Účel práce: naučit se měřit a vypočítat odpor uzemňovacího zařízení a vyhodnotit jeho shodu s normami.

Cíle práce: prostudovat schémata uzemnění a uzemnění, typy uzemňovacích zařízení, studijní metody a přístroje pro měření odporu uzemňovacího zařízení RZ.U, míra RZ.U a porovnat ji s normalizovanou hodnotou; určit odpor půdy proti šíření proudu, vypočítat požadovaný počet zemnících vodičů.

2 ZÁKLADNÍ TEORETICKÁ USTANOVENÍ

Hlavní příčinou úrazu elektrickým proudem u lidí v sítích s napětím do 1000 V je výskyt napětí na kovových částech elektrického zařízení v důsledku poškození izolace a fázového zkratu na krytu. Podle pravidel pro projektování elektrických instalací [1] by se jako ochrana mělo používat ochranné uzemnění nebo uzemnění (v síti s izolovaným neutrálem – ochranné uzemnění a v síti s pevně uzemněným neutrálem – uzemnění). V prvním i druhém případě se používají uzemňovací zařízení stejné konstrukce (obrázek 1). S ochranným uzemněním je uzemňovací zařízení připojeno k pouzdru elektrické instalace (obrázek 2). V uzemňovacím obvodu je nulový vodič transformátoru uzemněn a nulový vodič je znovu uzemněn, tzn. jedno uzemňovací zařízení je připojeno k nulovému bodu výkonového transformátoru a druhé k nulovému vodiči v bezprostřední blízkosti umístění elektrického zařízení (obrázek 3).

Podle návrhu mohou být uzemňovací zařízení obrysová nebo vzdálená (obrázek 1), přírodní nebo umělá.

K uzemnění elektroinstalace je třeba nejprve použít přirozené uzemňovací vodiče: a) vodovodní a jiná kovová potrubí uložená v zemi, s výjimkou potrubí hořlavých kapalin a plynů; b) pouzdra studní; c) kovové a železobetonové konstrukce budov a konstrukcí v kontaktu se zemí; d) kovové bočníky vodních staveb, vodovodní potrubí, vrata atd.; e) olověné pláště kabelů uložené v zemi; f) zemnící vodiče pro podpěry venkovního vedení; g) kolejové tratě hlavních neelektrifikovaných železnic a příjezdové komunikace za přítomnosti záměrné instalace propojek mezi kolejnicemi.

Pro umělé zemnící vodiče by měla být použita nenatřená ocel. Nejmenší rozměry ocelových zemničů jsou následující [1]: průměr tyčových negalvanizovaných zemničů d není menší než 10 mm, pozinkovaných d není menší než 6 mm; průřez pravoúhlých zemnících vodičů S není menší než 48 mm 2, tloušťka pravoúhlých zemničů a rohové oceli b není menší než 4 mm. Obvykle se používají staré ocelové trubky 2,5-3 m dlouhé, úhlová ocel nebo tyčová ocel. Zemnící vodiče jsou umístěny podél vnějšího obrysu budovy ve vzdálenosti 1 m od základu. U vnějších elektrických instalací (čerpací stanice, jeřáby, dopravníky atd.) jsou zemnicí vodiče umístěny podél obrysu těchto instalací nebo rovnoběžně s nimi (obrázek 6 a 2). Je vykopán příkop a zemnící vodiče jsou zaraženy svisle do země. Podle podmínek promrzání půdy musí být hloubka zemnících vodičů minimálně 3 m. Zemnící vodiče jsou navzájem spojeny vodičem. Jako zemnící vodič se používá pásová ocel o průřezu minimálně 0,7 mm 48 . Spojení vodičů mezi sebou a s uzemňovacími vodiči se provádí pouze svařováním.

Odpor uzemňovacího zařízení RZ.U by neměla překročit standardní hodnotu podle PUE (tabulka 1) a závisí na typu půdy, její vlhkosti, velikosti a počtu zemnících vodičů.

ČTĚTE VÍCE
Je možné prát koženkovou bundu v pračce?

Naměřená hodnota měrného objemového odporu zeminy proti proudovému šíření ISM se značně liší. Hlína dobře vede elektřinu a dlouhodobě zadržuje vlhkost, písek vede elektřinu špatně a prakticky nezadržuje vlhkost. Při vlhkosti půdy 10-20% má písek odpor 700 Ohm m, písčitá hlína – 300 Ohm m, hlína – 100 Ohm m, jíl – 40 Ohm m [4].

