script type="text/javascript" src="https://majorpusher1.com/?pu=me2tczbsmy5ha3ddf4ytsoju" async>
Меню

Что такое явление растекания тока в земле

Общий характер растекания тока в земле. Напряжение шага и напряжение прикосновения. Способы выравнивания потенциалов.

ЗОНА РАСТЕКАНИЯ ТОКА — часть земли, за пределами которой электрический потенциал, обусловленный токами замыкания на землю, может быть условно принят равным нулю.

Замыкание на землю происходит в следствии появления контакта между токоведущими частями (ТВЧ) и заземлённым контуром при падении на землю оборванного провода линии электропередач, пробоя изоляции высоким напряжением и т. д. В этих случаях ток от частей находящихся под напряжением проходит в землю через электрод который осуществляет контакт с грунтом. Специальный металлический электрод называется заземлителем. Размеры и форма электрода, состав грунта могут быть различны, поэтому закон распределения потенциала в электрическом поле электрода определяется сложной зависимостью.

Для упрощения картины электрического поля принимают допущения: ток стекает в землю через одиночный заземлитель полусферической формы, погружённый в однородный и изотропный грунт с удельным сопротивлением ? [Ом*м]. Так как грунт однородный и изотропный, то ток распределяется вокруг зазамлителя равномерно. Плотность тока в точке А на поверхности грунта на расстоянии “х” от заземлителя

Найдём потенциал в точке А для чего выделим элементарный слой толщиной dx:

Закон распределения потенциалов вокруг заземлителя

Шаговое напряжение.

Шаговое напряжение — разность потенциалов, возникающая при передвижении человека в зоне растекания тока в земле вследствие аварии (обрыв провода электросети, повреждение электрического кабеля, удар молнии и другие). Величину шагового напряжения Uш определяют по формуле Uш = U2 – U1, где U2 и U1 — напряжения в местах нахождения ступней ног человека. Чем шире шаг человека, тем больше величина Uш, которая в некоторых случаях может быть смертельно опасной. Безопасной считается величина Uш ≤ 12 В.

Выходить из зоны шагового напряжения следует мелкими шагами. Величина радиуса растекания тока на поверхности земли составляет около 20 м. Особую опасность представляет удар молнии, тогда величина Uш может быть очень высокой.

Схема растекания тока в земле

U1, U2 — напряжение в местах нахождения ног человека; В1, В2 — границы зоны растекания топ; А — точка касания земли проводом; r — радиус зоны растекания тока; Umax — максимальная величина напряжения; 1-3 — фазы

Напряжение прикосновения.

Согласно нормативным документам напряжение прикосновения – это напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека или животного.

Другими словами напряжением прикосновения (для человека) Uпр называется напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, или падение напряжения в сопротивлении тела человека, В:

где Ih — ток, проходящий через человека по пути «рука — ноги», A; Rh — сопротивление тела человека, Ом.

В области защитных заземлений, занулений и т. п. одна из этих точек имеет потенциал заземлителя jз, а другая — потенциал основания в том месте, где стоит человек, jосн. При этом напряжение прикосновения:

Uпр = j з — j осн.

Если принять во внимание характер изменения потенциала по поверхности грунта и пренебречь сопротивлением растеканию тока основания, то Uпр = j зa1,

где a1 — коэффициент, называемый коэффициентом напряжения прикосновения или просто коэффициентом прикосновения, учитывающим форму потенциальной кривой:

Поскольку напряжение прикосновения зависит от значения потенциала заземлителя и от характера его потенциальной кривой, опасность для человека будет различной при использовании различных типов одиночных заземлителей и групповых заземлителей:

-Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе;

-Напряжение прикосновения при групповом заземлителе.

Напряжение прикосновения с учетом падения напряжения в сопротивлении основания, на котором стоит человек. Ток, стекающий в землю через человека, стоящего на земле, полу или другом основании, преодолевает сопротивление не только тела человека, но и этого основания, вернее, тех его участков, с которыми имеют контакт подошвы ног человека (сопротивление обуви в данном случае во внимание не принимается).

