Меню

Что такое ток стекания

РАСТЕКАНИЕ ТОКА ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

РАСТЕКАНИЕ ТОКА ЗАМЫКАНИЯ НА ЗЕМЛЮ

2.1 Общие сведения

Опасность поражения электрическим током создается напряжением прикосновения или напряжением шага.

Напряжение прикосновения. Это напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек.

Напряжение прикосновения приложено только к телу человека и оно определяется как падение напряжения в теле человека по (2.1)

где Ih – ток через человека, А; Rh – сопротивление человека, Ом.

При однофазном прикосновении, напряжение прикосновения зависит от напряжения на корпусе относительно земли. При двухфазном прикосновении — напряжение прикосновения равно рабочему напряжению сети.

При протекании тока по пути тока нога-нога в зоне вблизи заземлителя создается напряжение шага.

Напряжение шага или шаговое напряжение – это напряжение между двумя точками, находящимися на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек.

Ток через человека также зависит от тока замыкания на землю. Для расчета напряжений прикосновения и напряжения шага рассмотрим физические основы их возникновения. Их возникновение объясняется природой растекания тока замыкания на землю.

2.2 Природа растекания тока замыкания на землю

Замыкание на землю может произойти при контакте токоведущей части с заземленным корпусом, пробое изоляции высоковольтного оборудования, падении оборванного провода и ряде других причин.

Заземленный корпус имеет соединение с заземлителем заземляющего устройства. При замыкании на корпус ток проходит через заземлитель на землю, рисунок 2.1. Происходит стекание тока заземления в грунт и вокруг заземлителя создается поле растекания тока. Параметры поля растекания зависят от разных условий. К ним можно отнести форму и размеры заземлителя, состав грунта, влажность грунта, время года и так далее.

Для определения параметров принимаются некоторые допущения и упрощения, с тем чтобы получить общую картину растекания тока.

В качестве заземлителя принимается одиночный заземлитель полусферической формы. Грунт считается однородным с удельным сопротивлением r. Линии тока растекания направлены по радиусам от центра полусферического заземлителя и перпендикулярны его поверхности.

Рисунок 2.1 — Растекание тока замыкания на землю

Если грунт однородный, то ток замыкания равномерно распределяется по его поверхности, с определенной плотностью тока d.

Вокруг заземлителя образуются концентрические сферы. Точкам каждой сферы соответствует одна и та же плотность тока и напряженность. Такая поверхность называется эквипотенциальной поверхностью, рисунок 2.1.

Плотность тока по поверхности грунта с удалением от заземлителя снижается, что видно из формулы (2.2)

где – расстояние от центра заземлителя до любой точки «А» поверхности грунта, м; IЗ — ток замыкания, А.

Чем дальше от заземлителя, тем ниже плотность тока. На большом удалении плотность тока практически равна нулю.

Каждая точка грунта имея определенную плотность тока, обладает электрическим потенциалом jА=UА.

Для определения потенциала в точке А, выделим элементарный слой грунта толщиной на расстоянии от заземлителя, разность потенциалов или падение напряжения в этом слое равно (2.3)

где Е – напряженность электрического поля.

Напряженность электрического тока в точке А определится из (2.4)

Потенциал точки jА=UА равен суммарному падению напряжения от точки А до бесконечно удаленной точки с нулевым потенциалом (2.5). Нулевым потенциалом обладают все точки, плотность тока в которых равна нулю. Подставив в (2.5) формулы (2.2) и (2.4) получим выражение (2.6) для расчета потенциала точки А.

Чтобы определить общую зависимость изменения потенциалов области растекания тока замыкания, учитывается, что и (2.6) примет вид (2.7)

Это гиперболическая зависимость распределения потенциалов в зоне растекания сферического заземлителя, рисунок 2.2. По мере удаления рассматриваемой точки от заземлителя, потенциал снижается и практически достигает нуля. Если расположить исследуемую точку на поверхности заземлителя с радиусом , потенциал будет наибольшим, равным по (2.8)

Область грунта вблизи заземлителя, потенциалы точек, которых на равны нулю называется полем растекания. Практически это зона может находиться в пределах до 20 метров.

