Файл: Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения Кафедра Техносферная безопасность.docx

Скачать файл (4,84Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 04.12.2023

Просмотров: 376

Скачиваний: 7

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Лабораторная работа 5. Определение зависимостей, характеризующих явления при стекании тока в землю через защитный заземлитель

Цель работы: выявить зависимости, характеризующие явления при сте- кании тока в землю через различные виды заземлителей.

Теоретическая часть

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 час- ти на заземленный корпус электрического оборудования или падение провода на землю либо использование земли в качестве провода и т. п. Во всех этих случаях происходит резкое снижение потенциала φ_З, заземлившейся токоведу- щей части до значения, равного произведению тока, стекающего в землю, I_З, на. сопротивление заземлителя растеканию тока R_З.

 ₃ 

I ₃R₃.
(1)

Это явление используют как меру защиты от поражения током при слу- чайном появлении напряжения на металлических нетоковедущих частях, кото- рые с этой целью заземляю. Однако наряду с понижением потенциала зазем- лившейся токоведущей части при стекании тока в землю возникают и отрица- тельные явления, появляется потенциал на заземлителе и находящихся в кон- такте с ним металлических частях, а также на поверхности грунта вокруг места стекания тока в землю. Возникающие при этом разности потенциалов отдель- ных точек электрической цепи протекания тока, в том числе точек на поверхно- сти земли, достигают больших значений и представлять опасность для челове- ка.

Значение потенциалов, их разностей и характер изменений, а, следова- тельно, и обусловленная ими опасность поражения человека током зависят от многих факторов:

значения тока, стекающего в землю;
конфигурации, размеров, числа и взаимного расположения электродов;
удельного сопротивления грунта и др.

Воздействуя на некоторые из этих факторов можно снизить разности по- тенциалов, действующие на человека, до безопасных значений.

Заземлитель с полусферическим электродом

Заземлитель с полусферическим электродом – заземлитель со сфериче- ским электродом, заглубленный так, что его центр находится на уровне земли.

Рис. 2.1 - Распределение потенциала на поверхности земли вокруг заземлителя с полусферическим электродом
Для такого заземлителя уравнение потенциальной кривой на поверхности земли будет равно

  ₃

_rI

^x, (2)

Заземлитель с вертикальным трубчатым электродом

Рассмотрим заземлитель с вертикальным трубчатым электродом длиной l, и диаметром d, погруженный в землю так, чтобы его верхний конец был на уровне земли.

Рис. 2.2 - Определение уравнения потенциальной кривой заземлителя с вертикальным трубчатым электродом
С заземлителя стекает ток I₃. Найдем выражение для расчета потенциала точек на поверхности земли и потенциала заземлителя.

Разбиваем заземлитель по длине на бесконечно малые участки каждый длиной d_y и диаметром d_y.

С каждого такого участка в землю стекает ток, который обуславливает возникновение элементарного потенциала d_φ, в некоторой точке земли.

dI_з =

^I³dy l
, (4)

Рассмотрим точку А на поверхности земли, отстоящую от оси заземлителя на расстоянии х.

Потенциал этой точки будет равен

d_φ =

dI ₃ρ_

2π

1

^m, (6)

Учитывая, что m =

чаем

, и заменяя dI_з его значением из формулы (4), полу-

d_φ =

I ₃ρ_

2L
dy

, (7)

Проинтегрировав это уравнение по всей длине заземлителя (от 0 до l), по- лучим искомое уравнение для потенциала точки А, т. е. уравнение потенциаль- ной кривой

d_φ =

I ₃ρ _ln

2πl

^x, (8)

Потенциал заземлителя φ3, будет, при х = 0,5d т. е.

φ_з =

I₃ρ _ln2πl

0,5d
, (9)

Здесь 0,5 d << l, следовательно, первым слагаемым под корнем можно пренебречь. Тогда это уравнение примет вид

φз =

I ₃ρ _ln

2πl

4 l

^d, (10)

На рис. 2.3 показана потенциальная кривая заземлителя с вертикальным трубчатым электродом с отношением размеров l : d = 50.

