Процесс растекания электрического тока в грунте
При замыкании токоведущих элементов электрооборудования на заземлённый металлический корпус или, например, при падении токоведущего провода на землю в грунте Земли возникает процесс растекания электрического тока.
Анализ процессов растекания электрического тока в грунте лежит в основе теории заземляющих устройств и сводится к выявлению распределения потенциалов в окрестности заземлителя.
Наиболее простым является случай, когда ток замыкания IЗ растекается в однородном грунте через полу сферический заземлитель с радиусом rЗ равномерно по всем направлениям (рис .4.4).
Рис. 4.4. Процесс растекания электрического тока в грунте
Рассмотрим величину разности потенциалов (напряжения), которая может возникнуть между произвольной точкой с координатой x, расположенной в окрестности заземлителя, и бесконечно удалённой точкой (с координатой x = ?): UХ = ?Х – ?? , потенциал которой условно принимают равным нулю.
ПоэтомуUХ = ?Х .
Согласно закону Ома в дифференциальной форме напряженность электрического поля EХ = jХ ? ,
где jХ= IЗ / SХ – плотность тока через полусферическую поверхность SХ = 2?x2, x – радиус воображаемой полусферы, ? – удельное электрическое сопротивление грунта.
Сопротивление ? зависит от вида грунта, его структуры, влажности и температуры. При увеличении влажности грунта ? обычно уменьшается, а при его промерзании – значительно увеличивается.
Падение напряжения в элементарном слое грунта тол щиной dx dUX = EXdx = jХ ?dx ={IЗ?/(2?x2)}dx.
Интегрируя полученное выражение по всему расстоянию от дан ной точки x до бесконечно удалённой точки, получаем зависимость величины напряжения (или потенциала) от расстояния до зазем лителя:
Полученная зависимость показана на рис.
4.4.
Область грунта вокруг заземлителя, в пределах которой возникает практически заметная разность потенциала, называется зоной растеканияэлектрического тока, за пределами которой расположена зона условно нулевого потенциала. Считают, что граница зоны растекания находится на расстоянии 20 м от места стекания тока в землю.
Сопротивление металлического заземлителя пренебрежимо мало, поэтому потенциалы всех его точек оказываются практически одинаковыми и равными величине потенциала, образующегося в точке соприкосновения заземлителя с грунтом. Поэтому потенциал самого заземлителя ?З или напряжение относительно точки с нулевым потенциалом UЗ определяются соотношением UЗ = ?З = IЗ?/(2?rЗ).
Для характеристики свойств заземлителя вводят понятие сопротивление заземлителя – отношение напряжения UЗ к току IЗ, стекающему через заземлитель в грунт:RЗ = UЗ /IЗ = ?/2?rЗ.
Сопротивление заземлителя определяется свойствами грунта (?) и геометрией заземлителя (rЗ).
При данном токе IЗ уменьшить уровень максимального напряжения в зоне растекания можно за счёт уменьшения сопротивления заземлителя, которое, в свою очередь, может быть уменьшено за счёт увеличения его геометрических размеров. Знание тока замыкания на землю и сопротивления заземлителя позволяет определить напряжение заземлителя относительно точки грунта, находящейся вне зоны растекания UЗ = IЗRЗ.
Если человек находится в зоне растекания электрического тока, то он может оказаться под действием напряжения шага. Напряжение шага (UШ) – это разность потенциалов между двумя точками x1 и x2 поверхности основания (грунта), с которыми контактируют ступни ног человека: UШ = ?Х1 — ?Х2 = IЗ?(1/x1 – 1/x2) /(2?), где x1 ? x2.
Напряжение шага зависит от местоположения человека в зоне растекания и от длины шага LШ = x2 – x1. По мере удаления человека от заземлителя напряжение шага уменьшается, и за пределами зоны растекания оно практически равно нулю. Максимальное напряжение шага соответствует случаю, когда одна нога человека находится на заземлителе, а вторая – за его пределами на расстоянии шага.
