Đặc tính vận hành và bảo vệ điện của thiết bị nối đất

Chức năng vận hành chính của các thiết bị nối đất là cung cấp đủ độ dẫn điện cho hoạt động của mạch bảo vệ rơle để đóng các bộ phận mang điện của hệ thống lắp đặt điện vào khung hoặc mặt đất được nối đất.

Do đó, đặc tính điện quan trọng nhất của thiết bị nối đất là độ dẫn điện nối đất Gzy hoặc giá trị nghịch đảo của nó Rz — điện trở của thiết bị nối đất bằng Rzy = Rs + Rzp, trong đó Rz là điện trở của dòng điện truyền từ điện cực nối đất đến điện cực nối đất. đất (điện trở của điện cực nối đất), RZp — điện trở của dây nối đất.

Điện trở của dòng điện truyền từ điện cực nối đất xuống đất được hình thành bởi toàn bộ vùng truyền dòng điện - thể tích của mặt đất, bắt đầu từ bề mặt của điện cực nối đất, điện thế φ mà trong quá trình dòng điện Аз đi qua mặt đất là φ3, và đến vùng mà φ thực tế bằng 0 (vùng không có điện thế).

phù hợp với Định luật Ohm điện trở nối đất bằng tỷ số giữa điện thế của các nút tại điểm đưa dòng điện vào điện cực nối đất với dòng điện Azz rời khỏi điện cực nối đất Rs = φsmax /Азс

Lưu ý rằng điện thế sóng φ bằng số với điện áp của điện cực nối đất Uz. Do đó, công thức thường được viết dưới dạng Rs = Uc /Azc

Chức năng bảo vệ điện của thiết bị nối đất bao gồm giới hạn điện áp ở giới hạn cho phép mà tại đó một người có thể tiếp xúc với phần tiếp đất của hệ thống lắp đặt điện (với các bộ phận kết cấu kim loại của hệ thống lắp đặt điện thường không được cấp điện) trong quá trình việc đóng pha với vỏ bọc hoặc mặt đất.

Xét trường hợp ngắn mạch trong mạng điện trên 1 kV với trung tính nối đất hiệu quả (với dòng sự cố chạm đất cao, Hình 1). Mạch điện bao gồm pha của máy biến áp nguồn, dây dẫn của dây nguồn, thân của máy biến áp được cung cấp, thiết bị nối đất, đất, thiết bị nối đất của máy biến áp nguồn.

Sự phân bố điện thế φ trên bề mặt trái đất trong vùng lan truyền dòng điện tương ứng với chiều dương được chấp nhận chung đối với dòng điện Azz đi vào trái đất từ ​​thiết bị nối đất của máy biến áp nguồn. Điện thế đất có giá trị dương lớn nhất φmax tại điểm nằm phía trên một trong các điện cực trung tâm của điện cực nối đất.

Cơm. 1.Sơ đồ điện ngắn mạch đến vỏ trong mạng có điện áp cao hơn 1 kV với nối đất trung tính hiệu quả: 1 — máy biến áp; 2 — máy thu điện; 3 — dây nối đất; 4 — điện cực nối đất; A — B và A ' — B' — vùng phân tán hiện tại; a, b — các điểm có thể tiếp xúc đồng thời của người với vỏ nối đất và mặt đất; b, b'- điểm trong vùng lan truyền hiện tại, trên đó một người có thể đồng thời bước

Với khoảng cách từ điện cực nối đất, điện thế trong đất giảm tương đối nhanh và ở khoảng cách xấp xỉ bằng 20 đường chéo lớn của đường viền của thiết bị nối đất, nó trở nên nhỏ hơn 2% so với điện thế nối đất φmax. Ở khoảng cách như vậy từ điện cực nối đất, điện thế thường được coi là bằng không.

Tương tự, điện thế thay đổi gần thiết bị nối đất của máy biến áp nguồn. Liên quan đến hướng giả định của dòng điện, điện thế của nó được coi là âm.

Có hai tình huống nguy hiểm chính trong đó một người trong khu vực phân phối hiện tại có thể được cung cấp năng lượng. Tình huống đầu tiên — một người đứng trên mặt đất trong các trạm biến áp, bảng điện và các thiết bị khác và chạm vào các bộ phận nối đất bằng kim loại của hệ thống điện.

