Материал:

Электрическим замыканием на землю называют случайным электрическим соединением частей электрооборудования, находящегося под напряжением, непосредственно с грунтом или с металлическими нетокопроводящими часть, не изолированными от земли.

Замыкание на землю может возникнуть вследствие появления контакта между токопроводящими частями и заземленным корпусом или конструктивными частями оборудования, при падении на землю оборванного провода, при пробое изоляции оборудования высокого напряжения и др. Во всех этих случаях ток от частей, находящихся под напряжением, проходит в землю через электрод, который осуществляет контакт с грунтом. Специальный металлический электрод называют заземлением.

Размеры электрода могут быть разными (от десятков метров до сотен) его форма бывает очень сложной, и тогда закон распределения

потенциалов в электрическом поле электрода определяется сложной зависимостью. Состав, а также электрические качества почвы - неоднородны, особенно если принять во внимание шаровую его строение.

С целью упрощения картины электрического поля и его анализа предположим, что ток стекает к земле через отдельный заземлитель полушаровой формы, погруженный в однородной и изотропный почву с удельным сопротивлением р, который во много раз превышает удельное сопротивление материала заземления (рис.4.8).

Если второй электрод находится на достаточно большом расстоянии, линии тока вблизи исследуемого заземления будут направлены по радиусам от центра полушария. При этом линии тока будут перпендикулярными как к поверхности самого заземлителя, так и к любой полушария в почве, концентрической с ним.

Поскольку грунт однородный и изотропный, ток распределяется по этой поверхности равномерно. Итак, плотность тока в точке А на поверхности грунта на расстоянии х от заземлителя определяется как отношение тока замыкания С на землю к площади поверхности полушария радиусом х:

Эта поверхность является эквипотенциальной.

Для определения потенциала точки А, которая на поверхности с радиусом х, выделим элементарный слой толщиной (их. Падение напряжения в этом слое будет таким:

Потенциал точки А (или напряжение этой точки относительно земли) равен суммарному падению напряжения от точки А к земле - бесконечно удаленной точки с нулевым потенциалом:

Напряженность электрического поля в точке А определяется по закону Ома, который выражен в дифференциальной форме:

Если подставить в формулу 4.6 соответствующие значения из формул 4.4, 4.5 и 4.7, то получим:

Решение этого интеграла приводит к выражению:

Это и есть потенциал точки А, который мы искали. Если принять во внимание, что И3р / 2pх = k = const, тогда интеграл 4.8 примет вид:

Последнее выражение является уравнением гиперболы, поэтому потенциалы точек грунта в поле растекания изменяются по гиперболическому закону (рис. 4.8).

Такое распределение потенциалов объясняется формой проводника-Грунт, поперечное сечение которого возрастает пропорционально квадрату расстояния от центра заземлителя х2.

Если проводник (например проволока) имеет постоянный сечение по всей длине, то падение напряжения на любом участке будет пропорциональным длине этого участка (рис. 4.9а). Проводник, имеющий форму конуса (рис.4.96), оказывает разное сопротивление тока на разных участках одинаковой длины, так сечение этих участков является различным. Грунт вблизи заземлителя можно рассматривать как проводник конической формы с вершиной в центре заземления и углом при вершит g = сто восьмидесятого.

Самое значительное падение напряжения обнаружено около заземления, а по более отдаленных участков почвы, то они имеют больший поперечное сечение и оказывают меньшее сопротивление току.

Если точка А будет на значительном расстоянии от электрода, т.е. х> ос, ее потенциал будет равен нулю. При приближении точки А к центру электрода увеличивается и потенциал на поверхности электрода, где расстояние от центра равна х3:

Это и есть потенциал электрода или напряжение электрода относительно земли. Поскольку материал заземления (металл) имеет удельное сопротивление значительно меньше, чем почва, падение напряжения на заземлителей очень мало, и поверхность заземления можно считать эквипотенциальной. Корпус

электрооборудование будет иметь такой же потенциал, если не принимать во внимание сопротивление соединительных проводов. Напряжением корпуса электрооборудования относительно земли называют напряжение между корпусом и точками почвы, потенциалы которых могут быть приравнены к нулю.

В кругу замыкания на землю наибольший потенциал имеет заземление. Точки, лежащие на поверхности почвы, имеют тем меньший потенциал, чем дальше они расположены от заземлителя: потенциал самых точек почвы стремится к нулю. Зону поверхности почвы, потенциал которой равен нулю, называют электротехнической землей. Плотность тока в земле также равна нулю.

Участок почвы, которая лежит вблизи заземлителя, где потенциал не равен нулю, называют полем растекания (тока).