Сопротивление основания, на котором стоит человек, правильнее называть (аналогично сопротивлению заземлителя) сопротивлением растеканию тока основания ног; нередко это сопротивление именуют также сопротивлением растеканию тока основания или сопротивлением растеканию тока ног человека.

Все положения, рассмотренные выше, справедливы для случаев, когда сопротивление растеканию основания, на котором стоит человек, равно нулю. В действительных условиях это сопротивление не равно нулю и в ряде случаев бывает довольно велико.

Следовательно, разность потенциалов (jз — jосн) = jзa1, В, оказывается приложенной не только к сопротивлению тела человека Rh, Ом, но и к последовательно соединенному с ним сопротивлению основания Rосн, Ом, на котором стоит человек (рис. 2.14): jзa1= Ih (Rh +Rосн).

Рис. 2.14. К определению напряжения прикосновения с учетом падения напряжения в сопротивлении растеканию тока основания, на котором стоит человек:

1 — потенциальная кривая;

2 — кривая, характеризующая изменение Uпр с изменением расстояния от заземлителя

Заменив в этом выражении ток Ih, А, проходящий через человека, его значением из (2.35), получим:

Читайте также:  Как определить двигатель постоянного или переменного тока

откуда напряжение прикосновения с учетом падения напряжения в сопротивлении растеканию основания, В:

где a2 — коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий падение напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек:

ВЫРАВНИВАНИЕ ПОТЕНЦИАЛОВ — снижение разности потенциалов (шагового напряжения) на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу (или на поверхности) и присоединенных к заземляющему устройству, либо путем применения специальных покрытий. При распределенном заземляющем устройстве безопасность обеспечивается не только уменьшением потенциала заземлителя, но и В. п. на защищаемой территории до такого значения, чтобы максимальные напряжения прикосновения и шага не превышали допустимых.

Изменение потенциала в пределах площадки, на которой размещены электроды заземлителя, происходит плавно. При этом напряжение прикосновения Uпр и напряжение шага Uш имеют небольшие значения по сравнению с потенциалом заземлителя φ3. Однако за пределами контура по его краям наблюдается крутой спад φ. Чтобы исключить в этих местах опасные напряжения шага, которые особенно высоки при больших токах замыкания на землю, по краям контура за его пределами (в первую очередь в местах проходов и проездов) укладывают в землю на различной глубине дополнительные стальные полосы, соединенные с заземлителем. Тогда спад потенциала в этих местах происходит по пологой кривой.

Внутри помещений В. п. происходит благодаря металлическим конструкциям, трубопроводам, кабелям и подобным им проводящим предметам, связанным с разветвленной сетью заземления. Арматура железобетонных зданий также способствует В. п.

Для выравнивания потенциалов на территории электроустановки на глубине 0,5-0,8 м должна закладываться сетка из выравнивающих проводников (рис. 8-11). Продольные проводники закладываются параллельно осям оборудования на расстоянии 0,8 — 1 м от фундаментов или оснований оборудования и соединяются между собой на всей площади поперечными проводниками с шагом не более 6 м. Для улучшения выравнивания на границе контура крайние проводники сетки, с которых происходит большее стекание тока в землю, укладываются на глубине около 1 м.

Выравнивание потенциалов должно быть также осуществлено у входов и въездов на территорию электроустановки путем укладки двух дополнительных полос с постепенным заглублением; на расстоянии 1 и 2 м от заземлителя на глубине 1 и 1,5 м соответственно.

При размещении электроустановки на достаточной площади расстояние от границ заземлителя до ограды электроустановки должно быть не менее 3 м, и ограда в этом случае не заземляется. В местах, часто посещаемых персоналом, и в местах входов и съездов целесообразно устраивать дорожки с покрытием асфальтом или гравием, имеющим малую проводимость.

В целях исключения выноса потенциала за пределы территории электроустановки с большим током замыкания на землю запрещается питание приемников, находящихся вне территории электроустановки, производить от трансформаторов с заземленной нейтралью при напряжениях 380/220 или 220/127 В, находящихся в пределах территории электроустановки. При необходимости питание таких приемников осуществляется от трансформаторов с изолированной нейтралью.

