенная с учетом требований электробезопасности рабочая изоляция,
обеспечивающая такую же степень защиты от поражения электрическим током, как и
двойная. Она может быть однослойной или иметь несколько слоев, конструктивно
выполненных так, что каждую из составляющих изоляции отдельно испытать нельзя.
Двойную или усиленную изоляцию обязательно должны иметь устройства бытового и
аналогичного общего применения.

В электроустановках с двойной изоляцией должна
быть полностью исключена возможность прикосновения человека к неизолированным
металлическим частям устройства, которые могут оказаться под напряжением при
повреждении рабочей изоляции. Электроустановки с двойной или усиленной
изоляцией не следует заземлять или занулять, поэтому они не имеют
соответствующих присоединительных элементов.

В качестве дополнительной изоляции наиболее
широко используют пластмассовые корпуса, ручки, втулки и т. п. однако
устройство с двойной изоляцией может иметь корпус или другие части, доступные
прикосновению и выполненные из металлов. В этом случае их отделяют от всех
металлических конструктивных элементов электроаппарата, которые могут оказаться
под напряжением (шасси, оси регуляторов, статоры электродвигателей и т.п.),
изолирующими слоями.

электрическая изоляция должна выдерживать
предельно возможные в условиях эксплуатации электрические, механические и
тепловые нагрузки, соответствовать требованиям электробезопасности.

Для обеспечения надежности изоляции при выборе
ее материала и параметров следует учитывать ряд факторов и требований. К ним
относятся вид, назначение, особенности электроустановки и ее элементов,
напряжения и токи, возможные электрические перегрузки, механические,
термические и химические воздействия, параметры среды, требования пожарной
безопасности, малой токсичности и др.

Со временем из-за старения и негативно
действующих эксплуатационных факторов (резкие перепады температуры, чрезмерная
увлажненность или сухость воздуха, загрязнения среды, механические и
электрические перегрузки и т.п.) параметры изоляции, влияющие на опасность
поражения током, могут ухудшиться. Поэтому систематически следует проводить
профилактические осмотры состояния изоляции, устранять выявленные дефекты и
осуществлять контроль изоляции — измерять ее активное сопротивление.

Различают непрерывный и периодический контроль
изоляции.

Непрерывный контроль постоянно осуществляется в
действующей электроустановке, находящейся под напряжением, автоматическими
устройствами. Устройства непрерывного контроля позволяют осуществлять
постоянное наблюдение за состоянием электрической изоляции. Они могут
автоматически сигнализировать о случаях возникновения каких-либо дефектов
изоляции, что позволяет принять меры для быстрого поиска, устранения
повреждения и исключить длительное существование опасной ситуации. Непрерывный
контроль изоляции используется в сетях с изолированной нейтралью, в которых
электрическая изоляция (как средство защиты от поражения током) играет
исключительно важную роль.

Периодический контроль изоляции — это измерение
ее активного сопротивления в установленные Правилами сроки, а также после
проведения планово-предупредительных работ, ремонта, монтажа. В помещениях без
повышенной опасности (в них отсутствуют химически активная среда и признаки
повышенной опасности: относительная влажность воздуха более 75 %,
токопроводящие пыль или пол, температура воздуха более 35 0С;
возможность одновременного прикосновения к металлическим корпусам
электрооборудования и металлическим элементам зданий, имеющих соединение с
землей) периодичность измерения -1 раза в 3 года. В помещениях с повышенной
опасностью, где действует лишь один из признаков повышенной опасности и
отсутствуют химически активная среда и особая сырость (относительная влажность
близка к 100 %), измерения должны проводиться 1 раз в год. В особо опасных
помещениях (в них действует не менее двух признаков повышенной опасности или же
химически активная среда, или особая сырость) изоляцию контролируют 2 раза в
год. Изоляцию переносного электроинструмента проверяют перед выдачей на руки
для пользования, после ремонта и периодически — 1 раз в месяц.

Все измерения, связанные с периодическим
контролем изоляции, должны осуществляться при обесточенном участке
электрической сети и отключенных электроустановках. К токоведущим элементам,
изоляция между которыми контролируется, в процессе измерения прикладывается
измерительное напряжение, повышенное относительно напряжения электрической
сети, что обеспечивается специальными измерительными приборами — мегаомметрами.

Мегаомметр предназначен для измерения
сопротивлений и испытания на электрическую прочность (т. е. на отсутствие
электрического пробоя) изоляции электрооборудования, не находящегося под
напряжением. В процессе контроля в мегаомметре формируется измерительное
напряжение постоянного тока, прикладываемое к объекту испытания. Величина этого
напряжения регламентирована Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) [3] и
может быть равной от 100 до 2500 В.

