Наличие защитного заземления – одно из основных требований электробезопасности. Надежность заземляющих элементов контролируют специалисты электролаборатории, проводя измерение металлосвязи. Согласно действующим нормам и правилам, такая проверка обязательна, если на объекте производился ремонт электрического оборудования, переоснащение или монтажные работы. Что скрывается под термином «металосвязь» и зачем проводятся ее измерения, мы подробно расскажем в этой публикации.
Что такое «металлосвязь»?
Под данным термином принято понимать связь (электрическую цепь), образованную электроустановкой и заземлителем. Основное требование к металлосвязи – непрерывность цепи заземления. Нарушение этого условия грозит образованием высокой разности потенциалов в цепях электроустановки, что представляет угрозу для жизни и может повлечь за собой выход из строя оборудования.
Надежный контакт заземлителя и объекта заземления обеспечивает низкую величину переходного сопротивленияСо временем может наблюдаться рост переходных сопротивлений в цепи заземления, что приводит к образованию дефектов металлосвязи, давайте разберемся с природой этого явления.
Чем вызван рост переходного сопротивления?
Под переходными контактами подразумеваются соприкасающиеся металлические элементы. Добиться их идеальной полировки невозможно, все равно на поверхности будут присутствовать бугорки и вмятины микроскопического размера. Площадь контактируемых поверхностей изменяется от воздействия различных внешних факторов (температура, сила прижатия, загрязнение поверхности и т.д.), что ведет к увеличению переходного сопротивления. На представленных ниже фотографиях медного контакта, сделанных при помощи электронного микроскопа, видно образование на поверхности пленки из оксида меди.
Такая оксидная пленка обладает диэлектрическими свойствами, они хоть и не велики, но этого может оказаться достаточно, чтобы нарушить металлосвязь. В результате соединение будет нагреваться и рано или поздно приведет к отгоранию контакта, что незамедлительно отразится на качестве металлосвязи. Не менее распространенная причина – человеческий фактор, именно поэтому после монтажных работ требуется проводить измерение металлосвязи.
Зачем проверять металлосвязь?
Принимая во внимание вышеизложенную информацию, можно указать следующие причины для проверки металлосвязи:
- Контроль непрерывности цепи заземления. Он включает в себя как электроизмерения, так и осмотр защитных проводников и других элементов заземления, на предмет их целостности.
- Измерение сопротивления переходных контактов (производится между электроустановкой и заземлителем), а также общих параметров цепи.
- Проверяется разность потенциалов между корпусом заземленной электроустановки и заземлителем. Проверка осуществляется в рабочем режиме и выключенном состоянии.
Как видим, основная цель проверки – осуществление измерений параметров заземляющих цепей, поскольку именно они характеризуют качество металлосвязи, а соответственно, и электробезопасность установки.
Методика измерения металлосвязи
В соответствии с требованиями ПУЭ металлические элементы электроустановок подлежат заземлению. Замеры металлосвязи производятся между главной и элементом, подлежащим проверке. По нормам сопротивление контактов в одном переходе должно быть 0,01 Ом ± 20%.
Если измерительный прибор подтверждает наличие качественного соединения, выполняется проверка следующего узла. Когда между заземлителем и заземленной электроустановкой несколько переходов, то их суммарное сопротивление не должно выходить за пределы 0,05 Ом.
Если сопротивление превышает допустимые нормы, следует проверить состояние контактов, зачистить их, соединить и произвести повторные измерения.
Большинством электролабораторий замеры металлосвязи проводятся по следующему алгоритму:
- Осуществляется визуальный осмотр контактов заземляющих проводников. Эффективны при поисках «плохого» контакта специальные приборы – тепловизоры, они быстро позволяют обнаружить проблемное соединение.
- Сварочные соединения проверяются на прочность путем применения механической нагрузки.
- Все заземленные элементы конструкции тестируются на наличие металлосвязи.
- Проверка наличия электрического тока на заземленных элементах.
- Полученные результаты фиксируются в специальном протоколе.
Приведенная методика измерений доказала свою эффективность.
Нормы и правила
Согласно нормам ПУЭ заземляющие проводники, а также используемые для выравнивания потенциалов, необходимо надежно соединять, чтобы обеспечить наличие непрерывности цепи заземления. При этом для стальных проводников предписывается сварочное соединение, другие способы контакта допускаются только в том случае, если имеется защита от разрушающего воздействия воздушной среды. При использовании болтовых соединений, должны быть приняты соответствующие меры, не позволяющие ослабевать контактному соединению.