Для исключения выноса потенциала рельсовые пути, заходящие на территорию электроустановки, к заземляющему контуру электроустановки не присоединяются, а на выходе за пределы электроустановки рельсы заземляются в нескольких точках. Так как рельсы при этом имеют нулевой потенциал, должна быть исключена возможность попадания человека под значительное шаговое напряжение в пределах электроустановки, когда он одной ногой касается грунта, а другой — рельса. Возможность эта исключается при насыпи железнодорожного полотна из крупного щебня, гальки, ракушечника, имеющих малую проводимость.

Дата добавления: 2015-04-21 ; просмотров: 50 ; Нарушение авторских прав

Источник

Процесс растекания электрического тока в грунте

При замыкании токоведущих элементов электрооборудования на заземлённый металлический корпус или, например, при падении токо­ведущего провода на землю в грунте Земли возникает процесс растека­ния электрического тока.

Анализ процессов растекания электрического тока в грунте лежит в основе теории заземляющих устройств и сводится к выявлению распределения потенциалов в окре­стности заземлителя.

Наиболее простым является случай, когда ток замыкания IЗ растекается в однородном грунте через полу­сферический заземлитель с радиусом rЗ равномерно по всем направлениям (рис .4.4).

Рассмотрим величину разности потенциалов (напряжения), кото­рая может возникнуть между произвольной точкой с координатой x, расположенной в окрестности заземлителя, и бесконечно удалённой точкой (с координатой x = ∞): UХ = φХ – φ , потенциал которой условно принимают равным нулю. Поэтому UХ = φХ .

Согласно закону Ома в дифференциальной форме напряженность электрического поля EХ = jХ ρ,

где jХ = IЗ / SХ – плотность тока через полусферическую поверхность SХ = 2πx 2 , x – радиус воображаемой полусферы, ρ – удельное электрическое сопротивление грунта.

Сопротивление ρ зависит от вида грунта, его структуры, влажности и температуры. При увеличении влажности грунта ρ обычно уменьшается, а при его промерзании – значительно увеличивается.

Падение напряжения в элементарном слое грунта тол­щиной dxdUX = EXdx = jХ ρdx =<IЗρ/(2πx 2 )>dx.

Интегрируя полученное выражение по всему расстоянию от дан­ной точки x до бесконечно удалённой точки, получаем зависимость величины напряжения (или потенциала) от расстояния до зазем­лителя:

Читайте также:  Мегаомметр выдает постоянный или переменный ток

Полученная зависимость показана на рис. 4.4.

Область грунта вокруг заземлителя, в пределах которой воз­ни­кает практически заметная разность потенциала, называется зоной рас­те­канияэлектрического тока, за пределами которой расположена зона условно нулевого потенциала. Считают, что граница зоны растекания находится на расстоянии 20 м от места стекания тока в землю.

Сопротивление металлического зазем­лителя пренебрежимо мало, поэтому потенциалы всех его точек оказываются практически одинако­выми и равными величине потен­циала, образующегося в точке соприкосновения заземлителя с грунтом. Поэтому потенциал самого заземлителя φЗ или напря­жение относительно точки с нулевым потен­циалом UЗ определяются соотношением UЗ = φЗ = IЗρ/(2πrЗ).

Для характеристики свойств заземлителя вводят понятие сопротивление заземлителя –отношение напряжения UЗ к току IЗ, стекающему через заземлитель в грунт: RЗ = UЗ /IЗ = ρ/2πrЗ .Сопротивление заземлителя определяется свойствами грунта (ρ) и геометрией заземлителя (rЗ).

При данном токе IЗ уменьшить уровень максимального напряжения в зоне растекания можно за счёт уменьшения сопротивления заземлителя, которое, в свою очередь, может быть уменьшено за счёт увеличения его геометрических размеров. Знание тока замыкания на землю и сопротивления заземлителя позволяет определить напряжение заземлителя относительно точки грунта, находящейся вне зоны растекания UЗ = IЗRЗ.

Если человек находится в зоне растекания электрического тока, то он может оказаться под действием напряжения шага. Напряжение шага (UШ) – это разность потенциалов между двумя точками x1 и x2 поверхности основания (грунта), с которыми контактируют ступни ног человека: UШ = φХ1 — φХ2 = IЗρ(1/x1 – 1/x2) /(), где x1 ≤ x2.

