Betriebs- und elektrische Schutzeigenschaften von Erdungsgeräten
Die Hauptbetriebsfunktion von Erdungsgeräten besteht darin, eine ausreichende Leitfähigkeit für den Betrieb der Relaisschutzschaltung bereitzustellen, um die stromführenden Teile der Elektroinstallation mit dem geerdeten Rahmen oder der Erde zu verbinden.
Daher ist die wichtigste elektrische Eigenschaft des Erdungsgeräts die Erdungsleitfähigkeit Gzy oder sein Umkehrwert Rz – Widerstand des Erdungsgeräts gleich Rzy = Rs + Rzp, wobei Rz der Widerstand des Stroms ist, der sich von der Erdungselektrode zur Erdungselektrode ausbreitet Erde (Widerstand der geerdeten Elektrode), RZp – Widerstand der Erdungsdrähte.
Der Widerstand eines Stroms, der sich von der Erdungselektrode in den Boden ausbreitet, wird durch die gesamte Stromausbreitungszone gebildet – das Volumen des Erdbodens, ausgehend von der Oberfläche der geerdeten Elektrode, das elektrische Potenzial φ, das beim Stromdurchgang entsteht Азs in der Boden ist φ3, und zu der Zone, in der φ praktisch Null ist (Zone mit Nullpotential).
In Übereinstimmung mit Ohm'sches Gesetz Der Erdungswiderstand ist gleich dem Verhältnis des Potentials der Knoten am Punkt der Stromeinleitung zur Erdungselektrode zum Strom Azz, der die Erdungselektrode im Boden verlässt Rs = φsmax /Азс
Beachten Sie, dass das Wellenpotential φ numerisch gleich der Spannung der Erdungselektrode Uz ist. Daher wird die Formel normalerweise in der Form Rs = Uc /Azc geschrieben
Die elektrische Schutzfunktion der Erdungsvorrichtung besteht darin, die Spannung auf die zulässigen Grenzen zu begrenzen, bei denen eine Person während des Betriebs mit dem geerdeten Körper der Elektroinstallation (mit den normalerweise nicht stromführenden Metallbauteilen der Elektroinstallation) in Kontakt kommen kann das Schließen der Phase zum Gehäuse oder zur Erde.
Stellen Sie sich einen Kurzschluss in einem Stromnetz über 1 kV vor mit einem effektiv geerdeten Neutralleiter (bei hohen Erdschlussströmen, Abb. 1). Der Stromkreis umfasst die Phase des Versorgungstransformators, den Leiter des Versorgungskabels, den Körper des versorgten Transformators, seine Erdungsvorrichtung, die Erde, die Erdungsvorrichtung des Versorgungstransformators.
Eine Verteilung des Potentials φ auf der Erdoberfläche in der Stromausbreitungszone entspricht der allgemein anerkannten positiven Richtung für den von der Erdungsvorrichtung des Versorgungstransformators in die Erde eintretenden Strom Azz. Das Erdpotential hat den größten positiven Wert φmax an einem Punkt oberhalb einer der Mittelelektroden der Erdungselektrode.
Reis. 1.Elektrischer Schaltplan eines Kurzschlusses zum Gehäuse in einem Netz mit einer Spannung über 1 kV mit effektiver Neutralleitererdung: 1 – Leistungstransformator; 2 – elektrischer Empfänger; 3 – Erdungskabel; 4 – Erdungselektrode; A — B und A ' — B' — aktuelle Ausbreitungszonen; a, b – Punkte möglichen gleichzeitigen Kontakts der Person mit dem geerdeten Gehäuse und dem Boden; b, b'- Punkte in der aktuellen Ausbreitungszone, die eine Person gleichzeitig betreten kann
Mit zunehmender Entfernung von der Erdungselektrode nimmt das Potenzial im Boden relativ schnell ab und beträgt bei einem Abstand von etwa 20 großen Diagonalen der Kontur des Erdungsgeräts weniger als 2 % des Erdungspotenzials φmax. In einem solchen Abstand von der Erdungselektrode wird das Potenzial normalerweise als Null angesehen.
Ebenso ändert sich das Potenzial in der Nähe der Erdungsvorrichtung des Versorgungstransformators. Bezogen auf die angenommene Richtung des Stroms gilt sein Potenzial als negativ.
Es gibt zwei Hauptgefahrensituationen, in denen eine Person im Bereich der Stromverteilung unter Strom geraten kann. Die erste Situation: Eine Person steht in Umspannwerken, Schalttafeln und anderen Geräten auf dem Boden und berührt die geerdeten Metallteile der Elektroinstallation.