В мегаомметрах М4100, М1101 для получения
измерительного напряжения используется встроенный электромеханический
генератор, приводимый в действие путем вращения от руки. Скорость вращения
указывается в паспорте (обычно 1-2 об/с). В приборе Ф4101 для формирования
измерительного напряжения используется электронный преобразователь
низковольтного напряжения элементов питания в высоковольтное со значениями о
100 до 1000 В.

В процессе измерения не следует прикасаться к
соединительным проводам, клеммам и элементам испытуемой цепи для исключения
протекания тока через тело работающего с прибором.

При контроле сетевых электропроводок измеряют
сопротивления изоляции на отдельных, предварительно обесточенных и
отсоединенных от остальной части сети участках. Под участком электрической сети
в данном случае понимают её часть, расположенную между двумя смежными
аппаратами защиты (плавкими предохранителями, автоматическими выключателями)
или за последним из них и нагрузкой.

Перед измерениями ограничивающие участок
автоматы защиты отключают, плавкие вставки предохранителей удаляют, принимают
меры для разряда емкостей с целью снятия возможных остаточных зарядов. Участок
сети оказывается обесточенным. В силовых цепях отключают все электроприемники
(приборы, оборудование), в осветительных цепях вывинчивают (вынимают) лампы, а
штепсельные розетки, выключатели и групповые щитки оставляют присоединенными.

после этого на исследуемом участке сети
мегаомметром измеряют сопротивления изоляции между каждым проводом и землей
(заземленным корпусом), а также между двумя любыми проводами.

Согласно ПУЭ контролируемое сопротивление
изоляции на каждом участке сети с напряжением до 1 кВ должно быть не менее 500
кОм.

после окончания контроля участки сети подключают
друг к другу, включают потребители и их сопротивления изоляции оказываются
соединенными параллельно. Разветвленная сеть имеет большое число участков,
поэтому результирующее сопротивление изоляции сети в целом может составлять,
например, десятки кОм.

В электроинструментах сопротивление рабочей
изоляции должно быть не менее 2 МОм, а усиленной или двойной — 7 МОм.

Выводы о соответствии сопротивлений изоляции
требованиям ПУЭ делают на основе сравнения измеренных значений сопротивлений с
нормативными.

. Заземление

электрический изоляция заземление сопротивление

Заземлением называется преднамеренное
электрическое соединение какого-либо элемента электроустановки (ЭУ) с землей. В
зависимости от назначения различают несколько видов заземления.

Рабочее заземление предназначено для выполнения
технических требований и обеспечивает нормальное функционирование ЭУ. При этом
может заземляться какая-либо точка токоведущей части ЭУ, например нейтраль
источника питания сети (трансформатора, генератора).

Молниезащитное или грозозащитное заземление
используют для защиты от молний и атмосферных перенапряжений.

Защитное заземление специально предназначено для
обеспечения электробезопасности и позволяет уменьшить напряжение, приложенное к
телу человека, до длительно допустимого значения. При этом заземляют
металлические нетоковедущие части (корпус) электроустановки, доступные
прикосновению человека, которые могут оказаться под напряжением, например,
из-за повреждения изоляции фазного проводника сети.

Заземления электроустановок различных
назначений, территориально приближенных одна к другой, рекомендуется
конструктивно и электрически объединять в одно общее устройство заземления.

Для реализации заземления заземляемый элемент ЭУ
соединяют с помощью заземляющего проводника с заземлителем, надежно
контактирующим с землей и предназначенным для отвода в неё тока.

Заземляющий проводник с двумя или более
ответвлениями называется магистралью заземления. Присоединение заземляемых
частей ЭУ к магистрали заземления осуществляется с помощью отдельных
проводников, последовательное подключение не допускается. Соединения
заземляющих проводников между собой должны выполняться посредством сварки, а
для присоединения их к заземляемым частям ЭУ можно использовать также болтовые
соединения.

Совокупность заземлителя и заземляющих
проводников представляет собой заземляющее устройство

Заземлитель — это проводник или группа
электрически соединенных проводников, непосредственно контактирующих с грунтом
Земли. К заземлителю подключаются (заземляются) нетоковедущие (при нормальном
режиме работы) элементы электроустановок (например, их корпуса). Различают
естественные и искусственные заземлители, которые могут использоваться как
отдельно, так и совместно.