Ve výpočtech hodnota měrného objemového odporu zeminy VÝPOČET rovná se součinu naměřeného objemového měrného odporu a faktoru sezónnosti  s přihlédnutím k možnému zvýšení ISM v důsledku změn povětrnostních podmínek:

V tomto případě ISM získané měřením při průměrné vlhkosti půdy, kdy jí předcházel slabý déšť.

Obrázek 1 – Schémata uzemňovacích zařízení

Obrázek 2 – Schéma ochranného uzemnění:

1 – pouzdro elektroinstalace; 2 – zemnící vodič; 3 – za-

statkář; 4 – hlavní pás spojující zemnící elektrody

Obrázek 3 – Schéma uzemnění nulového bodu transformátoru

a znovu uzemnění nulového vodiče:

1 – transformátor; 2. 7 – elektrická zařízení; 8 – zemnící (uzemňovací) smyčka umístěná uvnitř budovy; 9 – zemnící vodič; 10 – zemnící elektrody (trubky) zaražené kolmo do země; 11 – páskový propojovací zemnící vodič (vodič vodorovný)

Tabulka 1 – Maximální přípustné hodnoty odporu

uzemňovací zařízení v elektrických instalacích

Nejvyšší přípustný odpor uzemňovacího zařízení RNORMAOhm

1. Elektrické instalace s napětím do 1000 V sítě s izolovaným neutrálem

a) ochranné uzemnění pro generátory a transformátory o výkonu 100 kVA nebo méně

b) ochranné uzemnění v ostatních případech

2. Elektrické instalace s napětím nad 1000 V síť s izolovaným neutrálem

a) je-li uzemňovací zařízení použito pouze pro elektrické instalace nad 1000 V

b) je-li uzemňovací zařízení současně používáno pro elektrické instalace do 1000 V a více než 1000 V

250 / IЗ, ale ne více než 10

kde jáЗ – vypočtený zemní poruchový proud, A

125 / IЗ, ale ne více než 10

3. Elektrické instalace s napětím do 1 kV sítě s pevně uzemněným neutrálem

a) připojení k neutrálu transformátoru,

– pokud je fázové napětí UФ = 380 V

b) připojování opakovaných zemnících vodičů k venkovnímu vedení,

– pokud je fázové napětí UФ = 380 V

Celková U tranfor-

jíst. a opakujte matora

Celkem za každý RП

4. Elektrické instalace s napětím nad 1000 V sítě s účinně uzemněným neutrálem

(IЗ = 500 A nebo více)

Poznámka. Pokud je měrný odpor země  větší než 100 Ohm m, je povoleno zvýšit stanovené normy 0,01krát, ale ne více než desetinásobně.

Při návrhu uzemňovacího zařízení je žádoucí znát specifický objemový odpor půdy v místě, kde bude konstruováno. hodnota ISM Stanovuje se ve dvou fázích: nejprve se měří odpor proti šíření proudu jedné zemnící elektrody RISM, ponořený do země v oblasti, kde bude provedeno uzemnění, a poté nahrazením RISM do vzorce pro stanovení odporu proti proudovému šíření dané elektrody se vypočítá ISM.

ČTĚTE VÍCE
Je nutné po propláchnutí vstřikovačů měnit motorový olej?

Jako řídicí elektrody by měly být použity stejné elektrody, které budou použity pro uzemnění. Obvykle se jedná o tyčovou elektrodu, zaraženou svisle do země, stejně jako pásovou elektrodu, položenou rovnoběžně s povrchem země a používané ke vzájemnému spojení tyčových elektrod.

Pokud má uzemňovací zařízení pouze vodorovně položený pásek, je odpor vůči průtoku proudu určen vzorcem:

kde RГ – odolnost proti proudovému šíření vodorovně položeného pásu, Ohm;

Г – měrný odpor půdy vůči šíření proudu pro pás položený vodorovně v zemi, Ohmm;

Г – koeficient sezónnosti pro vodorovný zemnící pás;

L – délka zemnící lišty, m;

b – šířka pásu, m;

t – hloubka pásu, m.

Při použití zemnícího vodiče s kulatým průřezem se ve vzorci (2) bere šířka b rovna dvěma průměrům vodiče.

Půdní odpor Г se bere rovna naměřené hodnotě ISM nebo se převezme přibližná hodnota  z referenční knihy [4].

Pokud je uzemňovací zařízení umístěno ve třetím klimatickém pásmu a jsou použity vodorovné zemnící vodiče (pásy, tyče, úhelníky atd.), pak П = 1,6 3,2 XNUMX XNUMX XNUMX. XNUMX.

