Topraklama cihazlarının çalışma ve elektriksel koruma özellikleri

Topraklama cihazlarının ana çalışma işlevi, elektrik tesisatının canlı kısımlarını topraklanmış çerçeveye veya toprağa kapatmak için röle koruma devresinin çalışması için yeterli iletkenliği sağlamaktır.

Bu nedenle, topraklama cihazının en önemli elektriksel özelliği, topraklama iletkenliği Gzy veya onun ters değeri Rz - topraklama cihazının Rzy = Rs + Rzp'ye eşit direnci, burada Rz, topraklama elektrodundan yayılan akımın direncidir. toprak (topraklanmış elektrodun direnci), RZp — topraklama tellerinin direnci.

Topraklama elektrotundan toprağa yayılan bir akımın direnci, tüm akım yayılma bölgesi tarafından oluşturulur - topraklanmış elektrotun yüzeyinden başlayarak toprağın hacmi, akımın geçişi sırasında Азs olan elektrik potansiyeli φ zemin φ3'tür ve φ'nin pratik olarak sıfır olduğu bölgeye (sıfır potansiyel bölgesi).

Uyarınca Ohm Yasası topraklama direnci, topraklama elektroduna akım girişi noktasındaki düğümlerin potansiyelinin, topraklama elektrodunu toprakta bırakan akım Azz'ye oranına eşittir Rs = φsmax /Азс

Potansiyel φ dalgasının sayısal olarak topraklama elektrotunun Uz voltajına eşit olduğuna dikkat edin. Bu nedenle formül genellikle Rs = Uc /Azc şeklinde yazılır.

Topraklama cihazının elektriksel koruma işlevi, gerilimi, bir kişinin elektrik tesisatının topraklanmış gövdesiyle (elektrik tesisatının normalde enerji verilmeyen metal yapı parçalarıyla) temas edebileceği izin verilen sınırlara sınırlamayı içerir. fazın mahfazaya veya toprağa kapanması.

1 kV üzerinde bir elektrik şebekesinde kısa devre durumu düşünün etkili bir şekilde topraklanmış bir nötr ile (yüksek toprak arıza akımlarında, Şekil 1). Elektrik devresi, besleme transformatörünün fazını, besleme kablosunun iletkenini, tedarik edilen transformatörün gövdesini, topraklama cihazını, toprağı, besleme transformatörünün topraklama cihazını içerir.

Akım yayılma bölgesindeki toprak yüzeyi üzerindeki potansiyel φ dağılımı, besleme trafosunun topraklama cihazından toprağa giren Azz akımı için genel olarak kabul edilen pozitif yöne karşılık gelir. Toprak potansiyeli, topraklama elektrotunun merkezi elektrotlarından birinin üzerinde bulunan bir noktada en büyük pozitif değere φmax sahiptir.

Pirinç. 1.Etkili nötr topraklama ile 1 kV'dan daha yüksek bir gerilime sahip bir ağdaki mahfazaya kısa devrenin elektrik şeması: 1 - güç trafosu; 2 — elektrik alıcısı; 3 — topraklama kablosu; 4 — toprak elektrodu; A — B ve A ' — B' — mevcut dağılım bölgeleri; a, b - kişinin topraklanmış mahfaza ve zemin ile olası eşzamanlı temas noktaları; b, b'- geçerli yayılma bölgesinde, bir kişinin aynı anda adım atabileceği noktalar

Topraklama elektrotundan uzaklaştıkça, zemindeki potansiyel nispeten hızlı bir şekilde azalır ve topraklama cihazının konturunun yaklaşık 20 büyük köşegenine eşit bir mesafede, topraklama potansiyelinin φmax %2'sinden daha az olur. Topraklama elektrotundan böyle bir mesafede, potansiyel genellikle sıfır olarak kabul edilir.

Benzer şekilde, besleme trafosunun topraklama cihazının yanında potansiyel değişir. Akımın varsayılan yönü ile ilgili olarak, potansiyeli negatif olarak kabul edilir.

Akım dağıtım alanındaki bir kişinin enerjilenebileceği iki ana tehlikeli durum vardır. İlk durum — bir kişi trafo merkezlerinde, panolarda ve diğer cihazlarda yerde durur ve elektrik tesisatının metal topraklanmış kısımlarına dokunur.

