Дослідження опору захисного заземлення та ізоляції струмоведучих частин електричних установок

Лабораторна робота №7

“Дослідження опору захисного  заземлення та ізоляції струмоведучих  частин електричних установок “

Мета роботи:

• закріпити теоретичні положення з основних методів захисту людини від ураження  електричним струмом;
• навчитися вимірювати опір захисного заземлення та ізоляції струмоведучих частин електроустановки (електричних проводів);
• оволодіти навичками формулювання висновків щодо допустимості реального опору захисного заземлення та опору ізоляції струмоведучих частин електроустановки і порівняння їх із нормативними величинами;
• оцінити ступінь небезпечності струму, що проходить через тіло людини при різних значеннях опору захисного заземлення.

Поставлена мета досягається  проведенням необхідних вимірів  та досліджень і урахуванням вимог таких нормативно-технічних документів: Правила влаштування електроустановок (ПУЭ); Правила технічної експлуатації (ПТЕ); ДНАОП 0.00-1.21-98 Правила безпечної експлуатації електроустановок споживачів (ПБЕЕС); ГОСТ 12.1.019-79 ССБТ. Электробезопасность. Общие требования; ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление.

1. Загальні відомості

Ураження людини електричним  струмом можливе тоді, коли  вона стане елементом замкнутого електричного ланцюга, в якому через її тіло буде протікати струм небезпечної величини.

Причини ураження людини електричним струмом різноманітні. В електроустановках (ЕУ) напругою до 1000 В до них відносяться: випадковий дотик до струмоведучих частин, що знаходяться під напругою; попадання під напругу через помилкове вмикання; дотик до не струмоведучих частин ЕУ, що виявилися під напругою внаслідок ушкодження ізоляції; попадання під крокову напругу та напругу дотику.

Перші дві причини  виникають внаслідок недотримання правил електробезпеки, наступні – при аварійних ситуаціях.

Одним з основних засобів  захисту людини від ураження електричним  струмом в аварійних ситуаціях  є влаштування захисного заземлення та ізоляції струмоведучих частин ЕУ [1,2], додаток 1.

1.1. Захисне заземлення  електроустановок

Зміст захисного заземлення полягає в навмисному електричному з'єднанні з землею або її еквівалентом металевих не струмоведучих частин ЕУ, що можуть виявитися під напругою в аварійних ситуаціях.

Дія захисного заземлення ЕУ заснована на зниженні напруги  дотику людини та величини електричного струму, що протікає через її тіло, до небезпечних величин. Це досягається навмисним значним зменшенням опору захисного заземлення  (R_З ) (додаток 2) в порівнянні з електричним опором тіла людини, (опір тіла людини для забезпечення електробезпеки завжди приймається рівним R_Л = 1000 Ом.). Завдяки такому співвідношенню опорів  R_З  та   R_Л  струм замикання ЕУ (І_З) розподіляється між опором захисного заземлення і опором тіла людиною обернено пропорційно цим опорам. Унаслідок цього через тіло людини протікає безпечна  частина цього струму.

У трифазних мережах  напругою до 1000 В захисне заземлення застосовується  в ЕУ, що підключені до джерел електричного струму з ізольованою нейтраллю (див. рис.7.1). 

Згідно з положеннями нормативно-технічної документації захисне заземлення електроустановок необхідно виконувати в таких виробничих ситуаціях [3]:

• при напрузі 380 В і вище змінного і 440 В і вище постійного струму в усіх випадках;
• при напрузі (42 – 380) В змінного і (110 – 440) В постійного струму при роботах в електроустановках, які розміщені у приміщеннях з підвищеною небезпекою та особливо небезпечних приміщеннях за ступенем ураження людини електричним струмом [4];
• у вибухонебезпечних  приміщеннях при всіх напругах змінного і постійного струму.

Найбільші припустимі опори (R_З)   захисних заземлюючих пристроїв ЕУ, згідно з ПУЭ наведені в додатку 2. Контроль відповідності електричного опору захисних заземлюючих пристроїв ЕУ їх нормативним величинам обов'язково проводять перед вводом їх в експлуатацію і щорічно.

1.2. Ізоляція струмоведучих частин  електроустановок

Значна кількість уражень  людини електричним струмом  в  ЕУ напругою до 1000 В пов'язана з  пошкодженням ізоляції  струмоведучих  частин. Такі пошкодження виникають в результаті механічного впливу, природного старіння і таке ін.

Відповідно до ГОСТ 12.1.009-76 електрична ізоляція розділяється на робочу, додаткову, подвійну і посилену (додаток 1).