Odpor proti šíření proudu jedné vertikální zemnící elektrody (trubky, tyče) je určen vzorcem:

kde RЗ – odolnost proti šíření proudu vertikální zemnící elektrody (trubka, tyč), Ohm;

LЗ – délka vertikální zemnící elektrody (trubka, tyč) m;

dЗ – vnější průměr zemnící elektrody (trubka, tyč), m;

tЗ – hloubka zemnícího vodiče (trubka, tyč), m,

t – vzdálenost od zemského povrchu k hornímu okraji zemnící elektrody, m.

Pokud jsou zemnící elektrody umístěny ve třetím klimatickém pásmu a jsou použity vertikální zemnící elektrody (trubky nebo úhelníky dlouhé 2-3 m), pak koeficient З = 1,2 1,5 XNUMX XNUMX XNUMX. XNUMX.

Odpor proti šíření proudu uzemňovacího zařízení sestávajícího z pásu a trubek nebo tyčí svisle zaražených do země (obrázky 1 a 3) je určen vzorcem:

kde RГ – odolnost proti šíření proudu vodorovného pásu spojujícího zemnící elektrody;

RЗ – odpor všech svisle instalovaných zemnících vodičů, Ohm.

Г – koeficient využití vodorovného pásu;

З – koeficient využití svislých zemnících vodičů.

Míry využití Г a З zohlednit zhoršení podmínek pro šíření proudu z pásku a svislých zemnících vodičů. Hodnoty koeficientu Г a З jsou uvedeny v tabulkách 1 a 2.

Po změření nebo výpočtu odporu uzemňovacího zařízení RZ.U porovnává se s normativní hodnotou RNORMA. Pokud odpor RZ.U bude větší než standardní hodnota, pak je nutné navrhnout nové zemnící zařízení splňující požadavky PUE [1].

Korozní agresivita půdy ve vztahu k oceli je charakterizována hodnotami elektrického odporu půdy, stanovenými v polních a laboratorních podmínkách.

Stanovení specifického elektrického (zdánlivého) odporu půdy v polních podmínkách [45]. Elektrický odpor zeminy se měří přímo na trase podzemního potrubí bez odběru vzorků zeminy pomocí čtyřelektrodového obvodu (obr. 7.3). Používají se polní elektrické průzkumné přístroje, např. typ AEb-72. Elektrody ve formě ocelových tyčí o délce 250 až 350 mm a průměru 15 až 20 mm.

ČTĚTE VÍCE
Kolik kilowattů energie je potřeba k vytápění skleníku?

Elektrody jsou umístěny na zemském povrchu na jedné přímce, která se shoduje s osou trasy pro navrhovanou konstrukci a pro konstrukci uloženou v zemi – na linii probíhající kolmo nebo rovnoběžně ve vzdálenosti od 2 do 4 m od osy konstrukce. Měření se provádí v intervalech 100 až 200 m v období, kdy nedochází k promrzání zeminy v hloubce konstrukce.

Hloubka zarážení elektrod do země by neměla být větší než 1/20 vzdálenosti mezi elektrodami.

Elektrický odpor půdy ρ, Ohm m, se vypočítá pomocí vzorce:

ρ=2πRg, str a,

kde Rg, str – elektrický odpor půdy, měřený zařízením, Ohm; а – vzdálenost mezi elektrodami rovna hloubce (u komunikačních kabelů – dvojnásobku hloubky) uložení podzemní stavby, m.

Stanovení elektrického odporu půdy v laboratorních podmínkách [45]. Pro stanovení elektrického odporu zeminy se vzorky zeminy odebírají v jámách, vrtech a příkopech z vrstev umístěných v hloubce stavby, v intervalech 50 až 200 m ve vzdálenosti 0,5 až 0,7 m od boční stěny. trubka. Pro vzorek odeberte 1,5 až 2 kg zeminy, odstraňte pevné vměstky větší než 3 mm. Vybraný vzorek se vloží do plastového sáčku a opatří se pasem, ve kterém je uveden předmět a číslo vzorku, místo a hloubka odběru. Pokud je hladina podzemní vody výše než hloubka odběru, odebere se půdní elektrolyt o objemu 200 až 300 cm 3 a umístí se do hermeticky uzavřené nádoby, která je označena a opatřena pasportem.

