Delovne in električne zaščitne lastnosti ozemljitvenih naprav

Glavna delovna funkcija ozemljitvenih naprav je zagotoviti zadostno prevodnost za delovanje relejnega zaščitnega vezja za zapiranje delov električne napeljave pod napetostjo na ozemljeni okvir ali ozemljitev.

Zato je najpomembnejša električna značilnost ozemljitvene naprave prevodnost ozemljitve Gzy ali njena obratna vrednost Rz — upor ozemljitvene naprave, ki je enak Rzy = Rs + Rzp, kjer je Rz upor toka, ki se širi od ozemljitvene elektrode do tla (upor ozemljene elektrode), RZp — upor ozemljitvenih žic.

Upornost toka, ki se širi od ozemljitvene elektrode v tla, tvori celotno območje širjenja toka - prostornina tal, ki se začne od površine ozemljene elektrode, električni potencial φ, ki med prehodom toka Azs v tla je φ3, in v območje, kjer je φ praktično nič (območje ničelnega potenciala).

V skladu z Ohmov zakon ozemljitveni upor je enak razmerju med potencialom vozlišč na točki vnosa toka v ozemljitveno elektrodo in tokom Azz, ki zapušča ozemljitveno elektrodo v tleh Rs = φsmax /Азс

Upoštevajte, da je potencialni val φ numerično enak napetosti ozemljitvene elektrode Uz. Zato je formula običajno zapisana v obliki Rs = Uc /Azc

Električna zaščitna funkcija ozemljitvene naprave je omejevanje napetosti na dovoljene meje, pri katerih lahko pride oseba v stik z ozemljenim telesom električne napeljave (s kovinskimi konstrukcijskimi deli električne napeljave, ki običajno niso pod napetostjo) med zapiranje faze na ohišje ali tla.

Razmislite o primeru kratkega stika v električnem omrežju nad 1 kV z učinkovito ozemljenim nevtralnim stikalom (z visokimi tokovi ozemljitvene napake, slika 1). Električni tokokrog vključuje fazo napajalnega transformatorja, vodnik napajalne žice, telo napajalnega transformatorja, njegovo ozemljitveno napravo, zemljo, ozemljitveno napravo napajalnega transformatorja.

Porazdelitev potenciala φ na zemeljski površini v območju širjenja toka ustreza splošno sprejeti pozitivni smeri toka Azz, ki vstopa v zemljo iz ozemljitvene naprave napajalnega transformatorja. Zemeljski potencial ima največjo pozitivno vrednost φmax v točki, ki se nahaja nad eno od osrednjih elektrod ozemljitvene elektrode.

riž. 1.Električni diagram kratkega stika z ohišjem v omrežju z napetostjo nad 1 kV z efektivno nevtralno ozemljitvijo: 1 - močnostni transformator; 2 - električni sprejemnik; 3 - ozemljitvena žica; 4 - ozemljitvena elektroda; A — B in A ' — B' — trenutna razpršitvena območja; a, b - točke možnega hkratnega stika osebe z ozemljenim ohišjem in tlemi; b, b'- točke v trenutnem območju širjenja, na katere lahko oseba istočasno stopi

Z oddaljenostjo od ozemljitvene elektrode se potencial v tleh razmeroma hitro zmanjša in na razdalji približno 20 velikih diagonal obrisa ozemljitvene naprave postane manjši od 2% ozemljitvenega potenciala φmax. Na takšni razdalji od ozemljitvene elektrode se potencial običajno šteje za nič.

Podobno se spremeni potencial v bližini ozemljitvene naprave napajalnega transformatorja. Glede na predvideno smer toka se njegov potencial šteje za negativnega.

Obstajata dve glavni nevarni situaciji, v katerih lahko oseba na območju distribucije toka postane pod napetostjo. Prva situacija — oseba stoji na tleh v transformatorskih postajah, stikalnih ploščah in drugih napravah in se dotika kovinskih ozemljenih delov električne napeljave.