Область грунта, потенциалы точек, которых равны нулю называется электротехнической землей. Эта область находится за зоной растекания тока замыкания на землю. На рисунке 2.1 эквипотенциальные поверхности обозначены штриховыми линиями.

Если заземлители имеют другие геометрические формы, значения потенциалов на заземлителе в поле растекания, размеры поля также изменяются, по сравнению с полем полусферических заземлителей.

Рисунок 2.2 – Распределение потенциалов в зоне растекания тока

2.3 Сопротивление растеканию тока замыкания на землю

Если рассмотреть в качестве проводника слой грунта толщиной dx, его сопротивление равно (2.9)

Сопротивление растеканию тока в земле можно представить в виде (2.10).

Расчетное выражение по (2.11)

Если в формулу (2.6) подставить (2.10) получится расчетное выражение напряжения на заземлителе

Отсюда можно сделать вывод, что сопротивление току растекания оказывает только грунт. Напряжение на заземлителе заземляющего устройства не зависит от расстояния между заземлителями. Приведенные расчеты справедливы для полусферического заземлителя. Для заземлителей других форм выведены свои формулы.

Получить полный текст Подготовиться к ЕГЭ Найти работу Пройти курс Упражнения и тренировки для детей

2.4 Напряжение прикосновения

Рассмотрим случай. Человек стоит на земле и к нему случайно приложено напряжение корпуса, оказавшегося под напряжением. Приложенное напряжение прикосновения определится разностью потенциалов руки и ног, приложенной к человеку

где jР — потенциал руки, В; jН — потенциал ноги человека, В.

Потенциал руки относительно земли равен

потенциал ноги человека, стоящего в зоне растекания

Напряжение прикосновения определится из выражения (2.16)

Обозначим выражение в скобках как

и напряжение прикосновения в поле растекания заземлителя любой формы получится равным (2.18)

Можно сказать, что напряжение прикосновения есть часть напряжения относительно земли. Коэффициент называют коэффициентом напряжения прикосновения.

По мере удаления от заземлителя напряжение прикосновения увеличивается, поскольку потенциал ноги человека относительно земли снижается. То есть, чем дальше от заземлителя, тем выше напряжение прикосновения, пояснение на рисунке 2.3.

Читайте также:  Расчет нелинейных цепей постоянного тока графоаналитическим методом

Рисунок 2.3 – Напряжения прикосновения

1 – кривая распределения потенциалов, 2 – кривая изменения напряжения прикосновения

Определим, как зависит напряжение прикосновения с учетом дополнительных сопротивлений в цепи человека. Полное сопротивление цепи человека состоит из сопротивлений

где RОБ — сопротивление обуви; RН — опорной поверхности ног или сопротивление пола; a2 — коэффициент, учитывающий падение напряжения в дополнительных сопротивлениях цепи человека. Коэффициент равен .

Ток через человека при прикосновении к заземленным нетоковедущим частям определяется по (2.20)

2.5 Напряжение шага

Рассмотрим, как человек попадает под напряжение шага. Если в момент стекания тока с заземлителя, человек оказался в зоне растекания тока, то его ноги оказываются в точках с разными потенциалами. К человеку по пути нога-нога приложится напряжение шага, которое определится как разность потенциалов между точками А и Б, на рисунке 2.2.

Потенциал точки А при удалении от заземлителя на расстояние х равен (2.22).

Потенциал точки Б, находящейся на ширине шага человека от точки А определится по (2.23)

Напряжение шага равно

Напряжение шага через напряжение на заземлителе, с учетом (2.8)

где — коэффициент напряжения шага, учитывающий форму потенциальной кривой.