Aslında, akım yayılma bölgesindeki dünya yüzeyindeki noktaların potansiyellerinin φmax dahil mutlak değerleri, voltajı göz ardı edersek potansiyeli olan elektrik tesisatının topraklanmış metal parçalarınınkinden her zaman daha azdır. karmaşık bir topraklama sisteminin yatay elektrotlarındaki düşüş, bir φ dalgasıdır.

Bu nedenle, bir kişi mevcut dağıtım alanında, örneğin b noktasında durduğunda (Şek.1) ve elektrik tesisatının topraklanmış gövdesine değmezse, o zaman gövde (Şekil 1'deki a noktası) ile b noktası arasında, aktif bir ikisinin açık devre gerilimi olarak kabul edilebilecek dokunma gerilimi Udp vardır. sayısal olarak iki insan ayağından toprağa yayılan bir akımın direncine eşit olan, bilinen bir iç dirence (Şekil 2) sahip terminal ağı Rnp.

Pirinç. 2. Tanım gereği Un: a ve b — şekil 1'e göre kişinin el (avuç içi) ve ayak (taban) ile dokunduğu noktalar

Bir kişi noktada duruyorsa b"Dokunma noktası a, o zaman Ohm yasasına göre akımın ürününe eşit olan bir dokunma geriliminin altına düşer. Azt x RT.

Akım Azm, Udp'nin Rt ve Rnp dirençlerinin toplamına oranına eşittir: Azt = Udp /(Rt +Rnp), Upp = (UdpNS RT)/(Rt + Rnp)

Anlamı RT/(Rt + Rnp) genellikle βp... harfi ile gösterilir. Sonra Upp = Udp x βp. βp'nin her zaman birden küçük olduğuna ve dolayısıyla Up'ın Udp'den küçük olduğuna dikkat edin.

İkinci tehlikeli durum, mevcut yayılma alanında, bir kişinin genellikle ayakları farklı potansiyellere sahip noktalarda, örneğin b ve b noktalarında olacak şekilde ayakta durması veya yürümesi gerçeğiyle ilgilidir. 1. İkinci tehlikeli durumu karakterize etmek için, adım gerilimleri ve adım gerilimleri kavramlarını tanıtıyoruz.

Pirinç. 3. UNC tanımına göre: b, b'- şek. 1. kişinin üzerinde durduğu yer.

Adım gerilimi Udsh, bir kişinin aynı anda adım atabileceği akım dağıtım alanında yerdeki iki nokta arasındaki potansiyel farktır.

Udsh değeri, birinci tehlikeli duruma benzetilerek, iç direnci bilinen aktif iki uçlu bir şebekenin açık devre gerilimi olarak yorumlanabilir (Şekil 3). Bir kişi, Udsh'nin hareket ettiği noktalara bastığında, insan vücudunun Rtsh direncinin "ayak - ayak" yolu boyunca iki kutuplu devreye dahil edilir.

Bu durumda, aktif iki uçlu bir ağın iç direnci, her bir insan bacağından toprağa yayılan akıma karşı iki özdeş direncin toplamı olarak basitleştirilebilen kademeli akım dağıtma direnci Rtsh'dir.

Kademe gerilimi şu şekilde tanımlanır: Uw = Azt x Rtsh.

Dokunma ve adım stresi kavramları hayvanlar için de geçerlidir. Bu durumda dokunma gerilimi burun aynası veya boyun ile bacaklar arasındaki potansiyel fark, ayak gerilimi ise ön ve arka bacaklar arasındaki gerilim olarak anlaşılır.

Topraklama cihazlarının operasyonel ve elektriksel koruma niteliklerini belirlemenin mümkün olduğu ana özellikler, topraklama elektrodunun direnci (Rz), dokunma voltajı (Up) ve hesaplanan mevsim boyunca bulunan adım voltajıdır (Ush). mevcut Azz'nin hesaplanan değeri.

Up ve Ush değerleri kişinin ayaklarını yerde bırakan akım alanının karakterinin katsayılarına ve kişinin vücudundan geçen akımın bir fonksiyonu olan vücudunun direncine ve direncine bağlıdır. Rz. Bu nedenle, topraklama cihazının direncini hesaplayın ve dokunma ve adım gerilimleri için, toprak elektrotlarını toprakta bırakan akımların elektrik alanlarını hesaplayabilmek gerekir.