Prevádzkové a elektrické ochranné charakteristiky uzemňovacích zariadení

Hlavnou prevádzkovou funkciou uzemňovacích zariadení je poskytnúť dostatočnú vodivosť pre činnosť ochranného obvodu relé na uzavretie živých častí elektrickej inštalácie k uzemnenému rámu alebo zemi.

Najdôležitejšou elektrickou charakteristikou uzemňovacieho zariadenia je preto vodivosť uzemnenia Gzy alebo jej prevrátená hodnota Rz — odpor uzemňovacieho zariadenia rovný Rzy = Rs + Rzp, kde Rz je odpor prúdu, ktorý sa šíri z uzemňovacej elektródy do zem (odpor uzemnenej elektródy), RZp — odpor uzemňovacích vodičov.

Odpor prúdu, ktorý sa šíri z uzemňovacej elektródy do zeme, je tvorený celou zónou šírenia prúdu — objemom zeme, počnúc od povrchu uzemnenej elektródy, elektrickým potenciálom φ, ktorý pri prechode prúdu Азs v zem je φ3 a do zóny, kde φ je prakticky nula (zóna nulového potenciálu).

V súlade s Ohmov zákon odpor uzemnenia sa rovná pomeru potenciálu uzlov v mieste zavedenia prúdu do uzemňovacej elektródy k prúdu Azz opúšťajúceho uzemňovaciu elektródu v zemi Rs = φsmax /Азс

Všimnite si, že potenciálna vlna φ sa číselne rovná napätiu uzemňovacej elektródy Uz. Preto sa vzorec zvyčajne píše v tvare Rs = Uc /Azc

Elektrická ochranná funkcia uzemňovacieho zariadenia spočíva v obmedzení napätia na prípustné hranice, pri ktorých môže prísť osoba do kontaktu s uzemneným telesom elektroinštalácie (s kovovými konštrukčnými časťami elektroinštalácie, ktoré nie sú bežne pod napätím) počas uzavretie fázy do krytu alebo zeme.

Zvážte prípad skratu v elektrickej sieti nad 1 kV s účinne uzemneným neutrálom (s vysokými zemnými poruchovými prúdmi, obr. 1). Elektrický obvod zahŕňa fázu napájacieho transformátora, vodič napájacieho vodiča, teleso napájaného transformátora, jeho uzemňovacie zariadenie, zem, uzemňovacie zariadenie napájacieho transformátora.

Rozloženie potenciálu φ na zemskom povrchu v zóne šírenia prúdu zodpovedá všeobecne akceptovanému kladnému smeru prúdu Azz vstupujúceho do zeme z uzemňovacieho zariadenia napájacieho transformátora. Zemný potenciál má najväčšiu kladnú hodnotu φmax v bode umiestnenom nad jednou z centrálnych elektród uzemňovacej elektródy.

Ryža. 1.Elektrická schéma skratu k puzdru v sieti s napätím vyšším ako 1 kV s účinným neutrálnym uzemnením: 1 — výkonový transformátor; 2 — elektrický prijímač; 3 — uzemňovací vodič; 4 — uzemňovacia elektróda; A – B a A „– B“ – aktuálne zóny rozptýlenia; a, b — body možného súčasného kontaktu osoby s uzemneným krytom a zemou; b, b'- body v aktuálnej zóne šírenia, na ktoré môže človek súčasne vkročiť

So vzdialenosťou od uzemňovacej elektródy potenciál v zemi pomerne rýchlo klesá a vo vzdialenosti približne rovnajúcej sa 20 veľkým uhlopriečkam obrysu uzemňovacieho zariadenia sa stáva menším ako 2 % potenciálu uzemnenia φmax. V takejto vzdialenosti od uzemňovacej elektródy sa potenciál zvyčajne považuje za nulový.

Podobne sa mení potenciál v blízkosti uzemňovacieho zariadenia napájacieho transformátora. Vo vzťahu k predpokladanému smeru prúdu sa jeho potenciál považuje za negatívny.

Existujú dve hlavné nebezpečné situácie, v ktorých môže byť osoba v oblasti distribúcie prúdu pod napätím. Prvá situácia — človek stojí na zemi v trafostaniciach, rozvádzačoch a iných zariadeniach a dotýka sa kovových uzemnených častí elektroinštalácie.

