Лабораторна робота № 5
ДОСЛІДЖЕННЯ НАПРУГИ ДОТИКУ ТА КРОКУ

5.1 Мета: визначити величини напруги кроку в зоні розтікання струму та напруги дотику до заземлених неструмовідних частин обладнання, які опинилися під напругою.

5.2 Короткі теоретичні відомості

У разі обриву проводів ліній електропередач та їx контакту з землею, пробою кабельних лiнiй на землю, замикання на неструмоведучі елементи електроустановок, що мають контакт з землею, доторкання людини, яка стоїть на землі, до струмовідних частин під напругою тощо земля стає елементом електричної мережі замикання на землю. У випадку проходження струму по землі на її поверхні виникає специфічне поле потенціалів, характер якого визначається конструкцією заземлювача, властивостями ґрунту тощо.

Практично зона підвищених потенціалів на поверхні землі відносно її нульового потенціалу при замиканні на землю через напівсферичний заземлювач i однорідному ґрунті обмежується колом із радіусом близько 20 м. Переміщуючись в цій зоні, людина попадає під так звану напругу кроку (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1. – Безпечний спосіб виходу із зони крокової напруги 

Напруга кроку –  напруга між двома точками на поверхні землі, які знаходяться одна від одної на відстані кроку i на яких одночасно стоїть людина.

З наближенням до заземлювача величина крокової напруги зростає i при напрузі мережі живлення 0,4 кВ вона може бути небезпечною для людини. Тому “Правила безпечної експлуатації електроустановок споживачів” за наявності замикання на землю забороняють наближатися до місця замикання ближче 8 м поза приміщенням i 4 м в приміщенні без застосування засобів захисту – діелектричні боти, калоші, суха дошка тощо.

Напруга кроку дорівнює нулю, якщо обидві ноги людини знаходяться на так званій еквіпотенціальній лінії – лінія з однаковими значеннями потенціалу (рисунок 5.1).

Напруга кроку значно зменшиться і зведеться до безпечної величини, якщо виконано вирівнювання потенціалів поблизу електрообладнання. Якщо не прийняти заходів по вирівнюванню потенціалів, може виникнути круте спадання потенціальної кривої і небезпечні крокові напруги. Для зниження небезпечних крокових напруг за межами країв контуру заземлення, в першу чергу в місцях проходів і проїздів в цехах, вкладаються в землю на різній глибині додаткові стальні смуги.

Дотик людини до корпусу ушкодженого обладнання або до корпусу обладнання, з’єднаного з ушкодженим загальним колом заземлення, зумовлює потрапляння людини під напругу дотику. Під напругу дотику людина потрапляє, коли стоїть на ґрунті і торкається заземленого корпусу обладнання, який опинився під напругою. Напруга дотику дорівнює різниці між потенціалом корпусу, якого торкається людина, і потенціалом ґрунту в точці, де стоїть людина.

Напруга дотику – це напруга між двома точками кола електричного струму, яких одночасно торкається людина, і дорівнює різниці потенціалів корпусу і точок поверхні ґрунту, де знаходяться ноги людини.

В міру віддалення від заземлювача напруга дотику збільшується і на відстані більше 20 м вона дорівнює напрузі відносно землі, тому що людина стоїть в точці, потенціал якої дорівнює нулю.

5.3 Експериментальна частина

Стенд (рисунок 5.2) дозволяє моделювати замикання на землю при контакті між струмоведучими частинами і заземленими корпусами 1 – 3. Струм стікає в землю через одиночний заземлювач R3. Максимальне віддалення від заземлювача точки ґрунту, потенціал якої можна виміряти на стенді, складає 42 см, що відповідає 20 м в реальних умовах.

Вид ґрунту і значення його питомого опору встановлюється шляхом утримування в натиснутому стані відповідної кнопки (таблиця 5.1).

Порядок виконання роботи

1. Отримати у викладача варіант завдання (таблиця 5.2).

