Charakterystyki eksploatacyjne i elektryczne urządzeń uziemiających

Główną funkcją działania urządzeń uziemiających jest zapewnienie wystarczającej przewodności do działania obwodu zabezpieczającego przekaźnika w celu zamknięcia części instalacji elektrycznej pod napięciem do uziemionej ramy lub ziemi.

Dlatego najważniejszą charakterystyką elektryczną uziemiacza jest przewodność uziemienia Gzy lub jej odwrotność Rz — rezystancja uziemiacza równa Rzy = Rs + Rzp, gdzie Rz jest rezystancją prądu płynącego od uziomu do uziemienie (rezystancja elektrody uziemiającej), RZp — rezystancja przewodów uziemiających.

Opór prądu rozchodzącego się od elektrody uziemiającej do ziemi jest tworzony przez całą strefę propagacji prądu — objętość gruntu, począwszy od powierzchni uziemionej elektrody, potencjał elektryczny φ, który podczas przepływu prądu Азs w ziemią jest φ3, a do strefy, w której φ jest praktycznie zerowe (strefa o potencjale zerowym).

Zgodnie z Prawo Ohma rezystancja uziemienia jest równa stosunkowi potencjału węzłów w punkcie przyłożenia prądu do uziomu do prądu Azz opuszczającego uziom w ziemi Rs = φsmax /Азс

Należy zauważyć, że fala potencjału φ jest liczbowo równa napięciu elektrody uziemiającej Uz. Dlatego formuła jest zwykle zapisywana w postaci Rs = Uc /Azc

Elektryczna funkcja ochronna uziemiacza polega na ograniczeniu napięcia do dopuszczalnych granic, przy których człowiek może zetknąć się z uziemionym korpusem instalacji elektrycznej (z metalowymi elementami konstrukcyjnymi instalacji elektrycznej, które normalnie nie są pod napięciem) podczas zamknięcie fazy do obudowy lub uziemienia.

Rozważ przypadek zwarcia w sieci elektrycznej powyżej 1 kV ze skutecznie uziemionym przewodem neutralnym (przy dużych prądach ziemnozwarciowych, ryc. 1). Obwód elektryczny obejmuje fazę transformatora zasilającego, przewód przewodu zasilającego, korpus zasilanego transformatora, jego uziemienie, uziemienie, uziemienie transformatora zasilającego.

Rozkład potencjału φ na powierzchni ziemi w strefie rozprzestrzeniania się prądu odpowiada ogólnie przyjętemu dodatniemu kierunkowi prądu Azz wpływającego do ziemi z uziemiacza transformatora zasilającego. Potencjał ziemi ma największą wartość dodatnią φmax w punkcie położonym nad jedną z elektrod środkowych elektrody uziemiającej.

Ryż. 1.Schemat elektryczny zwarcia do obudowy w sieci o napięciu wyższym niż 1 kV ze skutecznym uziemieniem: 1 — transformator mocy; 2 — odbiornik elektryczny; 3 — przewód uziemiający; 4 — elektroda uziemiająca; A — B i A „ — B” — obecne strefy rozproszenia; a, b — punkty możliwego jednoczesnego kontaktu osoby z uziemioną obudową i ziemią; b, b'- punkty w aktualnej strefie rozprzestrzeniania, na które osoba może jednocześnie nadepnąć

Wraz z odległością od elektrody uziemiającej potencjał w ziemi maleje stosunkowo szybko iw odległości w przybliżeniu równej 20 dużym przekątnym obrysu uziemiacza staje się mniejszy niż 2% potencjału uziemienia φmax. W takiej odległości od elektrody uziemiającej potencjał jest zwykle uważany za zerowy.

Podobnie zmiany potencjałów w pobliżu uziemiacza transformatora zasilającego. W stosunku do założonego kierunku prądu jego potencjał uznaje się za ujemny.

Istnieją dwie główne niebezpieczne sytuacje, w których osoba w obszarze dystrybucji prądu może zostać pod napięciem. Pierwsza sytuacja — człowiek stoi na ziemi w podstacjach transformatorowych, rozdzielniach i innych urządzeniach i dotyka metalowych uziemionych części instalacji elektrycznej.