Конспект по безопасности жизнедеятельности
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
х = 20 м
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:
Uпр = Ih Rh,
где Ih — ток, проходящий через человека по пути «рука — ноги», A; Rh — сопротивление тела человека, Ом.
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:
или
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.
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.
ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между…
Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем…
Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам…
Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот…
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
404: Страница не найдена
Страница, которую вы пытались открыть по этому адресу, похоже, не существует. Обычно это результат плохой или устаревшей ссылки. Мы приносим свои извинения за доставленные неудобства.
Что я могу сделать сейчас?
Если вы впервые посещаете TechTarget, добро пожаловать! Извините за обстоятельства, при которых мы встречаемся. Вот куда вы можете пойти отсюда:
Поиск- Пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы сообщить, что эта страница отсутствует, или используйте поле выше, чтобы продолжить поиск
- Наша страница «О нас» содержит дополнительную информацию о сайте, на котором вы находитесь, WhatIs.com.
- Посетите нашу домашнюю страницу и просмотрите наши технические темы
Просмотр по категории
ПоискСеть
- беспроводная ячеистая сеть (WMN)
Беспроводная ячеистая сеть (WMN) — это ячеистая сеть, созданная путем соединения узлов беспроводной точки доступа (WAP), установленных в …
- Wi-Fi 7
Wi-Fi 7 — это ожидаемый стандарт 802.11be, разрабатываемый IEEE.
- сетевая безопасность
Сетевая безопасность охватывает все шаги, предпринятые для защиты целостности компьютерной сети и данных в ней.
ПоискБезопасность
- Что такое модель безопасности с нулевым доверием?
Модель безопасности с нулевым доверием — это подход к кибербезопасности, который по умолчанию запрещает доступ к цифровым ресурсам предприятия и …
- RAT (троянец удаленного доступа)
RAT (троян удаленного доступа) — это вредоносное ПО, которое злоумышленник использует для получения полных административных привилегий и удаленного управления целью …
- атака на цепочку поставок
Атака на цепочку поставок — это тип кибератаки, нацеленной на организации путем сосредоточения внимания на более слабых звеньях в организации …
ПоискCIO
- Пользовательский опыт
Дизайн взаимодействия с пользователем (UX) — это процесс и практика, используемые для разработки и внедрения продукта, который обеспечит позитивное и .
.. - соблюдение конфиденциальности
Соблюдение конфиденциальности — это соблюдение компанией установленных правил защиты личной информации, спецификаций или …
- контингент рабочей силы
Временная рабочая сила — это трудовой резерв, члены которого нанимаются организацией по требованию.
..SearchHRSoftware
- Поиск талантов
Привлечение талантов — это стратегический процесс, который работодатели используют для анализа своих долгосрочных потребностей в талантах в контексте бизнеса …
- удержание сотрудников
Удержание сотрудников — организационная цель сохранения продуктивных и талантливых работников и снижения текучести кадров за счет стимулирования …
- гибридная рабочая модель
Гибридная модель работы — это структура рабочей силы, включающая сотрудников, работающих удаленно, и тех, кто работает на месте, в офисе компании.
..
..SearchCustomerExperience
- CRM (управление взаимоотношениями с клиентами) аналитика
Аналитика CRM (управление взаимоотношениями с клиентами) включает в себя все программные средства, которые анализируют данные о клиентах и представляют…
- разговорный маркетинг
Диалоговый маркетинг — это маркетинг, который вовлекает клиентов посредством диалога.
- цифровой маркетинг
Цифровой маркетинг — это общий термин для любых усилий компании по установлению связи с клиентами с помощью электронных технологий.
Испытание ступенчатым напряжением HIPOT — высоковольтный тестер HIPOT
Испытание ступенчатым напряжением Hipot
Испытание ступенчатым напряжением Hipot рекомендуется для ИУ с рабочим среднеквадратичным напряжением 2300 В и выше. Это делается для двигателей с любым рабочим напряжением, когда требуется больше информации, чем дает 1-минутный тест Hipot.