Сопротивление заземления растеканию тока (сопротивление растеканию) можно определить как суммарное сопротивление почвы от заземления до любой точки с нулевым потенциалом (земли). Для полушаровой заземления, который содержится в однородной изотропной почве, сопротивление растеканию можно определить с рис 4.10. Сопротивление элементарного проводника или слоя почвы толщиной dх будет таким:

откуда сопротивление растеканию будет следующим:

Совместное решение уравнений 4.12, 4.13 дает:

Если вместо правой части уравнения 4.14, с уравнения 4Л1, подставить Яро9И, тогда получим:

Последнее уравнение вытекает также из закона Ома.

Таким образом, сопротивление тока замыкания на землю оказывает грунт, находящийся в поле растекания. За пределами поля растекания почву является проводником с бесконечно большим поперечным сечением и не оказывает сопротивления току. Поэтому сопротивление заземления не зависит от расстояния между заземлителями, включенными в цепь последовательно.

Выражение 4.13 справедлив только для полушаровой заземления. Сопротивление растеканию для заземлителей других форм определяется по формулам, приведенным в приложении Ж.

Напряжение прикосновения. Для человека, который стоит на почве и касается заземленного корпуса, который находится под напряжением (рис. 4.11), напряжение прикосновения может быть определена следующим образом:

Поскольку человек касается корпуса, то потенциал руки Jр является потенциалом корпуса, или напряжение относительно земли:

Ноги человека - в точке А, и потенциал ног Jн с (4.8) составит:

На рис. (4.11) показано несколько корпусов потребителей (электродвигателей), которые присоединены к заземлителю R3. Потенциал на поверхности почвы при замыкании на корпус любого потребителя распределяется по кривой I. Потенциалы всех корпусов одинаковы, поскольку они электрически связаны между собой заземляющим проводом, падением напряжения в котором можно пренебречь.

Чтобы определить напряжение прикосновения корпуса, надо в соответствии с уравнением 4.16 с напряжения относительно земли вычислить потенциал точки грунта, на котором стоит человек. Для человека, который стоит над заземлителем, напряжение прикосновения является нулевой, так как потенциалы рук и ног одинаковы и равны потенциала корпусов. С удалением от заземления напряжение прикосновения растет, и у последнего - третьего корпуса - она равна напряжении относительно земли, поскольку человек стоит на земле и потенциал ее ног Jн равна нулю; с (4.17) имеем:

Если в выражение (4.17) подставить значения потенциала рук и ног (<р и сон), получим напряжение прикосновения:

или

В уравнении 4.21 первый множитель согласно 4.11 является напряжением корпуса относительно земли U, второй множитель определим как

Когда подставим эти значения в уравнение 4.22, найдем напряжение прикосновения в поле растекания заземлителя любой конфигурации:

Таким образом, в общем случае напряжение прикосновения является частью напряжения относительно земли, поскольку а1 ≤ 1.

Величину a1 называют коэффициентом напряжения прикосновения. Для полушаровой заземления этот коэффициент определяется по формуле 4.23. Для заземлителей другой формы, особенности для сложных грунтовых заземлителей, коэффициент а ,, который нашли расчетным путем, приводится в справочной литературе. Значение ах для любых типов заземлителей приведены в приложении И.

Выражения 4.22 и 4.23 позволяют вычислить напряжение прикосновения без учета дополнительных сопротивлений в кругу человека: сопротивление обувь Rвз, сопротивление опорной поверхности ног Rн растекание тока или сопротивление пола. Полное сопротивление цепи человека будет таким:

Напряжение прикосновения с учетом дополнительных сопротивлений в кругу человека:

или

где a2 - коэффициент, учитывающий падение напряжения в дополнительных опорах круга человека:

Коэффициент a2 может быть определено, если известны дополнительные опоры. Значение сопротивления обувь может быть в широких пределах (от нескольких омов в нескольких мегаомах), поэтому во внешней электрооборудовании, а также во влажных помещениях сопротивлением обувь можно пренебречь.

Сопротивление опорной поверхности ног можно определить, если представить ноги человека двух полушаровой заземления (радиусом хн) (рис. 4.12), включенных параллельно, тогда

где ре - удельное сопротивление поверхностного слоя почвы; хн - эквивалентный радиус опорной поверхности ног (хн = 7 см).

С любым приближением можно использовать эти уравнения и для учета сопротивления пола, на котором стоит человек.

Ток через человека при прикосновении к заземленным нетоковедущих частей, которые оказались под напряжением, определяется из уравнения 4.26. Если принять во внимание, что

Источник: https://studbooks.net/6707/bzhd/osnovy_ohrany_truda

Смотрите также:



ЦЕНОВАЯ ПОЛИТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ НА ПРИМЕРЕ ООО «ДНС РИТЕЙЛ»
_archivetempпротивовоспалительные
_Роджерс Карл, Брак и его альтернативы
- Обратный порядок следования фаз 4
- Сопротивление изоляции 25
!_Лабораторные_работы_1_сем_ОУТС
!Контрольная работа (задание)
!Фармакология препаратов для терапии заболеваний дыхательных путей