V skutočnosti sú absolútne hodnoty potenciálov bodov na zemskom povrchu v zóne šírenia prúdu, vrátane φmax, vždy menšie ako hodnoty uzemnených kovových častí elektrickej inštalácie, ktorých potenciál, ak ignorujeme napätie pokles v horizontálnych elektródach zložitého uzemňovacieho systému je φ vlna.

Preto, keď osoba stojí v oblasti distribúcie prúdu, napríklad v bode b (obr.1) a nedotýka sa uzemneného telesa elektroinštalácie, potom medzi telesom (bod a na obr. 1) a bodom b takzvané dotykové napätieUdp, ktoré možno považovať za napätie naprázdno aktívneho dvoj- koncová sieť so známym vnútorným odporom (obr. 2), ktorý sa číselne rovná odporu prúdu šíriaceho sa z dvoch ľudských nôh do zeme Rnp.

Ryža. 2. Podľa definície Un: aab – body podľa obrázku 1, ktorých sa človek dotýka rukou (dlaňou) a nohou (podrážkou)

Ak človek stojí v bode b"Dotykový bod a, potom spadne pod dotykovým napätím Up, rovným súčinu prúdu podľa Ohmovho zákona Azt, ale jeho telo na odpor jeho tela RT: Un = Azt x RT.

Prúd Azm sa rovná pomeru Udp k súčtu odporov Rt a Rnp: Azt = Udp /(Rt +Rnp), Upp = (UdpNS RT)/(Rt + Rnp)

Význam RT/(Rt + Rnp) sa zvyčajne označuje písmenom βp... Potom Upp = Udp x βp. Všimnite si, že βp je vždy menšie ako jedna, a preto je Up menšie ako Udp.

Druhá nebezpečná situácia súvisí so skutočnosťou, že v oblasti šírenia prúdu človek zvyčajne stojí alebo kráča tak, že jeho nohy sú v bodoch s rôznym potenciálom, napríklad v bodoch b a b' na obr. 1. Aby sme charakterizovali druhú nebezpečnú situáciu, zavedieme pojmy krokové napätie a krokové napätie.

Ryža. 3. Podľa definície UNC: b, b'- body podľa obr. 1., na ktorom osoba stojí.

Krokové napätie Udsh je potenciálny rozdiel medzi dvoma bodmi na zemi v oblasti distribúcie prúdu, na ktoré môže človek súčasne vkročiť.

Analogicky s prvou nebezpečnou situáciou možno hodnotu Udsh interpretovať ako napätie naprázdno aktívnej dvojpólovej siete so známym vnútorným odporom (obr. 3). Keď človek stúpi na body, medzi ktorými pôsobil Udsh, odpor ľudského tela Rtsh pozdĺž cesty "noha - noha" je zahrnutý do bipolárneho okruhu.

V tomto prípade je vnútorným odporom aktívnej dvojkoncovej siete odpor skokového rozptylu prúdu Rtsh, ktorý možno zjednodušiť ako súčet dvoch rovnakých odporov voči prúdu šíriacemu sa do zeme z každej ľudskej nohy.

Krokové napätie je definované nasledovne: Uw = Azt x Rtsh.

Pojmy dotykový a krokový stres platia aj pre zvieratá. V tomto prípade sa dotykové napätie chápe ako potenciálny rozdiel medzi nosovým zrkadlom alebo krkom a nohami a napätie na nohách je medzi prednými a zadnými nohami.

Hlavné charakteristiky, pomocou ktorých je možné stanoviť prevádzkové a elektrické ochranné vlastnosti uzemňovacích zariadení, sú odpor uzemňovacej elektródy (Rz), dotykové napätie (Up) a skokové napätie (Ush) zistené počas vypočítanej sezóny pri vypočítaná hodnota aktuálneho Azz.

Hodnoty Up a Ush závisia od koeficientov charakteru prúdového poľa opúšťajúceho nohy človeka v zemi a od odporu tela človeka, ktorý je funkciou prúdu prechádzajúceho jeho telom, a odporu. Rz . Preto, aby sa vypočítajte odpor uzemňovacieho zariadenia a dotykových a krokových napätí, je potrebné vedieť vypočítať elektrické polia prúdov opúšťajúcich zemné elektródy v zemi.