В тесте ступенчатого напряжения Hipot напряжение обычно повышается с равными шагами. На каждом этапе напряжение и измеренный ток записываются через 1 минуту в соответствии со стандартом IEEE 9.5. Количество ступеней определяется оператором испытания и может составлять от 5 до 30 и более ступеней напряжения. 10 ступеней являются общими для двигателей среднего напряжения; для высоковольтных двигателей можно использовать больше ступеней. Профили для испытаний ступенчатым напряжением программируются в iTIG III D, включая количество шагов, время задержки на каждом шаге и скорость изменения напряжения.
Ступенчатые тесты предоставляют больше информации
Hipot Ступенчатые тесты напряжения предоставляют гораздо больше информации, чем 1-минутный тест Hipot, поскольку данные записываются по мере повышения напряжения. Изобразив кривую зависимости тока от напряжения, обычно можно определить, является ли ток утечки в основном следствием загрязненных грязных обмоток или пробоем изоляции, как показано на рисунках ниже.
Предотвращение дуги
При проверке шаговым напряжением тестер двигателя может завершить проверку до возникновения дуги, используя предел ROC (текущий предел ускорения). Оператор-испытатель также может вручную прервать испытание, если ток утечки увеличивается.
Современные тестеры Hipot и электродвигателей имеют функцию обнаружения дуги, которая немедленно останавливает испытание при обнаружении дуги вместо того, чтобы продолжать повышать напряжение при все более и более сильном дуговом разряде.
К сожалению, дуга может возникнуть вскоре после того, как ток утечки начнет увеличиваться. В соответствии с IEEE 95 ускорение может начинаться на 5 % или менее ниже напряжения дуги. В этих случаях внезапного пробоя изоляции момент ускорения тока может быть не обнаружен.
Чистый проход A: прямой, слаботочный
Чистый проход A: прямой, слаботочный
Хороший результат; Двигатель 3300 В, испытательное напряжение 7600 В:
Кривая исправных обмоток представляет собой более или менее прямую линию, как показано на графике.
Ток зависит от того, насколько загрязнены обмотки. В этом случае ток и уровень загрязнения низкие с общим током утечки менее 1,4 мкА.
4 испытания одного и того же двигателя с повышением уровня загрязнения
Результат OK; Двигатель 4000 В, испытательное напряжение 9000 В:
С течением времени были проведены четыре испытания ступенчатого напряжения по 10 точкам. Две нижние кривые первых двух тестов очень хороши.
Красная и синяя кривые следующих двух тестов показывают незначительное ускорение тока. Но максимальный ток по-прежнему относительно низок и составляет 11 мкА, а ускорение начинается выше 7000 В, что значительно выше пикового рабочего напряжения.
Повышенная общая утечка в основном связана с увеличением загрязнения поверхности обмотки (включая влагу) по результатам предыдущих испытаний.
Если бы ускорение тока было значительным и синяя линия сдвинулась ближе к вертикали, это указывало бы на пробой изоляции.
Опасения: Начало пробоя изоляции при превышении пикового рабочего напряжения, сильное загрязнение
Опасения; Двигатель 6000 В, испытательное напряжение 11 700 В :
Тест, представленный синей кривой, не завершил тест досрочно, потому что максимальный ток около 25 мкА не достиг предела общего тока утечки, а ускорение тока было недостаточно высоким, чтобы превысить выбранный предел ROC, равный 2 ( текущая скорость изменения между шагами напряжения).
Однако ускоряющийся ток утечки и уровень тока в конце испытания указывают на слабую изоляцию, которая начинает разрушаться. Текущее ускорение начинается медленно примерно при 6000 В, поэтому состояние двигателя вызывает беспокойство, но все еще в порядке.
Во время проверки дуга не обнаружена, так как это привело бы к преждевременному прекращению проверки. При более низком пределе ROC испытание было бы остановлено до достижения полного испытательного напряжения.
Проблема: пробой изоляции при пиковом рабочем напряжении отключается в конце шага 7 при напряжении около 6500 В, поскольку ускорение измеренного тока превысило предел ROC от шага 6 до шага 7.