Dejstvo je, da so absolutne vrednosti potencialov točk na zemeljski površini v območju širjenja toka, vključno s φmax, vedno manjše od potenciala ozemljenih kovinskih delov električne napeljave, katerih potencial, če zanemarimo napetost padec vodoravnih elektrod kompleksnega ozemljitvenega sistema je val φ.

Torej, ko oseba stoji na območju porazdelitve toka, na primer v točki b (sl.1) in se ne dotika ozemljenega telesa električne napeljave, nato pa med telesom (točka a na sliki 1) in točko b tako imenovana napetost dotika Udp, ki se lahko šteje za napetost odprtega tokokroga aktivnega dvo- priključno omrežje z znanim notranjim uporom (slika 2), ki je številčno enak uporu toka, ki se širi od dveh človeških stopal v zemljo Rnp.

riž. 2. Po definiciji Un: a in b - točki na sliki 1, ki se jih človek dotakne z roko (dlan) in nogo (podplat)

Če oseba stoji na točki b"Dotika se točke a, potem pade pod napetost dotika Up, ki je enaka produktu toka po Ohmovem zakonu Azt prehaja, vendar njegovo telo, na upor njegovega telesa RT: Un = Azt x RT.

Tok Azm je enak razmerju Udp proti vsoti uporov Rt in Rnp: Azt = Udp /(Rt +Rnp), Upp = (UdpNS RT)/(Rt + Rnp)

Pomen RT/(Rt + Rnp) običajno označimo s črko βp... Potem je Upp = Udp x βp. opazite, da je βp vedno manjši od ena in je zato Up manjši od Udp.

Druga nevarna situacija je povezana z dejstvom, da v območju širjenja toka človek običajno stoji ali hodi tako, da so njegova stopala na točkah z različnimi potenciali, na primer na točkah b in b' na sl. 1. Za karakterizacijo druge nevarne situacije uvajamo pojma stopenjske napetosti in stopenjske napetosti.

riž. 3. Po definiciji UNC: b, b'- točke po sl. 1., na kateri oseba stoji.

Koračna napetost Udsh je potencialna razlika med dvema točkama na tleh v območju porazdelitve toka, na kateri lahko oseba hkrati stopi.

Po analogiji s prvo nevarno situacijo lahko vrednost Udsh interpretiramo kot napetost odprtega tokokroga aktivnega dvopolnega omrežja z znanim notranjim uporom (slika 3). Ko človek stopi na točke, med katerimi je deloval Udsh, se upor človeškega telesa Rtsh vzdolž poti "noga - noga" vključi v bipolarno vezje.

V tem primeru je notranja upornost aktivnega dvopolnega omrežja stopenjska upornost disipacije toka Rtsh, ki jo lahko poenostavimo kot vsoto dveh enakih uporov proti toku, ki se širi v tla z vsake človeške noge.

Stopenjska napetost je definirana kot sledi: Uw = Azt x Rtsh.

Pojma stresa na dotik in korak veljata tudi za živali. V tem primeru napetost dotika razumemo kot potencialno razliko med nosnim ogledalom ali vratom in nogami, napetost stopala pa med sprednjimi in zadnjimi nogami.

Glavne značilnosti, s katerimi je mogoče ugotoviti obratovalne in električne zaščitne lastnosti ozemljitvenih naprav, so upor ozemljitvene elektrode (Rz), napetost na dotik (Up) in napetost koraka (Ush), ugotovljena med izračunano sezono pri izračunana vrednost toka Azz.

Vrednosti Up in Ush so odvisne od koeficientov značaja tokovnega polja, ki pušča človekova stopala v tleh, in upora telesa osebe, ki je funkcija toka, ki teče skozi njegovo telo, in upora Rz. Zato, da bi izračunajte upor ozemljitvene naprave ter napetosti dotika in koraka, je treba znati izračunati električna polja tokov, ki zapuščajo ozemljitvene elektrode v tleh.