Все соединения цепи заземлителя и заземленного устройства должны быть расположены таким образом, чтобы к ним имелся свободный доступ, поскольку должен производиться осмотр, с целью проверки непрерывности электрического соединения. Исключение их этого правила – герметизированные контакты.
В Правилах также указано, что для контакта с заземляющими устройствами могут выполняться болтовыми или сварочными соединениями. Если устройства электроустановок подвержены сильной вибрации или их часто перемещают на другое место, то применяются гибкий защитный провод.
Более детальную информацию о нормах и правилах, можно получить в ПУЭ (р. 1.7.).
Периодичность
Согласно норм ПТЭЭП и ПУЭ, испытания металлосвязи проводится по графику, определенному техническим отделом объекта. Как правило, в этом случае руководствуются табл. 37 п. 3.1 ПТЭЭП, где установлена следующая периодичность измерения металлосвязи:
- В помещениях и объектах, относящихся к повышенной категории опасности, замеры переходных сопротивлений в заземляющих цепях должны проводиться ежегодно, при других обстоятельствах – не реже одного раза на протяжении трех лет.
- Для лифтового и подъемного оборудования – 1 год.
- Стационарным электроплитам – 1 год.
Как правило, проверка металлосвязи производится совместно с другими видами электроизмерений (сопротивления изоляции, проверка целостности электропроводки и т.д.).
Помимо этого, обязательные измерения металлосвязи проводятся в следующих случаях:
- Если производился ремонт или переоснащение электрооборудования.
- При испытаниях новых электроустановок.
- После проведения монтажных работ.
Приборы для измерения
Учитывая, что измерения металлосвязи проводятся на уровне сотых Ома, то обычные измерительные приборы, например, мультиметры, для этой цели не подходят. Когда проводят замеры сопротивления заземления, используют более точные приборы, достаточно чувствительные, чтобы измерять сопротивления малого уровня.
Большинство таких устройств оснащены дополнительными функциями, например, представленный на рисунке прибор Metrel MI3123 может также измерять электропроводимость грунта и тока утечки.
Фиксация результатов в протоколе измерения
Все результаты измерений заносятся в специальный протокол испытаний. Данные фиксируются в таблице, с указанием наименования каждого осмотренного соединения. В отчете также приводится информация о количестве осмотренных узлов, их местоположении и отображается максимальное значение общего сопротивления контактов защитной цепи.
Если в процессе испытаний обнаружено отсутствие металлосвязи, информация об этом обязательно фиксируется в документе и одновременно в приложении к протоколу (дефектной ведомости).
Кратко о профилактике.
Регулярно проводить замеры металлозаземления, не значит отказаться от профилактики. Чтобы обеспечить непрерывность защитных цепей необходимо регулярно проверять, в каком состоянии находятся контактные соединения, и при необходимости подтягивать их. Не менее важно очищать контакты пыли, окисной пленки и грязи.
При обнаружении наличия электрического напряжения на одном из элементов конструкции, необходимо позаботится о ее качественном заземлении. В противном случае возрастает риск возникновения нештатной ситуации.
Не стоит экономить на проверке качества устройства защитного заземления, поскольку потери могут стать более затратными, чем оплата вызова электролаборатории.
Стандартная научная концепция утверждает, что мы живем в трехмерном мире, имеющем длину, ширину и высоту. Иногда к трем измерениям добавляется четвертое - время… Между тем, существуют самые разнообразные теории, "добавляющие" мирозданию измерений. Только их авторами являются в основном не ученые, а авторы фантастических книг и фильмов.
Этот термин придуман писателем Сэмюэлем Дилэни. Он обратил внимание на то, что во многих фантастических произведениях герои покидают свой "родной" мир и оказываются в другом измерении.
Дилэни предположил, что парапространство может реально существовать. При этом оно оказывает влияние на наш мир. Когда мы испытываем "потусторонние" ощущения, видим или слышим что-то, что не существует в нашей реальности, это могут быть отголоски "парапространства", проще говоря - параллельного мира. Хотя, возможно, оно находится и внутри нашего измерения…
Флатландия
Это мир, состоящий всего из двух измерений, описанный в 1884 году министром и ученым Эдвином Эбботтом в написанной им книге. Ее главный персонаж - квадратик. В мире, где он обитает, чем больше у индивида граней и углов, тем выше его социальный статус.
