28 Фев

ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ОТ РЕЖИМОВ ЕГО РАБОТЫ В ЗИМНИЙ ПЕРИОД




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Вопрос электробезопасности всегда считается актуальным.  Заземляющее устройство (ЗУ) — это простое и эффективное средство обеспечения электробезопасности людей и животных. Способность заземляющего устройства обеспечивать электробезопасность обусловила его широкое распространение и применение.

Изучать зависимость сопротивления ЗУ от режимов его работы значит изучать способность ЗУ обеспечивать электробезопасность человека от поражения электрическим током в различных режимах работы ЗУ.

Под режимами работы ЗУ в данной статье следует понимать: режим первый – по ЗУ ток короткого замыкания (ТКЗ) не протекает, или режим «до протекания ТКЗ по ЗУ»; второй режим – режим  «после протекания ТКЗ по ЗУ».

Обеспечение правильной и надежной работы ЗУ связано с разработкой и внедрением с оной стороны эффективных средств его диагностики, контроля и измерении его параметров, с другой, теоретических основ зависимости сопротивления ЗУ от различных факторов, в частности, от протекания ТКЗ, изменяющего режим работы ЗУ.

Человек чаще всего сталкивается с «бытовым» напряжением, величина которого 220-380 В. Сети такого напряжения согласно правилам устройства электроустановок относятся к электроустановкам напряжением до 1 кВ в сетях с глухозаземленной нейтралью (ГЗН), сопротивление ЗУ для которых должно быть не более 4 Ом [2,3].

На сопротивление ЗУ в процессе эксплуатации влияет множество факторов: коррозионное воздействие среды, материал, из которого изготовлены заземлители, качество монтажа, сопротивление земли (грунта), в которой располагается ЗУ. Сопротивление ЗУ значительно зависит от электрического сопротивления среды, в которой он находится, климатические условия оказывают  воздействие на изменения таких параметров земли как влажность и температура.

Грунт, содержащий влагу, является электролитом. Величина удельной электропроводности электролита зависит от ряда факторов: природы электролита, температуры, концентрации. Зависимость удельной электропроводности от концентрации раствора представлена на рисунке 1.

1 – H2SO4; 2 – KOH; 3 – CH3COOH

Рисунок 1. Зависимость  удельной электропроводности электролитов от концентрации

Геологическое строение в месте проведения эксперимента характеризует его наличием   верхнечетвертичных субаэральных сложного генезиса покровных лессовых отложений Приобского плато: суглинки, супеси (данные Научно-справочного атласа г. Барнаула, издание ФГУП «ПО Инжгеодезия», 2007 год).

Как видно из рисунка, с увеличением концентрации удельная электропроводность растворов сначала возрастает, достигая некоторого максимального значения, затем начинает уменьшаться. Эта зависимость очень чётко выражена для сильных электролитов и значительно хуже для слабых. Наличие максимума на кривых объясняется тем, что в разбавленных растворах сильных электролитов скорость движения ионов мало зависит от концентрации, и κ сначала растет почти прямо пропорционально числу ионов; с ростом концентрации усиливается взаимодействие ионов, что уменьшает скорость их движения.

С увеличением влажности почвы увеличивается концентрация электролита в почве. Известно, что влажность грунта очень сильно влияет на скорость почвенной коррозии, превращая почву в электролит [6].

Максимальная скорость почвенной коррозии наблюдается при влажности грунта 15 – 25%. Это объясняется уменьшением омического сопротивления   коррозионных элементов. Это позволяет предположить, что именно при этих значениях влажности омического сопротивление грунта будет минимальным, и, следовательно, электролиты почвы — сильные электролиты.

Но не только климатические условия способны изменять эти параметры, но и протекание тока КЗ по ЗУ, проходя через которое, вызывает его нагрев. Изменения содержания влаги и изменения температуры грунта существенно влияют на его сопротивление. Грунты любого рода в абсолютно сухом состоянии обладают большим удельным сопротивлением, и, следовательно, практически не проводят электрический ток. Если же грунт увлажнить, то сопротивление его уменьшится в десятки, а то и сотни раз. Но, превышение влаги в грунте более, чем на 80 % увеличивает его сопротивление. Удельная электропроводность растворов электролитов  с увеличением температуры возрастает, что вызвано увеличением скорости движения ионов за счет понижения вязкости раствора и уменьшения сольватированности ионов. Поэтому грунты обладают отрицательным температурным коэффициентом сопротивления: с ростом температуры его удельное сопротивление уменьшается. Эта закономерность сохраняется пока влага не начнет испаряться, что сопровождается резким увеличением сопротивления [5]. Протекание ТКЗ изменит температуру и содержание влаги в области переходного контактного сопротивления «заземлитель — проводник» и в области прилегающего около заземлителей объема грунта. Все это приведет к изменению параметров ЗУ и поставит под вопрос электробезопасность людей.