Надійність ізоляції струмоведучих частин ЕУ забезпечується такими заходами:

- правильним вибором  ізоляційного матеріалу, який  повинен виконуватись з урахуванням умов навколишнього середовища та  експлуатації (напруги живлення ЕУ, категорії виробничого приміщення за ступенем ураження людини електричним струмом і т. ін.);

- захистом від механічних  пошкоджень;

- проведенням приймально-здаточних  випробувань відповідно до вимог  ПУЕ;

- систематичним контролем  за станом ізоляції з проведенням  обов'язкових періодичних випробувань величини її електричного опору відповідно до  вимог ПТЕ і ПБЕЕС. Так періодична перевірка величини опору ізоляції здійснюється в електроустановках напругою до 1000 В не менше одного разу на рік у нормальних виробничих приміщеннях і не менше двох разів на рік у сирих приміщеннях і в приміщеннях з їдкими парами і газами по відношенню до матеріалу, з якого виготовлена ізоляція. У цих випадках для визначення електричного опору ізоляції використовують вимірювальні прилади -  мегомметри.

2. Експериментальна частина

2.1 Прилади та обладнання

2.1.1 Прилади та обладнання для вимірювання опору захисного

заземлення електроустановки

У цій лабораторній роботі для виміру електричного опору захисного  заземлення ЕУ застосовують прилад МС-08. Він дозволяє вимірювати: опір розтіканню електричного струму захисного заземлюючого пристрою ЕУ; опір розтіканню електричному струму одиночних заземлювачів ЕУ і сполучних проводів; питомий опір ґрунту.

Схема вмикання приладу  МС-08 у вимірювальний ланцюг приведена  на рис. 7.2.

Рис. 7.2 - Схема експериментального стенду

Для виміру електричного опору захисного заземлення ЕУ в  цьому разі необхідні два допоміжні  заземлювача – потенційний (R_П) (зонд) і струмовий (R_Т), які розташовують від випробовуваного захисного заземлюючого пристрою ЕУ на відстанях, зазначених на рис.7.3. Також там показано опір захисного заземлюючого пристрою ЕУ показано на рис. 7.3 (R_х). Довжина допоміжних заземлювачів є сталою величиною: R_П = R_Т = 1 м.

 

Рис 7.3 - Спрощена схема  вимірювання опору захисного  заземлення за допомогою приладу МС-08

 

Для виміру опору захисного  заземлення на його конструкцію треба  подати електричний струм. Джерелом струму в приладі МС-08 є вмонтований генератор постійного струму, що приводиться в дію обертанням рукоятки, яка знаходиться збоку вузької частини приладу МС-08.

Перед початком вимірювань до подачі напруги від приладу  МС-08 на схему вимірювання опору R_х, (початку обертання рукоятки генератора) необхідно старанно перевірити цілісність усіх проводів і якість зовнішніх з'єднань.

Слід пам'ятати, що в разі обриву зовнішнього потенційного проводу  стрілка МС-08 при обертанні рукоятки генератора Г різко відхиляється вправо, що може призвести до пошкодження приладу.

Після  складання  і  перевірки  схеми  виконують  компенсацію  зовнішніх опорів потенційного проводу. Для цього перемикач діапазонів вимірів 1  (рис.7.4) ставлять у положення «Регулювання» і, обертаючи ручку генератора зі швидкістю 120 об/хв, за допомогою регулювального реостата 2 встановлюють стрілку шкали вимірів (3) на червоній позначці  (поділка 600).

Обертання ручки генератора слід починати повільно з постійно наростаючою швидкістю.

Після компенсації зовнішніх  опорів потенційного проводу  перемикач  діапазонів виміру 1 ставлять у положення «Вимір х 1» (шкала 1000 Ом). Якщо при обертанні ручки генератора зі швидкістю 120 об/хв. стрілка незначно відхиляється від нульової позначки, то потрібно перейти на діапазон «Вимір х 0,1» (шкала 100 Ом), а якщо і цього недостатньо – то на діапазон  «Вимір х 0,01» (шкала 10 Ом).

Відлік вимірів роблять  безпосередньо зі шкали приладу  при безупинному обертанні ручки  генератора. Якщо при цьому перемикач  діапазонів вимірів займав положення (х 0,1) або (х 0,01), то результат вимірів  перемножують відповідно на величину 0,1 або 0,01.

 

2.1.2 Прилад для вимірювання опору  ізоляції струмоведучих частин

 електроустановки

Для виміру опору ізоляції струмоведучих  частин ЕУ в цій  лабораторній роботі використовують мегомметр  Ф 4102 (рис.7.5).

Рис. 7.5 - Мегомметр Ф 4105

 

Порядок роботи з приладом Ф 4102 такий:

1. Встановити перемикач  вимірювальної напруги, яка подається  на ЕУ, в положення 500 В.