В плоском мире нет Солнца и звезд. Раз в тысячелетие во Флатландию попадает кто-то из обитателей трехмерного мира. Но жители Флатландии не готовы поверить в существование третьего измерения… Впрочем произведение Эбботта представляет собой скорее сатиру на викторианскую Англию, чем научно-фантастический роман.
"Супер-Саргассово море"
Оно описано известным писателем и исследователем паранормальных явлений Чарльзом Фортом. Он утверждает, что существует "особое" измерение, где оказываются все вещи, пропадающие в нашем мире. Иногда они могут оттуда "возвращаться" и тогда снова появляются… Именно таким образом можно объяснить феномен дождей из животных и неодушевленных предметов, которые имеют место в разных концах земного шара. Кстати, изучив их географию, Форт пришел к выводу, что "Супер-Саргассово море" тянется от Великобритании до Индии.
L-пространство
Этот термин введен писателем Терри Пратчеттом. L-пространство - это особое измерение, представляющее собой библиотеку. Но не в обычном смысле, а в смысле глобального информационного поля. Там можно найти любые книги, которые когда-либо были написаны, которые будут написаны, и, наконец, те, которые были только задуманы, но так и не написаны… Некоторые книги могут быть опасны, поэтому в L-пространстве необходимо соблюдать определенные правила… Во все правила посвящены только старшие библиотекари.
Гиперпространство
Этот термин используется во многих произведениях научной фантастики. Он означает что-то вроде тоннеля, по которому можно путешествовать в другие измерения быстрее скорости света.
Впервые идея, пожалуй, была высказана еще в 1634 году Иоганном Кеплером в книге "Somnium". Ее персонажи должны попасть на остров, расположенный в 80 тысячах километров над землей. Открыть путь туда могут только демоны, которые с помощью опиума погружают путников в сон, а затем переносят их в место назначения, используя подвластную им силу ускорения.
Карманы Вселенной
Физик из Массачусетского технологического института Алан Гут выдвинул гипотезу космической инфляции. Одна из ее основных идей состоит в том, что наша Вселенная постоянно расширяется и по мере расширения порождает все большее число пространственно-временных "карманов" - автономных вселенных, для каждой из которых действуют собственные физические законы.
Теория десяти измерений
Согласно этой теории, которую также называют теорией суперструн, измерений не три или четыре, а гораздо больше. Как минимум десять. Все они могут влиять на наш мир, хотя мы не видим и по большей части не воспринимаем их.
Пятое измерение существует как бы параллельно с нашим, это то, что мы называем "параллельным миром". Шестое - это плоскость, на которой существуют все вселенные, подобные нашей. Седьмое - это миры, которые возникли при условиях, существенно отличных от наших.
Восьмое - это измерение, где "хранятся" бесконечные истории миров, находящихся в седьмом измерении. В девятом расположены миры, чьи физические законы отличаются от наших. Наконец, десятое измерение содержит все это вместе взятое. Так что более десяти измерений человеческий разум представить себе просто не в состоянии…
Мы живем в трехмерном мире: длина, ширина и глубина. Некоторые могут возразить: «А как же четвертое измерение - время?» Действительно, время - это тоже измерение. Но вот вопрос, почему пространство измеряется в трех измерениях - загадка для ученых. Новое исследование объясняет, почему мы живем в мире 3D.
Вопрос о том, почему пространство трехмерно, мучил ученых и философов с античных времен. Действительно, почему именно три измерения, а не десять или, скажем, 45?
В целом, пространство-время четырехмерно (или 3+1-мерно): три измерения образуют пространство, четвертым измерением является время. Существуют также философские и научные теории о многомерности времени, которые предполагают, что измерений времени на самом деле больше, чем кажется: привычная нам стрела времени, направленная из прошлого в будущее через настоящее — всего лишь одна из возможных осей. Это делает возможными различные научно-фантастические проекты, вроде путешествий во времени, а также создает новую, многовариантную космологию, которая допускает существование параллельных вселенных. Однако существование дополнительных временных измерений пока не доказано научно.
