Χαρακτηριστικά λειτουργίας και ηλεκτρικής προστασίας συσκευών γείωσης

Η κύρια λειτουργία λειτουργίας των συσκευών γείωσης είναι να παρέχουν επαρκή αγωγιμότητα για τη λειτουργία του κυκλώματος προστασίας ρελέ για να κλείσουν τα ηλεκτροφόρα μέρη της ηλεκτρικής εγκατάστασης στο γειωμένο πλαίσιο ή τη γείωση.

Επομένως, το πιο σημαντικό ηλεκτρικό χαρακτηριστικό της συσκευής γείωσης είναι η αγωγιμότητα γείωσης Gzy ή η αντίστροφη τιμή της Rz — αντίσταση της συσκευής γείωσης ίση με Rzy = Rs + Rzp, όπου Rz είναι η αντίσταση του ρεύματος που διαχέεται από το ηλεκτρόδιο γείωσης στο γείωση (αντίσταση γειωμένου ηλεκτροδίου), RZp — αντίσταση των συρμάτων γείωσης.

Η αντίσταση ενός ρεύματος που διαδίδεται από το ηλεκτρόδιο γείωσης στο έδαφος σχηματίζεται από ολόκληρη τη ζώνη διάδοσης του ρεύματος — τον όγκο του εδάφους, ξεκινώντας από την επιφάνεια του γειωμένου ηλεκτροδίου, το ηλεκτρικό δυναμικό φ που κατά τη διέλευση του ρεύματος Αζ στο το έδαφος είναι φ3, και στη ζώνη όπου το φ είναι πρακτικά μηδέν (ζώνη μηδενικού δυναμικού).

Συμφωνώς προς Νόμος του Ohm η αντίσταση γείωσης είναι ίση με τον λόγο του δυναμικού των κόμβων στο σημείο εισαγωγής ρεύματος στο ηλεκτρόδιο γείωσης προς το ρεύμα Azz που αφήνει το ηλεκτρόδιο γείωσης στη γείωση Rs = φsmax /Азс

Σημειώστε ότι το κύμα φ δυναμικού αριθμητικά ίσο με την τάση του ηλεκτροδίου γείωσης Uz. Επομένως, ο τύπος συνήθως γράφεται με τη μορφή Rs = Uc /Azc

Η ηλεκτρική προστατευτική λειτουργία της συσκευής γείωσης συνίσταται στον περιορισμό της τάσης στα επιτρεπτά όρια στα οποία ένα άτομο μπορεί να έρθει σε επαφή με το γειωμένο σώμα της ηλεκτρικής εγκατάστασης (με τα μεταλλικά δομικά μέρη της ηλεκτρικής εγκατάστασης που δεν τροφοδοτούνται κανονικά) το κλείσιμο της φάσης στο περίβλημα ή στο έδαφος.

Εξετάστε ένα βραχυκύκλωμα περίπτωσης σε ένα ηλεκτρικό δίκτυο άνω του 1 kV με ένα αποτελεσματικά γειωμένο ουδέτερο (με υψηλά ρεύματα σφάλματος γείωσης, Εικ. 1). Το ηλεκτρικό κύκλωμα περιλαμβάνει τη φάση του μετασχηματιστή τροφοδοσίας, τον αγωγό του καλωδίου τροφοδοσίας, το σώμα του παρεχόμενου μετασχηματιστή, τη συσκευή γείωσης του, τη γείωση, τη συσκευή γείωσης του μετασχηματιστή τροφοδοσίας.

Μια κατανομή του δυναμικού φ στην επιφάνεια της γης στη ζώνη εξάπλωσης ρεύματος αντιστοιχεί στη γενικά αποδεκτή θετική κατεύθυνση για το ρεύμα Azz που εισέρχεται στη γη από τη συσκευή γείωσης του μετασχηματιστή τροφοδοσίας. Το δυναμικό γείωσης έχει τη μεγαλύτερη θετική τιμή φmax σε ένα σημείο που βρίσκεται πάνω από ένα από τα κεντρικά ηλεκτρόδια του ηλεκτροδίου γείωσης.