Рис. 2.3 - Распределение потенциала на поверхности земли вокруг заземлителя с вертикаль- ным трубчатым электродом с размерами l : d = 50 (l = 2,5; d = 0,05)

1 ... 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Заземлитель с протяженным трубчатым электродом на поверхности

У этого вида заземлителя, находящегося на поверхности земли и заглуб- ленного так, что его продольная ось совпадает с поверхностью земли, измене- ния потенциальной кривой различны в различных направлениях.

Рис. 2.4 - Распределение потенциала на поверхности земли вокруг заземлителя с протяженным трубчатым электродом:

а) потенциальная кривая вдоль оси заземлителя;

б) потенциальная кривая в плоскости, перпендикулярной оси заземлителя и пересекающей его в середине;

в) эквипотенциальные кривые на поверхности земли вокруг протяженного заземлителя
Наиболее резко потенциал падает вдоль оси заземлителя, а наиболее плавно – поперек оси по линии, проведенной через его середину.

Уравнение потенциальных кривых этого заземлителя имеют следующий

вид:

а) вдоль оси заземлителя (по оси х),

φ_х =

^I³^ρln 2l

, (11)

где l и d – длина и диаметр сечения заземлителя.

б) поперек оси заземлителя (по оси у),

φ_у =

I ₃ρ _ln

πl

²^y, (12)

Потенциал заземлителя будет при наименьшем значении х, т. е. при х = 0,5l, если φ_з вычисляется из (11), или при наименьшем значении у, т. е. при у = 0,5d, если φ_з вычисляется из (12), т. е

φ_з =

I ₃ρ _ln

πl

2l

^d, (13)

Эквипотенциальные линии на поверхности земли вокруг протяженного заземлителя приближаются по форме к эллипсам; на большом расстоянии от заземлителя они переходят в окружности (рис.2.4 в)

Напряжение прикосновения

Напряжение прикосновения – это напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикос- новении к ним человека или животного

Напряжение прикосновения для человека, касающегося заземленного корпуса электрооборудования и стоящего на земле зависит от формы потенци- альной кривой и расстояния х между человеком и заземлителем (чем дальше от заземлителя находится человек, тем больше U_ПР и наоборот). Так, при наи- большем расстоянии, т. е. при х →∞, практически при х ≥ 20 м (случай А на рис. 2.5) напряжение прикосновения имеет наибольшее значение:U_пр = φз; при этом коэффициент прикосновения α1 = 1. Это — наиболее опасный случай прикосновения.

Рис.2.5 - Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе:
При наименьшем значении х, т. е. когда человек стоит непосредственно на заземлителе (случай Б на рис. 2.5), U_пр = 0 и α1 = 0. Это — безопасный слу- чай, так как человек не подвергается воздействию напряжения, хотя он, и нахо- дится под потенциалом заземлителя φ_з.

При других значениях х в пределах 0 – 20 м (случай В на рис. 2.5) U_ПР

плавно возрастает от 0 до φ_З, а α1 — от 0 до 1.

В практике устройства защитных заземлений необходимо знать макси- мальные напряжения прикосновения.

3.1.5 Шаговое напряжение

Напряжением шага называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, принимаемым равным 0,8 м, на которых одновременно стоит человек,

Шаговое напряжения возникает между ногами человека вследствие не равномерного распределения потенциала зазелителя по земле (рис. 2.6). Точка касания ноги расположенная ближе к заземляющему электроду будет иметь больший потенциал, по сравнению с более удаленной. Величина шагового на- пряжения зависит от величины шага и от расстояния х от заземлителя, а также формы потенциальной кривой растекания заземлителя.

По мере удаления от места замыкания вылечена шагового напряжения уменьшается. Шаговое напряжения на расстоянии 10..20 м от места замыкания практически не приставляет опасность.