Естественные заземлители — непосредственно
контактирующие с грунтом Земли электропроводящие элементы коммуникаций, зданий
и сооружений, специально не предназначенные для целей заземления, но
используемые как заземлители. К ним относятся, например, металлические
водопроводные трубы, проложенные в земле, арматура железобетонных фундаментов,
обсадные трубы скважин. Запрещается использовать в качестве естественных
заземлителей трубопроводы горючих жидкостей, взрывоопасных или горючих газов и
смесей, а также трубопроводы, покрытые изолирующим слоем для защиты от
коррозии.

Согласно ПУЭ для заземления рекомендуется в
первую очередь использовать естественные заземлители.

Искусственные заземлители специально
предназначены для целей заземления и обычно изготовляются из стали. Их
применяют, если естественные заземлители отсутствуют или не удовлетворяют
требованиям электробезопасности. Искусственные и естественные заземлители
включают параллельно.

Различают одиночные (одноэлектродные)
искусственные заземлители и групповые (многоэлектродные), состоящие из
электрически соединённых, чаще всего вертикальных электродов, расположенных в
ряд или по контуру.

Одиночный заземлитель обычно представляет
стальной электрод (стержень, труба, полоса, уголок), погруженный в землю
вертикально (вертикальный заземлитель) или горизонтально (горизонтальный
заземлитель). Обычно используют групповые заземлители, вертикальные электроды
которых подключают сваркой к соединительной полосе. Соединительную полосу,
расположенную в грунте, можно рассматривать как горизонтальный заземлитель,
подключенный параллельно вертикальному заземлителю, состоящему из группы
вертикально погруженных в грунт электродов.

Глубиной заложения заземлителя называется
расстояние от поверхности грунта до верхнего конца вертикального электрода или
до горизонтального электрода (соединительной полосы). Для группового
заземлителя глубину заложения выбирают в пределах 0,5 — 0,7 м.

Вертикальные электроды обычно имеют длину до
нескольких метров и представляют собой стальные стержни диаметром не менее 10
мм или трубы диаметром 50 — 60 мм с толщиной стенок не менее 3,5 мм. Их
погружают в грунт путем забивания, ввертывания или заглубления вибраторами.
Полосовая сталь соединительной полосы должна иметь сечение не менее 48 мм2
при толщине не менее 4 мм.

. Процесс растекания электрического тока в
грунте

При замыкании токоведущих элементов
электрооборудования на заземлённый металлический корпус или, например, при
падении токоведущего провода на землю в грунте Земли возникает процесс
растекания электрического тока.

Анализ процессов растекания электрического тока
в грунте лежит в основе теории заземляющих устройств и сводится к выявлению
распределения потенциалов в окрестности заземлителя.

Наиболее простым является случай, когда ток
замыкания IЗ
растекается в однородном грунте через полусферический заземлитель с радиусом rЗ
равномерно
по всем направлениям (рис.1).

Рис. 1. процесс растекания электрического тока в
грунте

Рассмотрим величину разности потенциалов
(напряжения), которая может возникнуть между произвольной точкой с координатой x,
расположенной в окрестности заземлителя, и бесконечно удалённой точкой (с координатой
x = ∞): UХ
= φХ — φ∞
, потенциал которой условно принимают равным нулю. поэтому
= φХ .

Согласно закону Ома в дифференциальной форме
напряженность электрического поля EХ
= jХ ρ
,

где jХ
= IЗ /

— плотность тока через полусферическую поверхность SХ
=
2πx2,
x — радиус
воображаемой полусферы, ρ
— удельное электрическое сопротивление грунта.

Сопротивление ρ
зависит от вида грунта, его структуры, влажности и температуры. При увеличении
влажности грунта ρ
обычно уменьшается, а при его промерзании — значительно увеличивается.

Падение напряжения в элементарном слое грунта
толщиной dx
dUX = EXdx
= jХ ρdx
={IЗρ/(2πx2)}dx.

Интегрируя полученное выражение по всему
расстоянию от данной точки x
до бесконечно удалённой точки, получаем зависимость величины напряжения (или
потенциала) от расстояния до заземлителя:

                      (1)

полученная зависимость показана на рис. 1.

Область грунта вокруг заземлителя, в пределах
которой возникает практически заметная разность потенциала,
называется зоной растекания электрического тока, за пределами которой
расположена зона условно нулевого потенциала. Считают, что граница зоны
растекания находится на расстоянии 20 м от места стекания тока в землю.

Сопротивление металлического заземлителя пренебрежимо
мало, поэтому потенциалы всех его точек оказываются практически одинаковыми и
равными величине потенциала, образующегося в точке соприкосновения заземлителя
с грунтом.