Tatsächlich sind die Absolutwerte der Potentiale der Punkte auf der Erdoberfläche in der Stromausbreitungszone, einschließlich φmax, immer kleiner als die der geerdeten Metallteile der Elektroinstallation, deren Potential, wenn wir die Spannung außer Acht lassen Der Tropfen in den horizontalen Elektroden eines komplexen Erdungssystems ist eine φ-Welle.
Wenn also eine Person im Bereich der Stromverteilung steht, beispielsweise am Punkt b (Abb.1) und den geerdeten Körper der Elektroinstallation nicht berührt, dann liegt zwischen dem Körper (Punkt a in Abb. 1) und Punkt b die sogenannte BerührungsspannungUdp, die als Leerlaufspannung eines aktiven Zwei- Terminalnetzwerk mit einem bekannten Innenwiderstand (Abb. 2), numerisch gleich dem Widerstand eines Stroms, der sich von zwei menschlichen Füßen in den Boden ausbreitet Rnp.
Reis. 2. Per Definition Un: a und b – Punkte gemäß Abbildung 1, die eine Person mit der Hand (Handfläche) und dem Fuß (Sohle) berührt.
Wenn eine Person am Punkt B steht und Punkt A berührt, dann fällt sie unter eine Berührungsspannung Up, gleich dem Produkt des Stroms nach dem Ohmschen Gesetz Azt, der durch seinen Körper fließt, jedoch auf dem Widerstand seines Körpers RT: Un = Azt x RT.
Der Strom Azm ist gleich dem Verhältnis Udp zur Summe der Widerstände Rt und Rnp: Azt = Udp /(Rt +Rnp), Upp = (UdpNS RT)/(Rt + Rnp)
Bedeutung RT/(Rt + Rnp) wird normalerweise mit dem Buchstaben bezeichnet βp... Dann Upp = Udp x βp. Beachten Sie, dass βp immer kleiner als eins ist und daher Up kleiner als Udp ist.
Die zweite gefährliche Situation hängt mit der Tatsache zusammen, dass eine Person im Bereich der Stromausbreitung normalerweise so steht oder geht, dass sich ihre Füße an Punkten mit unterschiedlichen Potenzialen befinden, beispielsweise an den Punkten b und b' in Abb. 1. Zur Charakterisierung der zweiten Gefahrensituation führen wir die Begriffe Stufenspannungen und Stufenspannungen ein.
Reis. 3. Gemäß UNC-Definition: b, b'- Punkte gemäß Abb. 1., auf dem die Person steht.
Die Schrittspannung Udsh ist die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten auf dem Boden im Bereich der Stromverteilung, auf die eine Person gleichzeitig treten kann.
Analog zur ersten Gefahrensituation kann der Udsh-Wert als Leerlaufspannung eines aktiven Zweipolnetzes mit bekanntem Innenwiderstand interpretiert werden (Abb. 3). Wenn eine Person auf die Punkte tritt, zwischen denen Udsh wirkte, wird der Widerstand des menschlichen Körpers Rtsh entlang des Weges „Fuß – Fuß“ in den bipolaren Schaltkreis einbezogen.
In diesem Fall ist der Innenwiderstand eines aktiven Netzwerks mit zwei Anschlüssen der Stufenstromverlustwiderstand Rtsh, der vereinfacht als die Summe zweier identischer Widerstände gegen den Strom dargestellt werden kann, der sich von jedem menschlichen Bein zum Boden ausbreitet.
Die Stufenspannung ist wie folgt definiert: Uw = Azt x Rtsh.
Die Konzepte des Berührungs- und Schrittstresses gelten auch für Tiere. Unter Berührungsspannung versteht man dabei die Potentialdifferenz zwischen Nasenspiegel bzw. Hals und Beinen, unter Fußspannung zwischen Vorder- und Hinterbeinen.
Die Hauptmerkmale, anhand derer die betrieblichen und elektrischen Schutzeigenschaften von Erdungsgeräten ermittelt werden können, sind der Widerstand der Erdungselektrode (Rz), die Berührungsspannung (Up) und die Stufenspannung (Ush), die während der berechneten Jahreszeit gefunden werden der berechnete Wert des aktuellen Azz.
Die Werte von Up und Ush hängen von den Koeffizienten des Charakters des Stromfeldes ab, das die Füße der Person im Boden verlässt, und vom Widerstand des Körpers der Person, der eine Funktion des durch ihren Körper fließenden Stroms und des Widerstands ist Rz. Deshalb, um Berechnen Sie den Widerstand des Erdungsgeräts und Berührungs- und Schrittspannungen ist es notwendig, die elektrischen Felder der Ströme berechnen zu können, die die Erdungselektroden im Boden verlassen.