Caracteristicile de funcționare și de protecție electrică ale dispozitivelor de împământare

Funcția principală de funcționare a dispozitivelor de împământare este de a asigura o conductivitate suficientă pentru funcționarea circuitului de protecție a releului pentru a închide părțile sub tensiune ale instalației electrice de cadrul sau împământare.

Prin urmare, cea mai importantă caracteristică electrică a dispozitivului de împământare este conductivitatea de împământare Gzy sau valoarea sa inversă Rz - rezistența dispozitivului de împământare egală cu Rzy = Rs + Rzp, unde Rz este rezistența curentului care se răspândește de la electrodul de împământare la masă (rezistența electrodului împământat), RZp — rezistența firelor de împământare.

Rezistența unui curent care se propagă de la electrodul de împământare în pământ este formată din întreaga zonă de propagare a curentului - volumul pământului, începând de la suprafața electrodului împământat, potențialul electric φ care în timpul trecerii curentului Азs în pământul este φ3, iar la zona în care φ este practic zero (zonă cu potențial zero).

În conformitate cu Legea lui Ohm rezistența de împământare este egală cu raportul dintre potențialul nodurilor în punctul de introducere a curentului la electrodul de împământare și curentul Azz care lasă electrodul de împământare în pământ Rs = φsmax /Азс

Rețineți că unda potențial φ egală numeric cu tensiunea electrodului de împământare Uz. Prin urmare, formula este de obicei scrisă sub forma Rs = Uc /Azc

Funcția de protecție electrică a dispozitivului de împământare constă în limitarea tensiunii la limitele admise la care o persoană poate intra în contact cu corpul împământat al instalației electrice (cu părțile structurale metalice ale instalației electrice care nu sunt în mod normal sub tensiune) în timpul închiderea fazei la incintă sau la pământ.

Luați în considerare un caz de scurtcircuit într-o rețea electrică de peste 1 kV cu un neutru efectiv împământat (cu curenți mari de eroare la pământ, Fig. 1). Circuitul electric include faza transformatorului de alimentare, conductorul firului de alimentare, corpul transformatorului alimentat, dispozitivul de împământare al acestuia, pământul, dispozitivul de împământare al transformatorului de alimentare.

O distribuție a potențialului φ pe suprafața pământului în zona de împrăștiere a curentului corespunde direcției pozitive general acceptate pentru curentul Azz care intră în pământ de la dispozitivul de împământare al transformatorului de alimentare. Potențialul de pământ are cea mai mare valoare pozitivă φmax într-un punct situat deasupra unuia dintre electrozii centrali ai electrodului de împământare.

Orez. 1.Schema electrică a unui scurtcircuit la carcasă într-o rețea cu o tensiune mai mare de 1 kV cu împământare efectivă a neutrului: 1 — transformator de putere; 2 — receptor electric; 3 — fir de împământare; 4 — electrod de masă; A — B și A ' — B' — zone de dispersie curentă; a, b — puncte de posibil contact simultan al persoanei cu carcasa împământată și pământul; b, b'- puncte din zona de răspândire curentă, pe care o persoană poate păși simultan

Odată cu distanța de la electrodul de împământare, potențialul din pământ scade relativ rapid, iar la o distanță aproximativ egală cu 20 de diagonale mari ale conturului dispozitivului de împământare, acesta devine mai mic de 2% din potențialul de împământare φmax. La o astfel de distanță de electrodul de împământare, potențialul este de obicei considerat zero.

În mod similar, potențialul se modifică în apropierea dispozitivului de împământare al transformatorului de alimentare. În raport cu direcția asumată a curentului, potențialul acestuia este considerat negativ.

Există două situații periculoase principale în care o persoană din zona de distribuție a curentului poate deveni energizată. Prima situație - o persoană stă la sol în stații de transformare, tablouri de distribuție și alte dispozitive și atinge părțile metalice împământate ale instalației electrice.