поэтому потенциал самого заземлителя φЗ
или напряжение относительно точки с нулевым потенциалом UЗ
определяются соотношением


= φЗ = IЗρ/(2πrЗ).
               (2)

Для характеристики свойств заземлителя вводят
понятие сопротивление
заземлителя — отношение напряжения UЗ
к току IЗ,
стекающему через заземлитель в грунт: RЗ
= UЗ
/IЗ =
ρ/2πrЗ
.

На практике часто используют групповые
заземлители. Если отдельный одиночный заземлитель обладает сопротивлением RЗО,
то сопротивление группового вертикального заземлителя
определяется по формуле: RЗГВ
= RЗО
/(nηВ),
(3)

где n
— число заземлителей в группе; коэффициент ηВ
< 1 учитывает взаимовлияние отдельных заземлителей друг на друга, если их зоны
растекания пересекаются (если расстояние между ними меньше 40 м).

Сопротивление заземляющего устройства (RЗУ)
— сумма сопротивлений заземлителя RЗ
и заземляющего проводника RЗП:
RЗУ =
RЗ +
RЗП.
поэтому сопротивление заземляющего проводника при расчетах следует учитывать,
хотя обычно выбирают RЗП
<< RЗ. В ПУЭ [3] нормируют сопротивление заземляющего устройства. В электроустановках напряжением до 1000 В RЗУН ≤ 4 Ом. При мощности генератора или трансформатора до100 кВ∙А RЗУН

10 Ом. Если удельное сопротивление грунта ρ > 500
0м∙м, то указанные значения RЗУН
допускается
повысить в 0,002ρ раз, но не
более чем в 10 раз.

. Напряжения прикосновения и шага

Напряжение прикосновения UПР
— 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),
то UПР =
0, а если он расположен за пределами зоны растекания (x
> 20 м), UПР
= UЗ.

Напряжение шага (UШ)
— это разность потенциалов между двумя точками x1
и x2 поверхности
основания (грунта), с которыми контактируют ступни ног человека:


= 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.

. Измерение сопротивления заземляющих устройств
и удельного сопротивления грунта

Измерение сопротивления заземляющего устройства
производится периодически не реже 1 раза 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, амперметр А, вольтметр В,
токовый Т и потенциальный П измерительные электроды, погружаемые в грунт Земли,
и собственно испытуемый заземлитель З. С помощью амперметра А измеряется
величина тока Iз,
проходящего через заземлитель З и токовый электрод T,
а
с помощью вольтметра В — напряжение UЗ
на заземлителе относительно потенциального электрода П, расположенного в точке
грунта с условно нулевым потенциалом. В этом случае сопротивление заземлителя

RЗ =
UЗ /IЗ.

В лабораторной работе используется переносной
прибор М-416.

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.

Рис. 3. Схема измерения удельного сопротивления
грунта

Измерение удельного сопротивления грунта с
помощью прибора М-416 осуществляется следующим образом (рис. 3). В исследуемом
месте в грунт погружают четыре измерительных электрода T1,
П1, П2 и Т2. Токовые электроды T1
и T2
подключаются к выходным зажимам 1 и 4 источника переменного тока, встроенного в
прибор, и предназначены для создания в земле измерительного тока Iизм, а
потенциальные электроды П1 и П2 подключаются к зажимам 2
и 3 и используются для измерения разности потенциалов (UИЗМ)
между точками в местах их расположения.

Напряжение UИЗМ
оказывается пропорциональным удельному сопротивлению грунта
ρ,
току IИЗМ
и 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.

Заключение

Применение электрической изоляции в
электроустановках необходимо для достижения двух основных целей:

·  
обеспечение
работоспособности электроустановок;

·  
обеспечение
защиты обслуживающего персонала от поражения электрическим током.

Защитные функции электрической изоляции
заключаются в отделении человека от токопроводящих элементов изолирующим слоем
(диэлектриком) с большим электрическим сопротивлением. В случае контакта
человека с электрической изоляцией токопроводящих элементов электрическая
изоляция позволяет, исключая непосредственный контакт человека с
токопроводящими элементами, существенно уменьшить ток через тело человека.

Библиографический список

1. Долин
П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. М.: Энергоатомиздат,
1984, 2003.

2. Охрана
труда в электроустановках /Под ред. Б.А. Князевского. М.: Энергоатомиздат,
1983.

3. Правила
устройства электроустановок (ПУЭ). 2003.

Учебная работа. Измерение сопротивлений изоляции и заземления