Trên thực tế, giá trị tuyệt đối của điện thế của các điểm trên bề mặt trái đất trong vùng lan truyền dòng điện, bao gồm φmax, luôn nhỏ hơn giá trị tuyệt đối của các bộ phận kim loại được nối đất của hệ thống lắp đặt điện, có điện thế, nếu chúng ta bỏ qua điện áp sự sụt giảm trong các điện cực nằm ngang của một hệ thống nối đất phức tạp, là sóng φ.

Do đó, khi một người đứng trong khu vực phân phối hiện tại, chẳng hạn như tại điểm b (Hình.1) và không chạm vào phần tiếp đất của hệ thống lắp đặt điện, thì giữa phần thân (điểm a trong Hình 1) và điểm b có cái gọi là điện áp chạmUdp, có thể được coi là điện áp mạch hở của hai- mạng đầu cuối có điện trở trong đã biết (Hình 2), bằng số với điện trở của dòng điện truyền từ hai bàn chân người xuống đất Rnp.

Cơm. 2. Theo định nghĩa Un: a và b — các điểm theo hình 1 mà một người chạm vào bằng tay (lòng bàn tay) và bàn chân (lòng bàn chân)

Nếu một người đang đứng ở điểm b"Chạm vào điểm a, thì anh ta chịu một hiệu điện thế tiếp xúc Lên, bằng tích của dòng điện theo định luật Ohm Azt đi qua, nhưng cơ thể anh ta, trên điện trở của cơ thể anh ta RT: Un = Azt x RT.

Azm hiện tại bằng tỷ số Udp với tổng các điện trở Rt và Rnp: Azt = Udp /(Rt +Rnp), Upp = (UdpNS RT)/(Rt + Rnp)

Nghĩa là RT/(Rt + Rnp) thường được ký hiệu bằng chữ cái βp... Khi đó Upp = Udp x βp. lưu ý rằng βp luôn nhỏ hơn một và do đó Up nhỏ hơn Udp.

Tình huống nguy hiểm thứ hai liên quan đến thực tế là trong khu vực truyền dòng điện, một người thường đứng hoặc đi sao cho chân của anh ta ở các điểm có điện thế khác nhau, ví dụ, tại các điểm b và b' trong hình. 1. Để mô tả tình huống nguy hiểm thứ hai, chúng tôi giới thiệu các khái niệm về điện áp bước và điện áp bước.

Cơm. 3. Theo định nghĩa của UNC: b, b'- điểm theo hình. 1., trên đó người đứng.

Điện áp bước Udsh là hiệu điện thế giữa hai điểm trên mặt đất trong vùng phân bố dòng điện mà một người có thể bước đồng thời trên đó.

Tương tự với tình huống nguy hiểm đầu tiên, giá trị Udsh có thể được hiểu là điện áp mạch hở của mạng hai cực đang hoạt động với điện trở trong đã biết (Hình 3). Khi một người bước vào các điểm mà Udsh tác động, điện trở của cơ thể con người Rtsh dọc theo con đường "chân - chân" được đưa vào mạch lưỡng cực.

Trong trường hợp này, điện trở trong của mạng hai cực đang hoạt động là điện trở phân tán dòng điện bước Rtsh, có thể được đơn giản hóa thành tổng của hai điện trở giống hệt nhau đối với dòng điện truyền xuống đất từ ​​mỗi chân người.

Điện áp bước được định nghĩa như sau: Uw = Azt x Rtsh.

Các khái niệm về ứng suất tiếp xúc và bước đi cũng áp dụng cho động vật. Trong trường hợp này, điện áp cảm ứng được hiểu là hiệu điện thế giữa gương mũi hoặc cổ và chân, còn điện áp chân là giữa chân trước và chân sau.

Các đặc điểm chính có thể thiết lập chất lượng hoạt động và bảo vệ điện của các thiết bị nối đất là điện trở của điện cực nối đất (Rz), điện áp tiếp xúc (Lên) và điện áp bước (Ush) được tìm thấy trong mùa tính toán tại giá trị tính toán của Azz hiện tại.

Các giá trị của Up và Ush phụ thuộc vào các hệ số của đặc tính của trường hiện tại để lại chân của một người trên mặt đất và điện trở của cơ thể người đó, là một chức năng của dòng điện đi qua cơ thể anh ta và điện trở Rz. Vì vậy, để tính toán điện trở của thiết bị nối đất và điện áp tiếp xúc và điện áp bước, cần có khả năng tính toán điện trường của dòng điện rời khỏi các điện cực đất trong lòng đất.