Устройство лабораторного стенда
Лабораторный стенд, рис. 1.5, состоит из следующих элементов:
Сосуда 10 с землей для измерения напряжения шага в зоне растекания тока от заземлителя 7, соединенного через заземляющую магистраль 6 и заземляющий проводник 3 с металлическим корпусом электродвигателя М; стационарного, погруженного в землю дополнительного электрода для измерения потенциала земли 9; переносного измерительного зонда 8, вольтметра 5; амперметра 4.
В целях обеспечения безопасности при проведении эксперимента, подаваемое на корпус электродвигателя М (с пробитой изоляцией) напряжение не превышает 12 В. Размеры цилиндрического сосуда с землей считаются достаточно большими, по сравнению с размерами электродов погруженных в землю. Принято считать, что 1 см длины радиуса сосуда соответствует 100 см на местности, т.е. принят масштаб 1:100. Поэтому дополнительный электрод 9 можно считать бесконечно удаленным от заземлителя 7 и потенциал земли, где расположен электрод 9, считать равной нулю.
Для измерения потенциала поверхности земли используется вольтметр V, один зажим которого присоединен к дополнительному электроду 9, другой - к измерительному зонду 8. Для измерения потенциала в заданных точках поверхности земли внутрь сосуда с землей уложена направляющая планка с отверстиями через 1 см. По середине планки располагается заземляющий электрод 7, погруженный в землю.
Для измерения величины тока замыкания на землю между заземляющим проводником 3 и заземляющей магистралью включен амперметр А.
Порядок проведения эксперимента по исследованию возникновения шагового напряжения
1. Ознакомиться с краткими сведениями о шаговом напряжении и с лабораторной установкой.
2. Получить у преподавателя инструктаж по технике безопасности на рабочем месте.
3. Проанализировать и зарисовать в протокол № 1 схемы отекания токов на землю и из земли в сеть при замыкании токоведущего провода на металлический корпус электроприемника (электродвигателя) в сетях напряжением до 1000В с изолированной, рис.1.1а, и с глухо заземленной нейтралью, рис.1.2.
4. Получить у преподавателя величину напряжения на корпусе - электродвигателя М и величину коэффициента «m» для перерасчета величины потенциала заземленного электрода.
5. Получить разрешение преподавателя включить вилку лабораторного стенда в розетку сети 220В.
6. Включить тумблер понизительного трансформатора, подающего переменное напряжение на корпус электродвигателя. Коснуться щупом зачищенного места заземляющего электрода и произвести отсчет показания миллиамперметра А (мА) и вольтметра V (В).
Если величина измеренного миллиамперметром стекающего на землю тока IЗ менее 3 мА, то по разрешению преподавателя принять меры для снижения сопротивления земли, улучшения контакта зонда с землей. (Это достигается увлажнением земли дистиллированной водой, плотным прижатием направляющей планки с отверстием к увлажненной под планкой земле и т.п.).
Результаты занести в таблицу 1.2 протокола.
7. По результатам измерения определить по формулам:
7.1. Сопротивление земли растеканию тока Rз
Ом.
7.2. Удельное сопротивление земли r
Ом*см,
где l = 30мм длины стержневого заземлителя на стенде;
d = 5 мм - диаметр стержневого заземлителя.
Результаты вычисления занести в таблицу 1.2 протокола.
8. Измерение распределения потенциала на поверхности земли.
8.1. Касаются щупом (зондом) защищенного участка заземляющего электрода и вольтметром измеряют напряжение электрода UЗ, затем по формуле находят потенциал jЗ, электрода
jЗ = m UЗ,
где UЗ - показания вольтметра, В;
m - коэффициент передачи (задается преподавателем, т.к. в опыте применяется пониженное напряжение равное 12 В).
8.2. Отступают от заземляющего электрода на 1 см и, помещая зонд в первое отверстие направляющей планки, измеряют потенциал земли j1 = mU1, на расстояние 1 см (на местности 1 м) от заземлителя. Затем помещают зонд во второе отверстие - измеряют j2 и т.д. до последнего отверстия на планке. Результаты измерения заносятся в таблицу 1.3.
9. Построить график jЗ(L) распределения потенциала j в зоне растекания тока замыкания на корпус (землю) по мере удаления от заземляющего электрода (отложить: по оси абсцисс L, м; по оси ординат - j, В).
10. На графике jЗ(L) необходимо каждому студенту нарисовать по оси абсцисс в разных зонах три силуэта человека с шагом 1ш = 1м и найти величины шагового напряжения для каждого случая. Определить величину тока Ih через организм пострадавшего по формуле Ih = UШ / Rh, приняв расчетное сопротивление тела человека Rh с учетом обуви и одежды, равным 1000 Ом.
10.1. Записать расчеты под графиком и, пользуясь данными из Приложения 1. Определить и записать степень отрицательного воздействия переменного и постоянного тока для каждого случая, при этом иметь в виду, что ток проходит от одной ноги к другой через тело. Через руку ток не проходит.
11. Проанализировав результаты исследования и, используя формулу (8), показывающую зависимость шагового напряжения от величины тока замыкания на землю Iз , удельного сопротивления земли r, длины шага и расстояния r от ближайшей ступни до заземляющего электрода, определите опасную зону. Заполните таблицу 1.4, сделайте и запишите выводы.
12. В выводах укажите:
12.1. Как вести себя человеку, попавшему в опасную зону? Как оказать первую доврачебную помощь пострадавшему?