2. Встановити перемикач “U сети” в положення, яке відповідає варіанту завдання.

3. Увімкнути на стенді тумблер “Сеть”, а на вертикальній панелі натиснути кнопку “Сеть”. Про готовність стенда до роботи сигналізує зелений світлодіод.

4. Увімкнути на вертикальній панелі тумблер “Замыкание”. Про появу напруги на корпусі електродвигуна свідчить загорання червоного світлодіоду.

5. Натиснути і утримувати кнопку "ρ ґрунту" відповідно до варіанту завдання (таблиця 5.2).

6. За міліамперметром визначити стікаючий через заземлювач в землю струм.

7. Значення напруги мережі U і струму замикання IЗ, занести до таблиці 5.3.

8. Розрахувати загальний опір заземлювального пристрою за формулою:

RЗ = Uмережі/І3                                                                                         (5.1)

Дані занести до таблиці 5.3.

Рисунок 5.2 – Стенд для визначення напруги дотику та кроку

Таблиця 5.1 –  Значення питомих опорів ґрунтів

Таблиця 5.2 – Варіанти завдання

Таблиця 5.3 – Результати вимірювання

9. Визначення напруги кроку:

– натиснути і утримувати кнопку “ρ ґрунту”;

– зняти залежність величини дослідного потенціалу точки ґрунту φд від відстані цієї точки до заземлювача “R3”, для чого за допомогою вольтметра виміряти потенціал точок 0, 3, 6, ... 42 відносно точки землі з нульовим потенціалом „┴”, а результати вимірювання занести до таблиці 5.4.

Таблиця 5.4 – Залежність величини потенціалу ґрунту від відстані до заземлювача

10. Розрахувати значення потенціалів в реальних умовах:

φр = (UР/Uмережі) φд;                                                (5.2)

де φр – потенціал і-ої точки в реальних умовах, В; φд – потенціал і-тої точки в досліді, В; UР – напруга заземлювача в реальних умовах (відповідно до варіанту завдання, таблиця 5.2), В; Uмережі – дослідна напруга заземлювача згідно варіанту, В.

Дані розрахунків занести в таблицю 5.4.

11. За даними таблиці 5.4 побудувати графіки: φд = f(LД), φр = f (LР).

12. За графіком φр = f (LР), визначити потенціали ніг людини (φН1 і φН2), якщо ширина кроку 0,8 м, отримані дані занести в таблицю 5.5.

Таблиця 5.5 – Значення напруги кроку

13. Побудувати графік залежності Uкр = f(LР). Визначити і позначити на графіку величину небезпечної зони в реальних умовах (допустиму величину напруги кроку прийняти рівною 25 В).

14. Визначення напруги дотику:

– натиснути і утримувати кнопку “ρ ґрунту”;

– за допомогою вольтметра виміряти напругу дотику, приєднуючи вольтметр до гнізда одного з корпусів 1 – 3 та почергово до гнізд точок 0, 3, 6, ... 42. Результати вимірювання занести до таблиці 5.6.

Таблиця 5.6 – Залежність напруги дотику від відстані до заземлювача

15. Розрахувати значення  напруги дотику UД.Р в реальних умовах:

UД.Р = (UР/Uмережі) UД.Д.                                                (5.3)

де UД.Р – реальна напруга дотику при знаходженні людини в і-ій точці, В; UР – напруга заземлювача в реальних умовах (відповідно до варіанту завдання, таблиця 5.2), В;  Uмережі – дослідна напруга заземлювача згідно варіанту, В;  UД.Д. – напруга дотику в досліді при знаходженні людини в і -ій точці, В.

Дані розрахунків занести в таблицю 5.6.

16. За даними таблиці 5.6 побудувати залежність UД.Р. = f(LР).

5.4 Висновок

Студент робить висновок про зміну напруги кроку в зоні розтікання струму при віддаленні від заземлювача, а також про зміну напруги дотику  при збільшенні відстані від заземлювального пристрою.