Цель работы: определение характеристик электробезопасности методом физического моделирования в электролитической ванне сетчатых заземлителей
1. Описание установки
Установка для модельных исследований состоит из следующих основных элементов: ванна с электролитом, модели заземлителей (представлены в виде сетки с ячейками 5×5 и 10×10), источник питания генератор переменного напряжения регулируемой частоты 1-105 Гц, измерительный прибор (вольтметр). Схема модельной установки для исследования заземлителей приведена на рисунке.
Рисунок 1.1 – Схема модельной установки для исследования заземлителей:
1 – ванна с электролитом; 2 – заземлитель; 3 – преобразователь частоты; 4 – зонд
Электролитическая ванна имеет форму полусферы диаметром 1,0 метр из листовой меди, что позволяет устранить погрешность моделирования из-за несовпадения эквипотенциальных поверхностей заземлителей, имеющих на некотором расстоянии от заземлителей любой конфигурации полусферическую форму, и стенок ванны. Так как теоретически поле заземлителя простирается неограниченно, а электролитическая ванна имеет конечный размер, при исследованиях будет иметь место погрешность моделирования, которую можно считать незначительной, если максимальные размеры исследуемых элементов будут в 4-5 раз меньше диаметра ванны, т.е. в данном случае не превысят 0,25 – 0,20 м. Однако, при исследованиях сложных и больших заземляющих устройств соблюдение указанного условия приводит к слишком малым размерам модели, что резко снижает точность модельных экспериментов. Поэтому при исследованиях приходится выполнять модель зазаемляющего устройства большего масштаба и учитывать поправку на конечные размеры ванны.
В качестве электролита используется водопроводная вода с удельным сопротивлением ρ (в среднем ρ = 15 Ом·м). В ванну может быть добавлено небольшое количество (3-5 г) медного купороса для снижения удельного сопротивления электролита и ограничения окисления металла на поверхности сетки. При этом необходимо считаться с погрешностями связанными с изменением удельного сопротивления электролита (например, изменение температуры окружающей среды на 1 ºС вызывает изменение удельного сопротивления воды не менее чем на 2%), его испарением и т.д. Все эти погрешности будут тем меньше, чем короче время эксперимента.
Потенциалы точек на водной поверхности вдоль сетки измеряют точечным зондом, потенциал которого по отношению к корпусу ванны определяется вольтметром. Потенциальный зонд представляет собой тонкую стальную иглу, укрепленную на специальном держателе и изолированную от корпуса ванны. Специальная конструкция позволяет фиксировать положение потенциального зонда в системе отсчета расстояний по горизонтальной координатной плоскости.
При моделировании в электролитической ванне следует обращать внимание на устранение влияния эффекта поляризации, для чего нужно правильно подбирать сочетания электролит-электрод, частоту и плотность измерительного тока. Наиболее применимым для практических целей сочетанием электролит-электрод является водопроводная вода-латунь.
Для питания модельной установки использован переменный ток частотой 1000 Гц. При такой частоте тока поляризационный эффект, заключающийся в образовании на поверхности электродов газообразного слоя, создающего падение напряжения и искажение поля, можно с допустимым для практических целей точностью не учитывать.
Значение питающего тока должно быть достаточным для обеспечения удовлетворительного соотношения полезный сигнал-помехи, но в то же время не вызывать заметного прогревания электролита. В зависимости от площади поверхности исследуемых моделей значение тока лежит в пределах от 0,025 до 0,050 А.
Электробезопасность обеспечивается за счет низкого напряжения: на выходе генератора Ф 578 напряжение не более 7В; соответственно малые плотности тока на электродах исключают нагревание электролита и поляризацию. И заземлении электролитической ванны, корпуса генератора Ф 578 и вольтметра Ф 563.
2. Порядок выполнения работы
Подготовить установку для измерения распределения потенциалов вдоль сетки.
Собрать схему модельной установки. Заполнить ванну водопроводной водой так, чтобы сетка была погружена на 0,5–0,7 см, один из концов сетки присоединен к потенциальному вводу генератора, а другой – заземляется на корпус ванны. Выставить потенциальный зонд вдоль сетки, погрузив в электролит острие иглы до касания с сеткой, записать значение напряжения на контуре заземляющей сетки U0. Поднять иглу, так, чтобы он была погружена в электролит на 0,5-1,0 мм и с помощью вольтметра записать значение потенциала вдоль сетки (шаг задается руководителем), а зафиксированная отметка на масштабной линейке конструкции каретки будет началом отсчета расстояний.
Полученные значения напряжения вдоль сетки записываем в таблицу.
Таблица 1.1.
| x, см | |||||||||||||||||||||
| Ux, В | 3,85 | 3,85 | 3,8 | 3,78 | 3,76 | 3,75 | 3,75 | 3,79 | 3,82 | 3,88 | 3,9 | 3,88 | 3,82 | 3,79 | 3,82 | 3,58 | 3,68 | 2,9 | 2,65 | 2,48 | |
| 0,987 | 0,987 | 0,974 | 0,969 | 0,964 | 0,961 | 0,961 | 0,971 | 0,979 | 0,994 | 0,994 | 0,979 | 0,971 | 0,979 | 0,917 | 0,943 | 0,743 | 0,679 | 0,635 |
Построим экспериментальную кривую распределения относительного потенциала на поверхности грунта f(x) = .