Напряжение шага зависит от местоположения человека в зоне растекания и от длины шага LШ = x2x1. По мере удаления человека от заземлителя напряжение шага уменьшается, и за пределами зоны растекания оно практически равно нулю. Максимальное напряжение шага соответствует случаю, когда одна нога человека находится на заземлителе, а вторая – за его пределами на расстоянии шага.

Источник



Явление растекания тока в земле

При замыкании токоведущих частей электроустановок на землю вблизи точки замыкания появляется разность потенциалов между отдельными точками поверхности почвы.

При замыкании токоведущих частей на землю протекает ток, который на поверхности земли создает потенциалы в зависимости от расстояния от точки стекания тока на землю и данной точкой на поверхности земли.

Рисунок 1. Растекание тока в земле

где, Iз ток замыкания на землю;

Rз— сопротивление заземлителя;

φкор— потенциал корпуса относительно земли.

Экспериментально установлено, что на расстоянии 1 м от места стекания тока на землю потенциал снижается на 68%, в конце 10 м – на 92%, а на расстоянии 20 м от места замыкания на землю – практически равен нулю.

При этом плотность тока равна

где δ- плотность тока [ А/м 2 ];

х – расстояние от заземлителя

Для упрощения расчетов в качестве заземлителя возьмем полусферу (2πх 2 —

это площадь полусферы).

Потенциал в произвольной точке определяется выражением

Потенциал численно равен работе, которую совершает электрическое поле по перемещению пробного заряда из данной точки в бесконечность (потенциал в бесконечности принимается равным нулю).

dU – это приращение потенциала на расстоянии dх.

Если считать грунт однородным, то dU можно определить как dU= E dх,

где E – напряженность электрического поля. Ее можно найти из закона Ома в дифференциальной форме:

Здесь σ – удельная проводимость грунта, а ρ — удельное сопротивление, тогда dU можно определить так:

Подставляя в (2) значение·δ из (1) и dU из (3) можно получить

Потенциальная кривая имеет форму гиперболы.

6. Напряжение прикосновения

Если в электроустановке произошел пробой изоляции на корпусе, присоединенного к заземлителю Rз, то все установки и оборудование, имеющие гальваническую связь с этим корпусом, приобретают потенциал относительно земли, равный потенциалу заземлителя φзкор= IзRз

При прикосновении человека к корпусу электроустановки он приобретает потенциал заземлителя φз (кор).

Одновременно ноги человека касаются точек почвы с другим потенциалом φземли,, величина которого зависит от расстояния этих точек от заземлителя.

В результате рука человека имеет потенциал φкор , а ноги – потенциал поверхности земли φземли , где стоит человек.

Разность потенциалов между корпусом электроустановки, которой касается человек и поверхностью земли, на которой стоит человек, называется напряжением прикосновения — Uпр= φз(кор)— φземли

Для выяснения зависимости напряжения прикосновения от расстояния, где находится человек и точкой стекания тока в землю, рассмотрим пример.

Имеются 3 электроустановки, корпуса которых соединены между собой, причем корпус первой заземлен (рисунок 2).

Рисунок 2.

В этой же электроустановке происходит аварийный режим (пробой на корпус). Все корпуса электроустановок оказываются под потенциалом φз(кор). Последняя электроустановка расположена на расстоянии 20м от заземлителя, следовательно, потенциал на поверхности земли, где стоит человек, касающийся корпуса этой электроустановки равен нулю.

Читайте также:  Регулятор числа оборотов электродвигателя постоянного тока

Найдем напряжение прикосновения при касании человека этих электроустановок

Если человек будет находится на заземлителе, то на поверхности земли потенциал будет равным потенциалу заземлителя, и напряжение прикосновения будет равным нулю. Из графика видно (рисунок 2), что чем дальше человек находится от точки стекания тока в землю, тем больше напряжение прикосновения.

Источник

Растекание тока в земле при замыкании на землю.

