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 = 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 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?
