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 I_З 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 = 30 мм 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 U_З, затем по формуле находят потенциал j_З, электрода

j_З = m U_З,

где U_З - 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 j_З(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 j_З(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 I_h через организм пострадавшего по формуле I_h = U_Ш / R_h, приняв расчетное сопротивление тела человека R_h 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?

ПРОТОКОЛ № 1

проведения эксперимента по исследованию шагового напряжения

Таблица 1.1.

Используемые приборы

1.1. Начертить схемы растекания тока в сетях с различным режимом нейтрали (рис.1.1 - 1.2).

1.2. Определение параметров земли.

Таблица 1.2.

Результаты эксперимента

1.3. Измерение распределения потенциала на поверхности земли.

Таблица 1.3.

Распределение потенциалов j в поле растекания тока замыкания на землю I_З по мере удаления L от заземляющего электрода - зависимость j_З(L)

1.4. Построить график j_З(L). Показать на графике три позиции человека (с помощью силуэтов) оказавшегося пол шаговым напряжением. Найти величины этих напряжений. Вычислить и записать токи через тело пострадавшего. Выяснить и записать для каждого тока характер его воздействия на организм человека.

1.5. Определение опасной зоны растекания тока в земле.

Таблица 1.4. Результаты эксперимента

1.6.Выводы.

ЧАСТЬ 2