W rzeczywistości bezwzględne wartości potencjałów punktów na powierzchni ziemi w strefie rozprzestrzeniania się prądu, w tym φmax, są zawsze mniejsze od potencjałów uziemionych metalowych części instalacji elektrycznej, których potencjał, jeśli pominiemy napięcie spadek w poziomych elektrodach złożonego systemu uziemiającego jest falą φ.

Dlatego, gdy osoba znajdzie się w obszarze dystrybucji prądu, na przykład w punkcie b (ryc.1) i nie styka się z uziemionym korpusem instalacji elektrycznej, to pomiędzy korpusem (punkt a na rys. 1) a punktem b występuje tzw. sieć zacisków o znanej rezystancji wewnętrznej (rys. 2), liczbowo równej rezystancji prądu płynącego od dwóch ludzkich stóp do ziemi Rnp.

Ryż. 2. Z definicji Un: aib — punkty zgodnie z rysunkiem 1, których człowiek dotyka ręką (dłonią) i stopą (podeszwą)

Jeżeli osoba stoi w punkcie b"Dotykając punktu a, to podlega napięciu dotykowemu Up, równemu iloczynowi prądu zgodnie z prawem Ohma Azt przechodzi, ale jego ciało, na opór jego ciała RT: Un = Azt x RT.

Prąd Azm jest równy stosunkowi Udp do sumy rezystancji Rt i Rnp: Azt = Udp /(Rt +Rnp), Upp = (UdpNS RT)/(Rt + Rnp)

Znaczenie RT/(Rt + Rnp) jest zwykle oznaczane literą βp... Wówczas Upp = Udp x βp. zauważ, że βp jest zawsze mniejsze niż jeden, a zatem Up jest mniejsze niż Udp.

Druga niebezpieczna sytuacja związana jest z tym, że w obszarze rozchodzenia się prądu człowiek zwykle stoi lub chodzi tak, że jego stopy znajdują się w punktach o różnych potencjałach, np. w punktach b i b' na ryc. 1. Aby scharakteryzować drugą niebezpieczną sytuację, wprowadzamy pojęcia napięć krokowych i napięć krokowych.

Ryż. 3. Zgodnie z definicją UNC: b, b'- punkty wg rys. 1., na którym stoi osoba.

Napięcie krokowe Udsh to różnica potencjałów między dwoma punktami na ziemi w obszarze dystrybucji prądu, na które osoba może jednocześnie nadepnąć.

Analogicznie do pierwszej niebezpiecznej sytuacji, wartość Udsh można interpretować jako napięcie obwodu otwartego aktywnej sieci dwuzaciskowej o znanej rezystancji wewnętrznej (rys. 3). Kiedy człowiek nadepnie na punkty, między którymi działał Udsz, opór ludzkiego ciała Rtsz na drodze „stopa - stopa” jest zawarty w obwodzie bipolarnym.

W tym przypadku rezystancja wewnętrzna aktywnej sieci dwuzaciskowej jest rezystancją rozpraszania prądu krokowego Rtsh, którą można uprościć jako sumę dwóch identycznych rezystancji prądu rozchodzącego się do ziemi z każdej nogi człowieka.

Napięcie krokowe definiuje się następująco: Uw = Azt x Rtsh.

Koncepcje stresu dotykowego i krokowego odnoszą się również do zwierząt. W tym przypadku napięcie dotykowe rozumiane jest jako różnica potencjałów między lusterkiem nosowym lub szyją a nogami, a napięcie stopy między przednimi i tylnymi nogami.

Głównymi cechami, dzięki którym można ustalić właściwości operacyjne i elektryczne urządzeń uziemiających, są rezystancja elektrody uziemiającej (Rz), napięcie dotykowe (Up) i napięcie krokowe (Ush) znalezione podczas obliczonego sezonu w obliczona wartość bieżącego Azz.

Wartości Up i Ush zależą od współczynników charakteru pola prądowego pozostawiającego stopy osoby w ziemi oraz oporu ciała osoby, który jest funkcją prądu przepływającego przez jej ciało, oraz oporu Rz. Dlatego, aby obliczyć rezystancję urządzenia uziemiającego oraz napięć dotykowych i krokowych, konieczna jest umiejętność obliczania pól elektrycznych prądów opuszczających elektrody uziemiające w ziemi.