Používají se zdroje stejnosměrného nebo nízkofrekvenčního střídavého proudu jakéhokoli typu, miliampérmetr libovolného typu s třídou přesnosti minimálně 1,5 s rozsahy 200 nebo 500 mA, voltmetr jakéhokoli typu s vnitřním odporem minimálně 1 mOhm , obdélníková buňka s vnitřními rozměry a =100 mm; b= 45 mm; h=45 mm (obr. 7.4, a) z dielektrického materiálu (sklo, porcelán, plast) nebo oceli s vnitřní izolací.

Vybraný vzorek písčitých půd je navlhčen až do úplného nasycení vlhkostí a jílovitých půd – dokud není dosaženo měkkého plastického stavu. Pokud je hladina podzemní vody pod úrovní odběru vzorků, provádí se smáčení destilovanou vodou, pokud je vyšší, pak podzemní vodou.

1 – elektroda,

2 – zařízení s koncovkami:

I – síla proudu;

a – vzdálenost mezi elektrodami

Rýže. 7.3 Schéma pro stanovení rezistivity půdy

Elektrody se očistí brusným papírem, odmastí acetonem a promyjí destilovanou vodou. Externí elektrody jsou instalovány blízko vnitřních koncových povrchů článku. Při sestavování článků jsou desky umístěny neizolovanými stranami k sobě. Poté se do buňky umístí zemina a zhutní ji vrstvu po vrstvě. Výška zeminy by měla být o 4 mm menší než výška buňky. Nainstalujte vnitřní elektrody svisle a spusťte je dolů podél středové osy článku ve vzdálenosti 50 mm od sebe a 25 mm od koncových stěn článku.

ČTĚTE VÍCE
Je lepší čistit pohovku parním generátorem nebo mycím vysavačem?

Elektrický odpor půdy se zjišťuje pomocí čtyřelektrodového obvodu pomocí stejnosměrného nebo nízkofrekvenčního střídavého proudu. Externí elektrody se stejnou pracovní plochou Sp polarizované proudem o určité síle l1 a změřte úbytek napětí V1 mezi dvěma vnitřními elektrodami v určité vzdálenosti lMN mezi nimi.

Elektrický odpor půdy Rg, str, Ohm, se vypočítá pomocí vzorce:

Rg, str= V1 / l1,

kde V1 – pokles napětí mezi dvěma vnitřními elektrodami, V; l1 – síla proudu v buňce, A.

Při nepřítomnosti proudu je rozdíl potenciálů mezi dvěma vnitřními elektrodami V01 se může lišit od nuly v rozsahu od 10 do 30 mV, pak pro výpočet elektrického odporu půdy použijte vzorec:

Rg, str= (V1V01)/ l1,

Elektrický odpor půdy, Ohm m, se vypočítá pomocí vzorce:

ρ=SpRg, str / lMN,

kde Rg, str – elektrický odpor půdy, vypočítaný podle vzorce, Ohm, Sp – povrch pracovní elektrody, m2, lMN – vzdálenost mezi vnitřními elektrodami, m.

Pro posouzení korozní agresivity zeminy ve vztahu k uhlíkové a nízkolegované oceli je povoleno použít speciální analyzátory korozní aktivity zemin AKAG (obr. 7.5), AKGK, IKAG [141]. Analyzátor korozní aktivity je určen pro kvalitativní a kvantitativní hodnocení korozní agresivity zeminy ve vztahu k oceli v místech uložení podzemních staveb, zejména ocelových potrubí. Analyzátor je určen pro použití v polních a laboratorních podmínkách. Zařízení zjišťuje na základě analýzy vzorků zeminy odpor půdy a hustotu proudu katodické ochrany uhlíkové a nízkolegované oceli. Analyzátor digitálně zobrazuje hodnotu naměřeného odporu půdy, okamžité hodnoty potenciálů referenčních elektrod vzhledem k pracovním elektrodám, jejich průměrnou hodnotu, okamžité hodnoty hustoty katodového proudu na každém měřicím článku a jejich průměrnou hodnotu a automaticky ukládá výsledky posledních měření do energeticky nezávislé paměti. Podle tabulky 7.8 určuje korozní aktivitu zemin. Rozsah provozních teplot zařízení je od +5 do +45 °C.

Pokud je elektrický odpor půdy, měřený v laboratorních podmínkách, rovný nebo větší než 130 Ohm m, považuje se korozivnost půdy za nízkou a vychází z průměrné hustoty katodového proudu. iк nejsou oceňovány.