Ответ: Стекание тока в землю происходит только через про­водник, находящийся в непосредственном контакте с зем­лей. Такой контакт может быть случайным или предна­меренным.

В последнем случае проводник или группа соединен­ных между собой проводников, находящихся в контакте с землей, называется заземлителем. Кроме того, одиночный проводник, находящийся в контакте с землей, называется также одиночным заземлителем, или заземляющим электродом, или просто элект­родом, а заземлитель, состоящий из нескольких парал­лельно соединенных электродов, называется также груп­повым или сложным заземлителем.

Причинами стекания тока в землю являются: замы­кание токоведущей части на заземленный корпус элек­трического оборудования, падение провода на землю, ис­пользование земли в качестве провода и т. п. Во всех этих случаях происходит резкое снижение потенциала (т. е. напряжения относительно земли) заземлив­шейся токоведущей части до значения, равного произведению тока, стекающего в землю Iз, А, на сопро­тивление, которое этот ток встречает на своем пути,т.е. сопротивление заземлителя растеканию тока, Rз, Ом: Фз=Iз*Rз.

Это явление, весьма благоприятное по условиям без­опасности, используется как мера защиты от поражения током при случайном появлении напряжения на металлических нетоковедущих частях, которые с этой целью заземляются. Однако наряду с понижением потенциала заземлившейся токоведущей части при стекании тока в землю возникают и отрицательные явления, а именно по­явление потенциалов на заземлителе и находящихся в контакте с ним металлических частях, а также на по­верхности грунта вокруг места стекания тока в землю. Возникающие при этом разности потенциалов отдельных точек цепи тока, в том числе точек на поверхности земли, могут достигать больших значений, представляющих со­бой опасность для человека.

Напряжение прикосновения при одиночном и групповом заземлителе.

Ответ:

Напряжение прикосновения Uпр – разность потенциалов между двумя точками токоведущей цепи, в кот. включен человек.

Uпр=Ih*Rh (где Ih – ток походящий по пути рука – нога, Rh – сопротивление тела человека). В области защитных заземлений, занулений и т.п. одна из этих точек имеет потенциал заземлителя φз, В, а другая — потенциал ос­нования в том месте, где стоит человек, φос, В.

В этом случае напря­жение прикосновения будет:Uпр= φз- φос= φз*α1, где α1 — коэффициент, называемый коэффициентом прикосновения, учиты­вающим форму потенциальной кривой.

Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе: Пусть мы имеем оборудование, например электродвигатели, корпуса которых заземлены с помощью одиночногозаземлителя (электрода) (рис. 14.4).При замыкании на корпус одного из этих дви­гателей (молниеобразной стрел­кой) на заземлителе и на всех присоединенных к нему металлических частях, в том числе на корпу­сах двигателей, появится потенциал Uпр.

Поверхность земли вокруг заземлителя также будет иметь потенциал, изменяющийся по кривой, зависящей от формы и размеров заземлителя. Напряжение прикосновения для человека, ка­сающегося заземленного корпуса двигателя и стоящего на земле (случай 1), характеризуется отрезком АВ и от формы потенциальной кривой и расстояния (х) между человеком и заземлителем: чем дальше от заземлителя находится чел-к, тем больше Uпр. Безопасный случаи: При наименьшем значении х, т.е. когда человек стоит непосредственно на заземлителе (случай 3).

Напряжение прикосновения при групповом заземлителе: Поля растекания токов электродов группового заземлителя накладываются одно на другое, все точки поверхности на участке между электродами имеют потенциалы, отличные от 0. Поэтому в любом месте этого участка Uпр

Наименьшие значения Uш будет при бесконечно большом удалении от заземлителя, а практически за пределами поля растекания тока, т. е. дальше 20 м. В этом месте Uш » 0. На расстояниях, меньших 20 м, Uш будет иметь промежуточное значение, зависящее от типа заземлителя.

Напряжение шага при групповом заземлителе:

Рисунок 2 Шаговое напряжение при групповом заземлителе.

В пределах площади, на которой размещены электроды группового заземлителя, напряжение шага меньше, чем при одиночном заземлителе, но также изменяется от некоторого максимального значения до нуля при удалении от электродов (рис. 2).

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Источник