Ρύζι. 1.Ηλεκτρικό διάγραμμα βραχυκυκλώματος στο περίβλημα σε δίκτυο με τάση μεγαλύτερη από 1 kV με αποτελεσματική ουδέτερη γείωση: 1 — μετασχηματιστής ισχύος. 2 — ηλεκτρικός δέκτης. 3 — καλώδιο γείωσης. 4 — ηλεκτρόδιο γείωσης. Α — Β και Α « — Β» — ζώνες διασποράς ρεύματος. α, β — σημεία πιθανής ταυτόχρονης επαφής του ατόμου με το γειωμένο περίβλημα και το έδαφος. β, β'- σημεία στην τρέχουσα ζώνη εξάπλωσης, στα οποία μπορεί να πατήσει ένα άτομο ταυτόχρονα

Με την απόσταση από το ηλεκτρόδιο γείωσης, το δυναμικό στο έδαφος μειώνεται σχετικά γρήγορα και σε απόσταση περίπου ίση με 20 μεγάλες διαγώνιους του περιγράμματος της συσκευής γείωσης, γίνεται λιγότερο από το 2% του δυναμικού γείωσης φmax. Σε τέτοια απόσταση από το ηλεκτρόδιο γείωσης, το δυναμικό θεωρείται συνήθως μηδέν.

Ομοίως, το δυναμικό αλλάζει κοντά στη συσκευή γείωσης του μετασχηματιστή τροφοδοσίας. Σε σχέση με την υποτιθέμενη κατεύθυνση του ρεύματος, το δυναμικό του θεωρείται αρνητικό.

Υπάρχουν δύο κύριες επικίνδυνες καταστάσεις στις οποίες ένα άτομο στην περιοχή διανομής ρεύματος μπορεί να ενεργοποιηθεί. Η πρώτη κατάσταση - ένα άτομο στέκεται στο έδαφος σε υποσταθμούς μετασχηματιστών, πίνακες διανομής και άλλες συσκευές και αγγίζει τα μεταλλικά γειωμένα μέρη της ηλεκτρικής εγκατάστασης.

Στην πραγματικότητα, οι απόλυτες τιμές των δυναμικών των σημείων της επιφάνειας της γης στη ζώνη διασποράς ρεύματος, συμπεριλαμβανομένου του φmax, είναι πάντα μικρότερες από αυτές των γειωμένων μεταλλικών μερών της ηλεκτρικής εγκατάστασης, των οποίων το δυναμικό, αν αγνοήσουμε την τάση πτώση στα οριζόντια ηλεκτρόδια ενός πολύπλοκου συστήματος γείωσης, είναι ένα κύμα φ.

Επομένως, όταν ένα άτομο στέκεται στην περιοχή κατανομής ρεύματος, για παράδειγμα στο σημείο β (Εικ.1) και δεν αγγίζει το γειωμένο σώμα της ηλεκτρικής εγκατάστασης, στη συνέχεια μεταξύ του σώματος (σημείο α στο Σχ. 1) και του σημείου β η λεγόμενη τάση επαφής Udp, η οποία μπορεί να θεωρηθεί ως η τάση ανοιχτού κυκλώματος ενός ενεργού δύο- τερματικό δίκτυο με γνωστή εσωτερική αντίσταση (Εικ. 2), αριθμητικά ίση με την αντίσταση ενός ρεύματος που διαχέεται από δύο ανθρώπινα πόδια στο έδαφος Rnp.

Ρύζι. 2. Εξ ορισμού Un: a και b — σημεία σύμφωνα με το σχήμα 1 που αγγίζει ένα άτομο με ένα χέρι (παλάμη) και πόδι (σόλα)

Εάν ένα άτομο στέκεται στο σημείο β"Αγγίζοντας το σημείο α, τότε πέφτει κάτω από τάση αφής Πάνω, ίση με το γινόμενο του ρεύματος σύμφωνα με το νόμο του Ohm Azt περνά, αλλά το σώμα του, στην αντίσταση του σώματός του RT: Un = Azt x RT.