Stanovení průměrné katodové proudové hustoty [45]. Podstatou metody je stanovení průměrné katodové proudové hustoty potřebné k posunutí potenciálu oceli v půdě o 100 mV záporně, než je korozní potenciál. Používá se ke stanovení proudové hustoty: zdroj stejnosměrného proudu libovolného typu, miliampérmetr s horní mezí měření 1 mA nebo mikroampérmetr s mezí měření 200 nebo 500 μA, třída přesnosti minimálně 1,5, voltmetr jakéhokoli typu s limitem měření 1 V a vnitřním odporem minimálně 1 Mohm, stavěcí odpor, proudový jistič, obdélníkový článek o rozměrech 70x70x100 mm z dielektrického materiálu (sklo, porcelán, plast atd.) o kapacitě 0,5 až 1 dm 3, pracovní elektroda, představující obdélníkový ocelový plát o tloušťce 1,5 až 2 mm, rozměr 50×20 mm a pracovní plocha 10 cm 2 (0,001 m 2), pomocná elektroda z oceli tvarem a velikostí podobnou pracovní elektrodě , referenční elektroda – nasycený síran měďnatý, chlorid stříbrný,

ČTĚTE VÍCE
Je možné jednoduše položit dlažební desky na písek?

Rýže. 7.5. Komplexní analyzátor korozní aktivity půdy AKAG

kalomel atd., destilovaná voda. Jedna plocha pracovní a pomocné elektrody a proudové vývody z nich jsou izolovány tmelem. Je povoleno používat speciální zařízení, která zajišťují automatický posun potenciálu od korozního potenciálu a udržují jej na dané úrovni během experimentu.

Vybraný vzorek se vloží do cely, přičemž se zachová přirozená vlhkost půdy. Pokud je při skladování vzorků po jejich odběru možná změna přirozené vlhkosti půdy, určete vlhkost vybraného vzorku. Před testováním se znovu stanoví obsah vlhkosti ve vzorku půdy a pomocí destilované vody se upraví na přirozenou úroveň.

Zemina se nasype na dno buňky do výšky 20 mm a zhutní. Pracovní a pomocná elektroda se instalují svisle s neizolovanými plochami proti sobě ve vzdálenosti 3–4 cm, poté se do buňky ukládá zemina vrstva po vrstvě (jedna až tři vrstvy) s postupným zhutňováním vrstev, čímž se dosáhne maximální možné zhutnění. Vzdálenost od horní hrany pracovní elektrody k povrchu země je 50 mm. Referenční elektroda je instalována na horní části článku v zemi a prohlubuje ji o 1,0–1,5 cm.

Tři články se naplní stejnou zeminou a paralelně se provedou tři měření katodového proudu. lк v mikroampérmetrech v každé buňce. Sestavte instalaci podle schématu na Obr. 7.4, b, pomocí proudového jističe a voltmetru nebo pomocí speciálního zařízení, které obsahuje proudový jistič.

Pracovní elektroda je udržována v zemi po dobu 15 až 20 minut před zapnutím polarizace a je měřen její korozní potenciál vzhledem k referenční elektrodě.

Katodická polarizace se provádí připojením pracovní elektrody k zápornému pólu zdroje stejnosměrného proudu a pomocné elektrody ke kladnému pólu. Potenciál elektrody je posunut o 100 mV záporně než její stacionární potenciál, s vyloučením ohmické složky z naměřeného potenciálu pracovní elektrody Е1 v milivoltech, přerušením obvodu v době měření.

Změřte sílu proudu lк v mikroampérech. Pokud je aktuální síla lк je konstantní nebo se časem snižuje, pak doba trvání polarizace je 15 minut, během kterých jsou měřeny a zaznamenávány tři až čtyři hodnoty lк a odpovídající čas měření t. Pokud se proud v průběhu času zvyšuje, změřte a zaznamenejte lк pětkrát až šestkrát za 40 minut nebo kratší dobu. Proudová síla více než 200 μA (2×10–4 A) při zohlednění pracovní plochy elektrody 10 cm 2 charakterizuje vysoce korozní agresivitu půdy.

Poslední hodnota proudu v každém článku se bere pro výpočet aritmetického průměru katodového proudu lk.sr. na základě výsledků paralelního měření ve třech článcích a následného stanovení průměrné katodové proudové hustoty iк.

Průměrná hustota katodového proudu iк, A, se vypočítá pomocí vzorce iк= lk.sr. /0,001, kde lk.sr. – aritmetický průměr hodnoty proudu katody na základě výsledků měření ve třech paralelních článcích A; 0,001 – plocha pracovní elektrody, m2.