2. При розімкнутих  затискачах  2 натиснути кнопку  «ИЗМ.1» і встановити ручкою  “УСТ. ” стрілку приладу на відмітку « ».

3. Замкнути затискачі  2 і, натиснувши кнопку «ИЗМ.1»,  встановити ручкою «УСТ. 0» стрілку приладу на  «0». Потім, натиснувши одночасно обидві кнопки «ИЗМ.1» і «ИЗМ.П», перевірити установку стрілки на  «0».

         4.Підключити об'єкт виміру до  затискачів 2. Натиснути кнопку «ИЗМ.1»  і затримати її в такому  положенні. Після установки стрілки  зробити відлік значення вимірюваного опору ізоляції за шкалою 1.

Якщо треба зробити  виміри опору ізоляції ЕУ з підвищеною точністю, то необхідно не відпускаючи кнопку «ИЗМ.1», додатково натиснути кнопку «ИЗМ.П» і зробити відлік вимір опору за шкалою II.

Згідно з завданнями лабораторної роботи спочатку вимірюють  опір ізоляції між проводами освітлювальної мережі.

Другим завданням є  вимір опору ізоляції струмоведучих  жил кабелю. При визначенні опору  ізоляції жил кабелю з металевою  оболонкою спочатку вимірюють опір ізоляції між кожною жилою і металевою  захисною оболонкою, а потім між  струмоведучими жилами. 

2.1.3. Лабораторний стенд

Стенд моделює захисний заземлюючий пристрій для електродвигуна 1 (рис.7.2).

Цей захисний заземлюючий  пристрій конструктивно виконано з  чотирьох розташованих у ряд вертикальних електродів (стальні труби діаметром 50 мм і довжиною 2,5 м), заглиблених у грунт і з'єднаних між собою за допомогою зварювання металевою смугою, перерізом 4х40 мм. Відстань між електродами - 3,0 м.

Корпус електродвигуна з'єднаний  із захисним заземлюючим  пристроєм  гнучким багатожильним  мідним проводом.

Допоміжні електроди (R_П) і (R_Т) забиті в землю на відстані 20 і 30 м від R_х. Всі вони з'єднані з клемами на стенді.

Згідно з положенням ПУЭ, на стенді опір людини встановлено  рівним R_Л = 1000 Ом.

Для дослідження ефективності дії захисного заземлення (впливу величини опору захисного заземлення на ступінь ураження людини електричним струмом), між корпусом електродвигуна і захисним заземлюючим пристроєм вмонтований змінний опір R. Цей опір імітує зміну опору захисного заземлювача. Регулювання величини опору R виконують за допомогою перемикача  2. Величина струму, що проходить при дослідженнях через тіло людини (умовно), фіксують за міліамперметром  3.

При виконанні завдання по виміру опору ізоляції обмоток  електродвигун треба відключити від лінії роз'єднувачем 4.

Для дослідження опору  ізоляції на стенді закріплені деякі  типи кабелів і проводів, виводи яких приєднані до відповідних клем.

 

3. Порядок виконання досліджень

1. Вивчити нормативні  вимоги, що ставляться до величини  опору захисного заземлення й ізоляції струмоведучих частин електроустановок.

2. Ознайомитися з лабораторним  стендом для виміру опору розтіканню  струму захисного заземлюючого  пристрою і опору ізоляції.

3. Ознайомитися з приладами  для виміру опору захисного  заземлення  та ізоляції ЕУ. Дати  їх стислий опис. 

4. Скласти схеми для  виміру опору розтіканню струму  захисного заземлюючого пристрою (рис. 7.3).

5. Зробити виміри опору   захисного заземлюючого пристрою. Результати вимірів зафіксувати  (протокол 1). Результат порівняти  з установленою нормативною величиною ГОСТ 12.1.030-81 (додаток 7.2). При встановленні нормативної величини прийняти, що ЕУ живиться напругою до 1000 В і має потужність менше 100 кВА.

6.Дослідити струми, що  проходять через тіло людини  при різних значеннях опору  захисного заземлюючого пристрою. Для цього перемикачем 2 ступенево збільшувати  опір захисного заземлення і за міліамперметром 3 записувати величину електричного струму і його фізіологічну дію на людину. Отримані дані занести до протоколу 2 і за ним побудувати криву залежності величини струму, що проходить через тіло людини, від величини опору  захисного заземлюючого пристрою .

7.Виміряти опір ізоляції  освітлювального проводу і кабелю. Отримані дані занести до протоколу 3. Результати виміру порівняти з нормативними значеннями, встановленими вимогами ПУЭ (додаток 7.3), і зробити висновки на їх відповідність та допустимість експлуатації.

 

 

 

 

Протокол 1. Вимір опору  захисного заземлення

 

Опір заземлення Ом		Висновок на відповідність
фактичний	допустимий