Для изучения влияния протекания ТКЗ на сопротивление ЗУ был спроектирован, смонтирован и проверен контур ЗУ для частного дома по адресу: г. Барнаул, ул. Полярная, д. 38. Использовались поверенные приборы: ИС-10, MRU-101, MZC-200. Данный контур ЗУ был сделан для максимальной чистоты проведения экспериментов и исследований [1,4,5]. Сопротивление ЗУ составило 2,92 Ом, что не нарушило норму 4 Ом [2,3]. Схема проведения эксперимента изображена на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема проведения эксперимента

Создавалось реальное КЗ на спроектированный контур ЗУ путем подключения фазного провода L (имитирующего собой защитный проводник PE) к нему от ввода в дом через автоматический выключатель SF1. Мультиметром DT-832 и токовыми клещами DT-266 проводился одновременно контроль напряжения сети в доме (петля «фаза-ноль (рабочий)») и тока в цепи «фаза-ноль (защитный)». После отключения ТКЗ проводились измерения сопротивления ЗУ прибором MZC-200 через определенные отрезки времени. Измерения были произведены в зимний период, результаты которых занесены в таблицу 1 и графически представлены на рисунке 3.

Таблица 1

Характер изменения значения сопротивления ЗУ до и после протекания по нему тока КЗ

№ опыта Время прогрева, с UL-N, напряжение контроля, В IкзL-PE,  А RL-PE начальное, о.е. RL-PE через 5 с, о.е. RL-PE через 10 с, о.е. RL-PE через 30 с, о.е. RL-PE через 60 с, о.е. RL-PE через 120 с, о.е. RL-PE через 180 с, о.е. RL-PE через 240 с, о.е. RL-PE через 300 с, о.е. RL-PE через 360 с, о.е. RL-PE через 1200 с, о.е.
11.10.2014 300 200 67,9 0,98 0,93 0,93 0,93 0,94 0,94 0,94 0,95 0,95 0,95 0,98
23.10.2014 300 192 63,5 0,99 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,96 0,96 0,96 0,96
30.01.2015 300 192 54,3 0,98 0,93 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0,96 0,96 0,96 0,98

Значения представлены в относительных единицах от нормированного  значения сопротивления.

 

Рисунок 3. Изменение значения сопротивления заземляющего устройства до и после протекания по нему тока короткого замыкания (в разных режимах работы) в зимний период

Из графиков, изображенных на рисунке 3 видно, что начальное сопротивление ЗУ (время после КЗ: 0 секунд) после устранения протека­ния ТКЗ уменьшается. Уменьшение сопротивления ЗУ объясняется сильной увлажненностью почвы во время эксперимента, что так же подтвердило предположение об увеличении сопротивления  ЗУ на графике «Измене­ние удельного сопротивления грунта в зависимости от содержания в нем влаги», содержащегося в [5], стр. 145, рис. 336. С увеличением времени протекания ТКЗ по контуру ЗУ увеличивается изменение сопротивления ЗУ. Через некоторое время (5-7 с) сопротивление ЗУ начинает увеличиваться, о чем свидетельствует  восстановление влажности и температуры грунта. После 20 минут после прекращения ТКЗ сопротивление ЗУ приходит в исход­ное состояние.

Из исследования сделаны выводы:

— протекание ТКЗ по ЗУ при данных условиях (параметры грунта, климатические условия и т.д.)  изменяет параметры ЗУ в пределах установленных норм ( не более 4 Ом [2,3]). Заземляющее устройство в данном случае способно обеспечивать электробезопасность людей.

Исходя из вышеизложенного, необходимо продолжить дальнейшие эксперименты в направлении изучения влияния протекания ТКЗ по ЗУ в других климатических условиях и параметрах грунта.

Список литературы:

  1. Методические указания по контролю состояния заземляющих устройств электроустановок [Текст] : РД 153-34.0-20.525-00 : утв. Департаментом стратегии развития и научно-технической политике РАО «ЕЭС России» 07.05.2000 : ввод. в действие с 01.09.2000. – М. : СПО ОРГРЭС, 2000. – 65 с. : ил.
  2. Объем и нормы испытаний электрооборудования [Текст] : РД 34.45-51.300-97 : утв. Начальником Департамента науки и техники РАО «ЕЭС России» 08.05.1997 : ввод. в действие с 08.05.1997. – М. : НЦ ЭНАС, 1998. – 256 с.
  3. Правила устройства электроустановок [Текст] : 7 изд. : утв. М-вом энергетики Рос. Федерации 08.07.2002 : ввод. в действие с 01.01.2003. – М. : НЦ ЭНАС, 2002. –461 с.
  4. Минаев, В. И. Заземляющие устройства электроустановок и измерение их параметров [Текст]: методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Монтаж и эксплуатация систем электроснабжения» для студентов всех форм обучения направления 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника» / В.И. Минаев, А.А. Грибанов / Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2013. – 23 с.
  5. Долин, П. А. Основы техники безопасности в электроустановках [Текст]: учебное пособие для вузов : / П. А. Долин. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Энергоатомиздат, 1984. – 448 с. : ил.
  6. Жук, Н. П. Курс теории коррозии и защиты металлов [Текст] : учебное пособие для вузов / Н. П. Жук. – М. : Металлургия, 1976. – 472 с. : ил.
  7. Современные проблемы электроэнергетики. Алтай – 2014 [Электронный ресурс] : сборник статей II Международной научно-технической конференции/ Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. – Электрон. дан. и прогр. — Барнаул: ЦЭОР АлтГТУ, 2014. — 1 электрон., опт. диск (CD-R); УДК 621.31
    ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ОТ РЕЖИМОВ ЕГО РАБОТЫ В ЗИМНИЙ ПЕРИОД
    Written by: Минаев Владимир Игоревич, Белицын Игорь Владимирович
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 05/08/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 28.02.2015_02(11)
    Available in: Ebook