Вернемся в наше, 3+1-мерное измерение. Нам хорошо известно, что измерение времени связано со вторым законом термодинамики, который гласит, что в замкнутой системе — такой, как наша Вселенная — энтропия (мера хаоса) всегда возрастает. Уменьшаться вселенский беспорядок не может. Поэтому время всегда направлено вперед — и никак иначе.
В новой статье, опубликованной в EPL, исследователи предположили, что второй закон термодинамики может также объяснить, почему пространство трехмерно.
«Ряд исследователей в области науки и философии обращались к проблеме (3 + 1)-мерной природы пространства-времени, обосновывая выбор именно этого числа его стабильностью и возможностью поддержания жизни», — рассказал соавтор исследования Джулиан Гонсалес-Айала из Национального политехнического института в Мексике и университета Саламанки в Испании порталу Phys.org. «Ценность нашей работы заключается в том, что мы представляем рассуждения, основанные на физической модели размерности Вселенной с подходящим и разумным сценарием пространства-времени. Мы первые, кто заявил, что число «три» в размерности пространства возникает в качестве оптимизации физической величины».
Ранее ученые обращали внимание на размерность Вселенной в связи с так называемым атропным принципом: "Мы видим Вселенную такой, потому что только в такой Вселенной мог возникнуть наблюдатель, человек". Трехмерность пространства объяснялась возможностью поддержания Вселенной в том виде, в каком мы её наблюдаем. Если бы во Вселенной было множество измерений, по ньютоновскому закону тяготения не были бы возможны устойчивые орбиты планет и даже атомная структура вещества: электроны падали бы на ядра.
В данном исследовании ученые пошли другим путем. Они предположили, что пространство трехмерно из-за термодинамической величины — плотности свободной энергии Гельмгольца. Во Вселенной, заполненной излучением, эту плотность можно рассматривать как давление в пространстве. Давление зависит от температуры Вселенной и от количества пространственных измерений.
Исследователи показали, что могло происходить в первые доли секунды после Большого взрыва, называемые Планковской эпохой. В момент, когда Вселенная начала охлаждаться, плотность Гельмгольца достигла своего первого максимума. Тогда возраст Вселенной составлял долю секунды, а пространственных измерений было ровно три. Ключевая мысль исследования заключается в том, что трехмерное пространство было «заморожено», как только плотность Гельмгольца достигла своего максимального значения, которое запрещает переход в другие измерения.
На рисунке ниже изображено, как это происходило. Слева —
плотность свободной энергии
Гельмгольца (е) достигает своего максимального значения при температуре Т = 0,93, которое возникает, когда пространство было трехмерным (n=3). S и U представляют плотности энтропии и плотность внутренней энергии, соответственно. Справа показано, что перехода к многомерности не происходит при температуре ниже 0,93, что соответствует трем измерениям.
Это произошло вследствие второго закона термодинамики, который допускает переходы в более высокие измерения только тогда, когда температура выше критического значения — ни градусом меньше. Вселенная непрерывно расширяется, и элементарные частицы, фотоны, теряют энергию — поэтому наш мир постепенно охлаждается: Сейчас температура Вселенной гораздо ниже уровня , предполагающего переход из 3D-мира в многомерное пространство.
Исследователи поясняют, что пространственные измерения похожи на состояния вещества, а переход из одного измерения в другое напоминает фазовый переход — такой, как плавление льда, которое возможно лишь при очень высоких температурах.
«В процессе охлаждения ранней Вселенной и после достижения первой критической температуры, принцип приращения энтропии для замкнутых систем мог запретить определенные изменения размерности», — комментируют исследователи.
Это предположение по-прежнему оставляет место для более высоких измерений, которые существовали в Планковскую эпоху, когда Вселенная была еще более горячей, чем это было при критической температуре.
Дополнительные измерения присутствуют во многих космологических моделях — в первую очередь, в теории струн. Это исследование может помочь объяснить, почему в некоторых из этих моделей дополнительные измерения исчезли или остались такими же крошечными, как были в первые доли секунды после Большого взрыва, в то время как 3D-пространство продолжает расти во всей наблюдаемой Вселенной.
В будущем исследователи планируют улучшить свою модель, чтобы включить дополнительные квантовые эффекты, которые могли возникнуть в первую долю секунды после Большого взрыва. Кроме того, результаты дополненной модели могут также служить ориентиром для исследователей, работающих на других космологических моделях, таких как квантовая гравитация.
