L_r_5
.docЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСТЕКАНИЯ ТОКА В ЗЕМЛЕ. НАПРЯЖЕНИЕ ПРИКОСНОВЕНИЯ И ШАГА
Цель работы:
Исследовать закон распределения потенциала на поверхности земли при стекании тока с заземлителя; определить величины напряжения прикосновения, шага и выявить опасные зоны.
Растекание тока в грунте может произойти при замыкании находящихся под напряжением частей электроустановок и проводов на землю.
Стеканием тока в землю сопровождается возникновением на заземлителе и окружающей его поверхности земли потенциала. в зависимости от формы заземлителя может быть достаточно сложным. Наиболее просто оценить закон распределения потенциала на поверхности земли, если рассмотреть случай стекания тока в грунт через одиночный заземлитель полусферической формы при повреждении изоляции и пробое фазы на корпус заземлительного электрооборудования (рисунок 1).
Плотность тока в точке А на поверхности земли на расстоянии х от заземления выразится зависимостью:
где /3 - ток, стекающий с заземлителя в грунт; 8=2лх2 -площадь поверхности полусферы радиусом х (сечение слоя земли по которому проходит ток).
Падение напряжения в элементарном слое грунта толщиной dx можно выразить через напряженность поля E и толщину этого слоя:
Напряженность поля определяется законом Ома в дифференциальной форме:
Потенциал точки А равен падению напряжения от точки А до бесконечно удаленной точки с нулевым потенциалом. Поэтому
Таким образом, потенциал на поверхности грунта вокруг данного типа заземлителя распределяется по закону гиперболы, уменьшаясь от своего максимального значения φ3 до нуля по мере удаления от заземлителя (рисунок 1).
Рисунок 1
Напряжение шага - напряжение между двумя точками земли, обусловленное растеканием тока замыкания на землю, при одновременном касании их ногами человека. Численно напряжение шага UШ равно разности потенциалов точек земли, на которых находятся ноги человека.
где ß - коэффициент напряжения шага, зависящий от вида заземлителя, расстояния до заземлителя и ширины шага. Чем ближе к заземлителю и чем шире шаг, тем ß больше.
Напряжение шага максимально у заземлителя и уменьшается по мере удаления от заземлителя; вне поля растекания оно равно нулю. Ток, обусловленный напряжением шага,
где RЧ - сопротивление тела человека на пути "нога-нога".
Напряжение прикосновения - это напряжения между двумя точками цепи тока замыкания при одновременном прикосновении к ним человека. Напряжение прикосновения в этом случае будет равно разности между потенциалом на заземленном корпусе, к которому человек прикасается рукой φ p- φ k и потенциалом поверхности земли в точке нахождения ног человека φ Н = φ осн
Рисунок 2 Распределение напряжения прикосновения:
1-потенциальная кривая φ 3=f(x);
2-кривая распределения напряжения прикосновения Unp=f(x).
При удалении от заземлителя напряжение прикосновения стремится к максимальному значению, и за пределами зоны растекания оно равно напряжению на корпусе оборудования. Ток, протекающий через человека при этом, равен:
где R4 - сопротивление тела человека на пути "рука-нога".
Вариант №3.
Uсети = 14В, грунт – глина (удельное сопротивление – 40Ом·м), UР = 520В
Таблица 1
|
Uсети, В |
IЗ, мА |
RЗ, Ом |
|
14 |
220 |
63 |
Таблица 2
Величина потенциалов поверхности почвы
|
LОП, см |
0 |
3 |
6 |
9 |
12 |
15 |
18 |
21 |
24 |
27 |
30 |
33 |
36 |
39 |
42 |
|
φоп, В |
13,8 |
9,1 |
7 |
5,8 |
4,8 |
3,9 |
3,1 |
2,5 |
2,14 |
1,64 |
1,24 |
0,82 |
0,55 |
0,26 |
0 |
|
LР, см |
0 |
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 |
|
φР, В |
512,5 |
338 |
260 |
215,4 |
176,4 |
144,8 |
115 |
92,8 |
79,5 |
61 |
46 |
30,4 |
20,4 |
9,6 |
0 |
Кривая распределения потенциалов на поверхности почвы φР = f(LР)
Таблица 3
Значение напряжения шага
|
Номер шага |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
Расстояние от ног до заземлителя |
0/0,8 |
0,8/1,6 |
1,6/2,4 |
2,4/3,2 |
3,2/4,0 |
|
Потенциал ближней ноги φХ, В |
512 |
413 |
327 |
285 |
247 |
|
Потенциал дальней ноги φХ+А, В |
413 |
327 |
285 |
247 |
220 |
|
Напряжение шага UШ, В |
99 |
86 |
42 |
38 |
27 |
Таблица 4
Значение напряжения прикосновения
|
LОП, см |
0 |
3 |
6 |
9 |
12 |
15 |
18 |
21 |
24 |
27 |
30 |
33 |
36 |
39 |
42 |
|
Uпр оп, В |
0 |
4 |
6 |
7,3 |
8,3 |
9,2 |
10 |
10,8 |
11,3 |
11,8 |
12,2 |
12,6 |
13 |
13,2 |
13,7 |
|
LР, см |
0 |
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 |
|
Uпр Р, В |
0 |
148,5 |
223 |
271 |
308 |
341,7 |
371,4 |
401 |
419,7 |
438 |
453 |
468 |
483 |
490 |
509 |
Кривая распределения напряжения прикосновения Uпр Р = f(LР)
Вывод:
В ходе работы был исследован закон распределения потенциала на поверхности земли при стекании тока с заземлителя, определялись величины напряжения прикосновения, шага, а так же опасные зоны.
Было установлено, что потенциал на поверхности грунта вокруг данного типа заземлителя распределяется по закону гиперболы, уменьшаясь до нуля по мере удаления от заземлителя.
Исходя из графика распределения потенциалов на поверхности почвы, определили величины напряжения шага, выяснили, что первые 5 шагов находятся в опасной зоне (UШ > 25В).
Так же была установлена графическая зависимость распределения напряжения прикосновения, возрастающая от нуля до максимального значения.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Воронежский государственный технический университет
Отчет
Лабораторная работа №5
по дисциплине «Безопастность жизнедеятельности »
на тему: «ИССЛЕДОВАНИЕ РАСТЕКАНИЯ ТОКА В ЗЕМЛЕ. НАПРЯЖЕНИЕ ПРИКОСНОВЕНИЯ И ШАГА»
Выполнила: ст-ка гр. ЭК-083
Андреева Н.И.
Проверил: Володкин Д.А.
Воронеж 2012