Το ρεύμα Azm είναι ίσο με τον λόγο Udp προς το άθροισμα των αντιστάσεων Rt και Rnp: Azt = Udp /(Rt +Rnp), Upp = (UdpNS RT)/(Rt + Rnp)

Η έννοια RT/(Rt + Rnp) συνήθως συμβολίζεται με το γράμμα βp... Τότε Upp = Udp x βp. Παρατηρήστε ότι το βp είναι πάντα μικρότερο από ένα και επομένως το Up είναι μικρότερο από το Udp.

Η δεύτερη επικίνδυνη κατάσταση σχετίζεται με το γεγονός ότι στην περιοχή διάδοσης του ρεύματος, ένα άτομο συνήθως στέκεται ή περπατά έτσι ώστε τα πόδια του να βρίσκονται σε σημεία με διαφορετικά δυναμικά, για παράδειγμα, στα σημεία β και β' στο σχ. 1. Για να χαρακτηρίσουμε τη δεύτερη επικίνδυνη κατάσταση, εισάγουμε τις έννοιες των βηματικών τάσεων και των βηματικών τάσεων.

Ρύζι. 3. Σύμφωνα με τον ορισμό UNC: b, b'- σημεία σύμφωνα με το σχ. 1., πάνω στο οποίο στέκεται το άτομο.

Η τάση βήματος Udsh είναι η διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων στο έδαφος στην περιοχή κατανομής ρεύματος, στην οποία ένα άτομο μπορεί να πατήσει ταυτόχρονα.

Κατ' αναλογία με την πρώτη επικίνδυνη κατάσταση, η τιμή Udsh μπορεί να ερμηνευθεί ως η τάση ανοιχτού κυκλώματος ενός ενεργού δικτύου δύο τερματικών με γνωστή εσωτερική αντίσταση (Εικ. 3). Όταν ένα άτομο πατάει στα σημεία μεταξύ των οποίων έδρασε ο Udsh, η αντίσταση του ανθρώπινου σώματος Rtsh κατά μήκος της διαδρομής "πόδι - πόδι" περιλαμβάνεται στο διπολικό κύκλωμα.

Σε αυτήν την περίπτωση, η εσωτερική αντίσταση ενός ενεργού δικτύου δύο τερματικών είναι η αντίσταση διαρροής ρεύματος βήματος Rtsh, η οποία μπορεί να απλοποιηθεί ως το άθροισμα δύο όμοιων αντιστάσεων στο ρεύμα που εξαπλώνεται στο έδαφος από κάθε ανθρώπινο πόδι.

Η βηματική τάση ορίζεται ως εξής: Uw = Azt x Rtsh.

Οι έννοιες της αφής και του άγχους βημάτων ισχύουν και για τα ζώα. Σε αυτήν την περίπτωση, η τάση αφής νοείται ως η διαφορά δυναμικού μεταξύ του καθρέφτη της μύτης ή του λαιμού και των ποδιών, και η τάση του ποδιού είναι μεταξύ του μπροστινού και του πίσω ποδιού.

Τα κύρια χαρακτηριστικά με τα οποία είναι δυνατόν να καθοριστούν οι λειτουργικές και ηλεκτρικές ιδιότητες προστασίας των συσκευών γείωσης είναι η αντίσταση του ηλεκτροδίου γείωσης (Rz), η τάση αφής (Up) και η τάση βήματος (Ush) που βρέθηκαν κατά τη διάρκεια της υπολογιζόμενης περιόδου στο την υπολογιζόμενη τιμή του τρέχοντος Azz.

Οι τιμές των Up και Ush εξαρτώνται από τους συντελεστές του χαρακτήρα του τρέχοντος πεδίου που αφήνει τα πόδια του ατόμου στο έδαφος και την αντίσταση του σώματος του ατόμου, η οποία είναι συνάρτηση του ρεύματος που διέρχεται από το σώμα του, και της αντίστασης Rz. Επομένως, για να υπολογίστε την αντίσταση της συσκευής γείωσης και τις τάσεις αφής και βήματος, είναι απαραίτητο να μπορούμε να υπολογίσουμε τα ηλεκτρικά πεδία των ρευμάτων που αφήνουν τα ηλεκτρόδια γείωσης στο έδαφος.