Влияние дополнительные сопротивлений в цепи человека учитывается коэффициентом . При этом сопротивление опорной поверхности ног человека, попавшего под напряжение шага, отличается от сопротивления, попавшего под напряжение прикосновения.

Можно принять , с уче6том того, что сопротивление обуви в четыре раза больше и напряжение шага определится UШ= UЗ∙b1∙b2.

Ток через человека, попавшего под напряжение шага равен

Рисунок 2.4 – Напряжение шага

Характер зависимости напряжения шага от расстояния до заземлителя на рисунке 2.2.

Источник

Коварный ток утечки

Проектирование, монтаж и реконструкция систем электроснабжения зданий и сооружений подразумевают внедрение трехпроводной (в быту) или пятипроводной (в промышленности) схем подключения электрооборудования: к фазным и нулевому рабочему проводникам добавляется нулевой защитный проводник.

Ток утечки

Любое нарушение последовательности по данным схемам приводит к неуправляемому растеканию токов по металлоконструкциям, трубопроводам систем водоснабжения и ОВК зданий, т.е. к возникновению токов утечки.

А ток утечки, как и блуждающий ток, приводит к коррозионному воздействию на эти системы.

Током утечки называют ток, обусловленный несовершенством изоляции, протекающий в землю или на сторонние проводящие части в электрически неповрежденной цепи.

Основными причинами возникновения тока утечки являются:

  • ошибки монтажа электрооборудования (подключение нулевого рабочего проводника к клемме нулевого защитного проводника, подключение нулевого защитного проводника к клемме нулевого рабочего проводника, подключение под один контактный зажим обоих проводников);
  • нарушение изоляции электроустановок и нулевых рабочих проводников вследствие перегрева или механических повреждений;
  • нарушение контактных соединений нулевых рабочих проводников.

Величина тока утечки «на землю» зависит от величины сопротивления изоляции проводника, которая, в свою очередь, имеет ограниченное значение, и от напряжения сети. Через изоляцию из любой находящейся под напряжением токоведущей части оборудования постоянно протекает незначительная величина тока, безопасное значение которой регламентируется соответствующими актами и называется «нормой тока утечки». Существуют специальные устройства защиты от токов утечки «на землю» — устройства защитного отключения (УЗО). По закону равенства втекающих и вытекающих из узла токов, сумма тока утечки и тока нейтрали (вытекающие из узла) равна току фазы (втекающий в узел). Величина разницы токов (даже наименьшая), протекающих через УЗО в случае появления тока утечки, и будет равна значению тока утечки.

Стоит отметить, что при отсутствии заземления (не в смысле специального провода, а в смысле заземленных предметов или оборудования) применение УЗО не имеет смысла, так как возникновение тока утечки невозможно без наличия заземления. Основной задачей УЗО является отключение электропитания при превышении нормативного значения током утечки, появлении опасности для жизни людей, выхода из строя оборудования или возникновения пожара.

Поэтому помимо контроля и измерения тока утечки, важно также проверять и тестировать УЗО, для чего существуют специальные тестовые измерительные приборы, позволяющие проводить измерения без отключения УЗО. Измерительные приборы для тестирования УЗО помогают определить 2 основных рабочих параметра устройств — ток срабатывания и время срабатывания УЗО, исходя из которых делаются выводы о возможности дальнейшего применения этих устройств.

Ток утечки на землю

Хотя величина тока утечки в сотни раз меньше величины основного (фазного) тока, иногда ее значения могут увеличиваться и достигать опасных для жизни величин (при 16мА человек начинает терять способность самостоятельно освободиться от контактов, находящихся под напряжением, и подвергается смертельной опасности при длительном воздействии с ними; от 100 мА — смертельный ток).

Это может быть связано с уменьшением сопротивления человека электричеству по разнообразным причинам (повышенная влажность, наличие соли на коже и т.п.). Но самым настораживающим является то, что присутствует этот ток в неповрежденной цепи. Поэтому измерять ток утечки необходимо! Для этого существуют специальные токоизмерительные клещи, способные определять малые токи, или так называемые клещи для измерения микротоков.

