Document 4124889

Лабораторная работа № 6
Исследование электрического поля при замыкании на землю, напряжения прикосновения и шага
6.1 Цель работы
Исследовать закон распределения потенциалов в грунте вблизи заземлителя, определить величины напряжения
прикосновения, шага и выявить опасные зоны.
6.2 Краткие теоретические сведения.
Стекание тока на землю происходит при замыкании токоведущих частей на заземленный корпус, падение провода на
землю и др.При этом возникают потенциалы на поверхности земли, на заземлителе и вокруг него.
При стекании тока в землю через заземлители различной формы закон распределения потенциалов будет достаточно
сложным.
С целью упрощения электрического поля и его анализа допустим, что ток I3 стекает в землю через одиночный заземлитель полусферической формы радиусом x3 , погруженный в однородный и изотропный грунт с удельным сопротивлением, во много раз превышающим сопротивление материала заземлителя.
Потенциал произвольной точки А определяется по формуле
л UА 
I3  
k

2   x x
(1)
Для человека, который стоит на земле и касается оказавшегося под напряжением заземленного корпуса, напряжение
прикосновения мжет быть расчитано по выражению
U пр   р   н
где
п  U3 
I3  
2    x3
,
(2)
-- потенциал руки или корпуса;
н 
I3  
2   x
-- потенциал грунта в точке стояния человека.
Если в (7.2) подставить потенциалы рук и ног, то получим напряжение прикосновения
U пр 
где

x  x3
x
I3
x  x3
I3


  U 3  ,
2    x3
x
2    x3
(3)
-- коэффициент напряжения прикосновения.
По мере удаления от заземлителя напряжение прикосновения созрастает, и на расстоянии более 20 м оно равно
напряжению относительно земли, потому что человек стоит в точке, потенциал которой равен 0.
Между двумя точками земли, находящимися на участке растекания тока замыкания на землю, существует некоторая
разность потенциалов, которая называется напряжение шага.
Напряжение шага определим как разность потенциалов между точками А и В.
Для произвольных точек на поверхности грунта напряжение шага следует расчитывать по формуле
Uш 
Uш 
где

U3  
2 
 1
1 

  
x
x

a
a
 a

I3  
a

 U3  
2   x  x  a 
(4)
,
(5)
a  x3
-- коэффициент напряжения шага.
x  x  a 
По мере приближения точки А к заземлителю ее потенциал увеличивается, а на поверхности заземлителя потенциал
3  U3 
Сопротивление растеканию тока определится как
R3 
I3  
2    x3

2    x3
)
(6)
(7)
Коэффициент напряжения шага учитывает форму потенциальной кривой и зависит от формы и конфигурации заземлителя, а также от положения относительно заземлителя. Чем ближе к заземлителю, тем больше β.
Напряжение шага равно 0, если обе ноги человека находятся на так называемой эквипотенциальной линии.
Для снижения опасных шаговых напряжений , которые особенно высоки при больших токах замыкания на землю, по
краям контура за его пределами, в первую очередь в местах проходов и проездов, укладываются в землю на различнй глубине дополнительные стальные полосы.
6.3 Выполнение работы
Таблица 1 Результаты измерений
U сети, В
I, мА
20
180
Rз, Ом
111
Таблица 2 Зависимость величины потенциала почвы от расстояния до заземлителя
Расстояние Lop,
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
см
23
15
11
8
6
5
4
3
2,8
2,4
2
оп,В
Расстоя0
1.4
2.8
4.3
5.7
7.1
8.6
10
11.4 12.8 14.3
ние Lp, м
253 165 121
88
66
55
44
33
30,8 26,4
22
p,,B
25
300
20
250
15
10
5
36
39
42
1,7
0,9
0,5
0
15.7
17.1
18.6
20
18,7
9,9
5,5
0
Кривая распределения потенциалов
Up, В
Uоп, В
Кривая распределения потенциалов
33
200
150
100
50
0
0
Lоп, см
Lp, м
Таблица 3 Результаты измерения напряжения прикосновения
Расстояние Lop,
0
3
6
9
12
15
18
21
24
27
30
33
36
39
42
см
Uпроп , В
0
8
11,5
15
16
17,5 18,5 19,5
20
20,2 20,6 20,9 21,8 22,2 22,7
Расстоя0
1.4
2.8
4.3
5.7
7.1
8.6
10
11.4 12.8 14.3 15.7 17.1 18.6
20
ние Lp, м
Uпр.р, В
0
88 126,5 165 176 192,5 203,5 214,5 220 222,2 226,6 229,9 239,8 244,2 249,7
Кривая прикосновения в реальных
условиях
300
Uпр.р, В
250
200
150
100
50
0
Lp, м
Таблица 4 Значение напряжения шага
Номер шага
1
2
Расстояние ног
от заземления,
0 / 0.8
0.8 / 1.6
м
Потенциал
ближней ноги
н1, В
Потенциал
дальней ноги
н2, В
Напряжение
шага , В
U=н1-н2
3
4
5
1.6 / 2.4
2.4 / 3.2
3.2 / 4.0
6.4 Вывод
На данной лабораторной работе был исследован закон распределения потенциалов в грунте вблизи заземлителя, определены величины напряжения прикосновения, шага и выявлены опасные зоны