Drifts- och elektriska skyddsegenskaper för jordningsanordningar

Den huvudsakliga driftsfunktionen för jordningsanordningar är att tillhandahålla tillräcklig ledningsförmåga för driften av reläskyddskretsen för att stänga de spänningsförande delarna av den elektriska installationen till den jordade ramen eller jord.

Därför är den viktigaste elektriska egenskapen hos jordningsanordningen jordningskonduktiviteten Gzy eller dess inversa värde Rz — motståndet hos jordningsanordningen lika med Rzy = Rs + Rzp, där Rz är resistansen för strömmen som sprider sig från jordningselektroden till jordningsenheten. jord (motstånd hos jordad elektrod), RZp — motståndet hos jordledningarna.

Resistansen hos en ström som fortplantar sig från jordningselektroden till marken bildas av hela strömutbredningszonen — markens volym, med början från den jordade elektrodens yta, den elektriska potentialen φ som under passagen av strömmen Азs i marken är φ3, och till den zon där φ är praktiskt taget noll (zon med nollpotential).

I enlighet med Ohms lag jordningsresistansen är lika med förhållandet mellan nodernas potential vid punkten för ströminförandet till jordningselektroden och strömmen Azz som lämnar jordningselektroden i jorden Rs = φsmax /Азс

Observera att den potentiella φ-vågen numeriskt är lika med spänningen för jordelektroden Uz. Därför skrivs formeln vanligtvis i formen Rs = Uc /Azc

Jordningsanordningens elektriska skyddsfunktion består i att begränsa spänningen till de tillåtna gränserna vid vilka en person kan komma i kontakt med den jordade kroppen av den elektriska installationen (med metallkonstruktionsdelar av den elektriska installationen som normalt inte är spänningssatta) under stängningen av fasen till inneslutningen eller marken.

Tänk på en fallkortslutning i ett elnät över 1 kV med en effektivt jordad neutral (med höga jordfelsströmmar, fig. 1). Den elektriska kretsen inkluderar matningstransformatorns fas, matningsledningens ledare, den medföljande transformatorns kropp, dess jordningsanordning, jord, matningstransformatorns jordningsanordning.

En fördelning av potentialen φ på jordytan i strömspridningszonen motsvarar den allmänt accepterade positiva riktningen för strömmen Azz som kommer in i jorden från matningstransformatorns jordningsanordning. Jordpotentialen har det största positiva värdet φmax vid en punkt belägen ovanför en av jordelektrodens centrala elektroder.

Ris. 1.Elektriskt schema över en kortslutning till huset i ett nätverk med en spänning högre än 1 kV med effektiv neutral jordning: 1 — krafttransformator; 2 — elektrisk mottagare; 3 — jordledning; 4 — jordelektrod; A — B och A ' — B' — strömspridningszoner; a, b — punkter där personen kan komma i kontakt med det jordade huset och marken. b, b'- punkter i den aktuella spridningszonen, på vilka en person samtidigt kan trampa

Med avståndet från jordningselektroden minskar potentialen i marken relativt snabbt, och på ett avstånd ungefär lika med 20 stora diagonaler av jordningsanordningens kontur blir den mindre än 2% av jordpotentialen φmax. På ett sådant avstånd från jordningselektroden anses potentialen vanligtvis vara noll.

På samma sätt förändras potentialen nära jordningsanordningen på matningstransformatorn. I förhållande till strömmens antagna riktning anses dess potential vara negativ.

Det finns två huvudsakliga farliga situationer där en person i området för strömdistribution kan bli strömsatt. Den första situationen — en person står på marken i transformatorstationer, växlar och andra enheter och rör de metalljordade delarna av den elektriska installationen.

Faktum är att de absoluta värdena för potentialerna för punkterna på jordens yta i den aktuella spridningszonen, inklusive φmax, alltid är mindre än för de jordade metalldelarna i den elektriska installationen, vars potential, om vi ignorerar spänningen fall i de horisontella elektroderna i ett komplext jordsystem, är en φ-våg.

Därför, när en person står i området för nuvarande distribution, till exempel vid punkt b (fig.1) och inte vidrör den jordade kroppen av den elektriska installationen, sedan mellan kroppen (punkt a i fig. 1) och punkt b den så kallade beröringsspänningenUdp, som kan betraktas som öppen kretsspänning för en aktiv två- terminalnät med en känd intern resistans (fig. 2), numeriskt lika med resistansen hos en ström som sprids från två mänskliga fötter in i marken Rnp.

Ris. 2. Per definition Un: a och b — punkter enligt figur 1 som en person vidrör med en hand (handflata) och fot (sula)

Om en person står vid punkt b"Berör punkt a, då hamnar han under en beröringsspänning Upp, lika med produkten av strömmen enligt Ohms lag Azt passerar, men hans kropp, på motståndet i hans kropp RT: Un = Azt x RT.

Aktuell Azm är lika med förhållandet Udp till summan av motstånden Rt och Rnp: Azt = Udp /(Rt +Rnp), Upp = (UdpNS RT)/(Rt + Rnp)

Betyder RT/(Rt + Rnp) brukar betecknas med bokstaven βp... Då Upp = Udp x βp. Observera att βp alltid är mindre än ett och därför är Up mindre än Udp.

Den andra farliga situationen är relaterad till det faktum att en person i området för strömutbredning vanligtvis står eller går så att hans fötter är på punkter med olika potential, till exempel vid punkterna b och b' i fig. 1. För att karakterisera den andra farliga situationen introducerar vi begreppen stegspänningar och stegspänningar.

Ris. 3. Enligt UNC-definition: b, b'-punkter enligt fig. 1., på vilken personen står.

Stegspänning Udsh är potentialskillnaden mellan två punkter på marken i området för strömfördelning, som en person samtidigt kan trampa på.

I analogi med den första farliga situationen kan Udsh-värdet tolkas som öppen kretsspänning för ett aktivt tvåterminalsnätverk med känt internt motstånd (fig. 3). När en person kliver på punkterna mellan vilka Udsh agerade, ingår motståndet hos människokroppen Rtsh längs vägen "fot - fot" i den bipolära kretsen.

I detta fall är den interna resistansen i ett aktivt tvåterminalsnätverk stegströmsförlustresistansen Rtsh, vilket kan förenklas som summan av två identiska resistanser mot strömmen som sprids till marken från varje mänskligt ben.

Stegspänningen definieras enligt följande: Uw = Azt x Rtsh.

Begreppen berörings- och stegstress gäller även djur. I det här fallet förstås beröringsspänningen som potentialskillnaden mellan nosspegeln eller nacken och benen, och fotspänningen är mellan fram- och bakbenen.

De huvudsakliga egenskaperna med vilka det är möjligt att fastställa jordningsanordningarnas drifts- och elektriska skyddsegenskaper är motståndet hos jordelektroden (Rz), beröringsspänningen (Up) och stegspänningen (Ush) som hittas under den beräknade säsongen kl. det beräknade värdet av den aktuella Azz.

Värdena för Up och Ush beror på koefficienterna för karaktären av det aktuella fältet som lämnar personens fötter i marken, och motståndet i personens kropp, som är en funktion av strömmen som passerar genom hans kropp, och motståndet Rz. Därför, för att beräkna motståndet för jordningsanordningen och berörings- och stegspänningar är det nödvändigt att kunna beräkna de elektriska fälten för strömmar som lämnar jordelektroderna i marken.