De fapt, valorile absolute ale potențialelor punctelor de pe suprafața pământului din zona de răspândire a curentului, inclusiv φmax, sunt întotdeauna mai mici decât cele ale părților metalice împământate ale instalației electrice, al căror potențial, dacă ignorăm tensiunea. scăderea electrozilor orizontali ai unui sistem complex de împământare este o undă φ.

Prin urmare, atunci când o persoană se află în zona de distribuție a curentului, de exemplu în punctul b (Fig.1) și nu atinge corpul împământat al instalației electrice, apoi între corp (punctul a din fig. 1) și punctul b așa-numita tensiune de atingere Udp, care poate fi considerată ca tensiunea în circuit deschis a unui doi-activ activ. rețea terminală cu o rezistență internă cunoscută (Fig. 2), numeric egală cu rezistența unui curent care se răspândește de la două picioare umane în pământ Rnp.

Orez. 2. Prin definiție Un: a și b — puncte conform figurii 1 pe care o persoană le atinge cu o mână (palma) și cu piciorul (talpa)

Dacă o persoană stă în punctul b"Atingerea punctului a, atunci ea cade sub o tensiune de atingere Up, egală cu produsul curentului conform legii lui Ohm Azt trece, dar corpul său, pe rezistența corpului său RT: Un = Azt x RT.

Curentul Azm este egal cu raportul Udp la suma rezistențelor Rt și Rnp: Azt = Udp /(Rt +Rnp), Upp = (UdpNS RT)/(Rt + Rnp)

Sensul RT/(Rt + Rnp) este de obicei notat cu litera βp... Atunci Upp = Udp x βp. observați că βp este întotdeauna mai mic decât unu și, prin urmare, Up este mai mic decât Udp.

A doua situație periculoasă este legată de faptul că, în zona de propagare a curentului, o persoană stă de obicei în picioare sau merge, astfel încât picioarele sale să fie în puncte cu potențiale diferite, de exemplu, în punctele b și b' din fig. 1. Pentru a caracteriza a doua situație periculoasă, introducem conceptele de tensiuni în trepte și tensiuni în trepte.

Orez. 3. Conform definiţiei UNC: b, b'- puncte conform fig. 1., pe care stă persoana.

Tensiunea de pas Udsh este diferența de potențial dintre două puncte de pe sol din zona de distribuție a curentului, pe care o persoană poate păși simultan.

Prin analogie cu prima situație periculoasă, valoarea Udsh poate fi interpretată ca tensiunea în circuit deschis a unei rețele active cu două terminale cu o rezistență internă cunoscută (Fig. 3). Când o persoană calcă punctele între care a acționat Udsh, rezistența corpului uman Rtsh de-a lungul căii „picior - picior” este inclusă în circuitul bipolar.

În acest caz, rezistența internă a unei rețele active cu două terminale este rezistența de disipare a curentului în trepte Rtsh, care poate fi simplificată ca suma a două rezistențe identice la curentul care se răspândește la sol de la fiecare picior uman.

Tensiunea de pas este definită după cum urmează: Uw = Azt x Rtsh.

Conceptele de atingere și stres al pasului se aplică și animalelor. În acest caz, tensiunea de atingere este înțeleasă ca diferența de potențial dintre oglinda din nas sau gât și picioare, iar tensiunea piciorului este între picioarele din față și din spate.

Principalele caracteristici prin care se pot stabili calitățile de protecție operaționale și electrice ale dispozitivelor de împământare sunt rezistența electrodului de împământare (Rz), tensiunea de atingere (Up) și tensiunea de treaptă (Ush) găsită în timpul sezonului calculat la valoarea calculată a curentului Azz.

Valorile lui Up și Ush depind de coeficienții caracterului câmpului de curent care lasă picioarele persoanei în pământ și de rezistența corpului persoanei, care este o funcție a curentului care trece prin corpul său, și de rezistență. Rz. Prin urmare, pentru a calculați rezistența dispozitivului de împământare și tensiunile de atingere și de pas, este necesar să se poată calcula câmpurile electrice ale curenților care părăsesc electrozii de masă în pământ.