При использовании токоизмерительных клещей для измерения токов утечки не придется отключать электрооборудование от сети, что является преимуществом при проведении измерений на режимных объектах и больших промышленных предприятиях. Грамотный контроль, своевременное проведение измерений и выявление дефектов (нарушения изоляции, ухудшения соединения контактов проводников и т.п.) на ранних стадиях, т.е. до наступления аварий и устранения последствий, помогут не только обезопасить работу персонала, но и уберегут от внезапного выхода из строя технологического оборудования.

Источник: Gossen-Metrawatt

Источник

Явления при стекании тока в землю.

Распределение потенциала на поверхности земли, схема.

Опасность поражения человека электрическим током во многом определяется явлениями, возникающими при стекании электрического тока в землю.

Читайте также:  Конденсатор работает только с постоянным током

Стекание тока в землю происходит только через проводник, находящийся с нею в непосредственном контакте. Такой контакт может быть случайным или преднамеренным. В последнем случае проводник или группа соединенных между собой проводников, находящихся в контакте с землей, называется заземлителем.

Причинами стекания тока в землю является: замыкание токоведущей части на заземленный корпус электрооборудования; падения провода на землю; использование земли в качестве провода и т.д. Во всех этих случаях происходит резкое снижение потенциала заземлившейся части электрооборудования jз, В 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:

Cтекание тока в землю сопровождается возникновением не только на заземлителе, но и в земле вокруг заземлителя, а следовательно, и на поверхности земли некоторых потенциалов.

Нам необходимо знать, от чего зависят значения этих потенциалов, как изменяются они при изменениях расстояния до заземлителя, т. е. знать уравнение потенциальной кривой.

Для упрощения анализа будем считать, что земля во всем своем объеме однородна, т.е. в любой точке обладает одинаковым удельным объемным сопротивлением r, Ом*м.

Распределение потенциала на поверхности земли. Замыкание частей электроустановок на землю сопровождается протеканием через нее тока. Земля становится участком электрической цепи. При этом вследствие сопротивления земли имеет место падение напряжения и появляется разность потенциалов между отдельными точками на поверхности земли.

Рассмотрим схему растекания тока в земле при пробое изоляции электроустановки или падении оборванного провода на землю (рис. 16.14). Примем, что связь с землей осуществляется через полусферический заземлитель. Грунт однородный с удельным сопротивлением р. В этом случае ток замыкания I3 будет стекать с поверхности заземлителя по направлению радиусов от центра сферы. Плотность тока δ в точке А на поверхности грунта на расстоянии х от центра сферы

Ток с заземлителя растекается по значительному объему земли. С увеличением расстояния от заземлителя плотность тока уменьшается вследствие резкого возрастания сечения земли, через которое протекает ток. В бесконечно удаленных от заземлителя точках (x>∞) плотность тока равна нулю.

Измерения потенциалов в точке земли на разных расстояниях от заземлителя показали, что распределение потенциалов по поверхности земли при растекании тока с полусферического заземлителя подчиняется гиперболическому закону (см. кривую на рис. 16.14).

На расстоянии 1 м от заземлителя падение напряжения составляет 68%, на расстоянии 10 м — 92%, на расстоянии 20 м потенциалы точек настолько малы, что практически могут быть приняты равными нулю. Эти точки поверхности грунта можно считать находящимися вне зоны растекания и называть «землей» в электротехническом смысле слова.

Аналогичное распределение потенциалов происходит при растекании тока с заземлителей другой формы (труба, пластина, место соприкосновения оборванного провода с землей и т. п.).

Дата добавления: 2019-07-17 ; просмотров: 357 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник



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.

Читайте также:  Цепь переменного тока с емкостным сопротивлением электрическая схема

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:

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