Provozní a elektrické ochranné charakteristiky uzemňovacích zařízení

Hlavní provozní funkcí uzemňovacích zařízení je poskytnout dostatečnou vodivost pro činnost ochranného obvodu relé pro uzavření živých částí elektrické instalace k uzemněnému rámu nebo zemi.

Nejdůležitější elektrickou charakteristikou zemnícího zařízení je proto vodivost uzemnění Gzy nebo její převrácená hodnota Rz — odpor uzemňovacího zařízení rovný Rzy = Rs + Rzp, kde Rz je odpor proudu, který se šíří z uzemňovací elektrody do zem (odpor uzemněné elektrody), RZp — odpor zemnících vodičů.

Odpor proudu, který se šíří z uzemňovací elektrody do země, je tvořen celou zónou šíření proudu — objemem země, počínaje povrchem uzemněné elektrody, elektrickým potenciálem φ, který při průchodu proudu Азs v země je φ3 a do zóny, kde φ je prakticky nula (zóna nulového potenciálu).

V souladu s Ohmův zákon zemnící odpor je roven poměru potenciálu uzlů v místě zavedení proudu do zemnící elektrody k proudu Azz opouštějícímu zemnící elektrodu v zemi Rs = φsmax /Азс

Všimněte si, že potenciální vlna φ se číselně rovná napětí uzemňovací elektrody Uz. Proto se vzorec obvykle zapisuje ve tvaru Rs = Uc /Azc

Elektrická ochranná funkce uzemňovacího zařízení spočívá v omezení napětí na přípustné meze, při kterých může osoba přijít do kontaktu s uzemněným tělesem elektroinstalace (s kovovými konstrukčními částmi elektroinstalace, které nejsou běžně pod napětím) během uzavření fáze do krytu nebo země.

Uvažujme případ zkratu v elektrické síti nad 1 kV s účinně uzemněným neutrálem (s vysokými zemními poruchovými proudy, obr. 1). Elektrický obvod zahrnuje fázi napájecího transformátoru, vodič napájecího vodiče, tělo napájeného transformátoru, jeho uzemňovací zařízení, zem, zemnící zařízení napájecího transformátoru.

Rozložení potenciálu φ na zemském povrchu v zóně šíření proudu odpovídá obecně uznávanému kladnému směru pro proud Azz vstupující do země z uzemňovacího zařízení napájecího transformátoru. Zemní potenciál má největší kladnou hodnotu φmax v bodě umístěném nad jednou z centrálních elektrod zemnící elektrody.

Rýže. 1.Elektrické schéma zkratu k pouzdru v síti s napětím vyšším než 1 kV s účinným neutrálním uzemněním: 1 — výkonový transformátor; 2 — elektrický přijímač; 3 — zemnící vodič; 4 — zemnící elektroda; A – B a A „– B“ – aktuální rozptylové zóny; a, b — body možného současného kontaktu osoby s uzemněným krytem a zemí; b, b'- body v aktuální zóně šíření, na které může člověk současně stoupnout

Se vzdáleností od zemnící elektrody potenciál v zemi poměrně rychle klesá a ve vzdálenosti přibližně rovné 20 velkým úhlopříčkám obrysu uzemňovacího zařízení se stává méně než 2 % zemního potenciálu φmax. V takové vzdálenosti od zemnící elektrody je potenciál obvykle považován za nulový.

Podobně se mění potenciál v blízkosti uzemňovacího zařízení napájecího transformátoru. Ve vztahu k předpokládanému směru proudu je jeho potenciál považován za negativní.

Existují dvě hlavní nebezpečné situace, ve kterých může být člověk v oblasti proudového rozvodu pod napětím. První situace — člověk stojí na zemi v trafostanicích, rozvaděčích a dalších zařízeních a dotýká se kovových uzemněných částí elektroinstalace.

Ve skutečnosti jsou absolutní hodnoty potenciálů bodů na zemském povrchu v zóně šíření proudu, včetně φmax, vždy menší než hodnoty uzemněných kovových částí elektroinstalace, jejichž potenciál, pokud pomineme napětí pokles v horizontálních elektrodách komplexního uzemňovacího systému je φ vlna.

Když tedy člověk stojí v oblasti distribuce proudu, například v bodě b (obr.1) a nedotýká se uzemněného tělesa elektroinstalace, pak mezi tělesem (bod a na obr. 1) a bodem b tzv. dotykové napětíUdp, které lze považovat za napětí naprázdno aktivního dvou- koncová síť se známým vnitřním odporem (obr. 2), číselně rovným odporu proudu šířícího se ze dvou lidských nohou do země Rnp.

Rýže. 2. Podle definice Un: aab – body podle obrázku 1, kterých se člověk dotýká rukou (dlaní) a nohou (podrážkou)

Stojí-li člověk v bodě b"Dotyk bodu a, pak spadne pod dotykové napětí Up, rovné součinu proudu podle Ohmova zákona Azt projde, ale jeho tělo na odpor jeho těla RT: Un = Azt x RT.

Proud Azm se rovná poměru Udp k součtu odporů Rt a Rnp: Azt = Udp /(Rt +Rnp), Upp = (UdpNS RT)/(Rt + Rnp)

Význam RT/(Rt + Rnp) se obvykle označuje písmenem βp... Pak Upp = Udp x βp. všimněte si, že βp je vždy menší než jedna, a proto Up je menší než Udp.

Druhá nebezpečná situace souvisí s tím, že v oblasti šíření proudu člověk obvykle stojí nebo chodí tak, že jeho nohy jsou v bodech s různým potenciálem, například v bodech b a b' na obr. 1. Abychom charakterizovali druhou nebezpečnou situaci, zavedeme pojmy kroková napětí a kroková napětí.

Rýže. 3. Podle definice UNC: b, b'- body podle Obr. 1., na kterém osoba stojí.

Krokové napětí Udsh je potenciální rozdíl mezi dvěma body na zemi v oblasti distribuce proudu, na které může člověk současně šlápnout.

Analogicky s první nebezpečnou situací lze hodnotu Udsh interpretovat jako napětí naprázdno aktivní dvousvorkové sítě se známým vnitřním odporem (obr. 3). Když člověk stoupne na body, mezi kterými Udsh působil, odpor lidského těla Rtsh podél cesty „noha – noha“ je zahrnut do bipolárního okruhu.

V tomto případě je vnitřním odporem aktivní dvousvorkové sítě odpor skokového rozptylu proudu Rtsh, který lze zjednodušit jako součet dvou stejných odporů vůči proudu šířícímu se do země z každé lidské nohy.

Krokové napětí je definováno následovně: Uw = Azt x Rtsh.

Pojmy dotykový a krokový stres platí i pro zvířata. V tomto případě je dotykové napětí chápáno jako potenciální rozdíl mezi nosním zrcátkem nebo krkem a nohama a napětí na nohou je mezi předními a zadními nohami.

Hlavní charakteristiky, pomocí kterých je možné stanovit provozní a elektrické ochranné vlastnosti uzemňovacích zařízení, jsou odpor zemnící elektrody (Rz), dotykové napětí (Up) a skokové napětí (Ush) zjištěné během vypočtené sezóny při vypočítaná hodnota aktuálního Azz.

Hodnoty Up a Ush závisí na koeficientech charakteru proudového pole opouštějícího nohy člověka v zemi a odporu těla člověka, který je funkcí proudu procházejícího jeho tělem, a odporu. Rz . Proto, aby se vypočítat odpor uzemňovacího zařízení a dotyková a kroková napětí, je nutné umět vypočítat elektrická pole proudů opouštějících zemní elektrody v zemi.