bjd
.pdf
Rз - сопротивление защитного заземлителя.
Внормальном режиме работы токов не возникает.
Ваварийной ситуации изоляция уменьшается.
Iз потечет на 2 другие фазы.
Между фазой и землей в симметрич. работе напряжение фазовое.
~
~
~
Zиз
Zиз
Zиз
Rз
Rh
Напряжение корпуса электроприбора без заземления в аварийной ситуации при пробое равно Uфазы,
т.е. прикосновение к корпусу человеком аналогично прикосновению к фазному проводу.
Ток через тело человека можно рассчитать через формулы (*1), (*2), (*3), (*4)
При наличии заземления напряжение корпуса электроприбора относительно земли будет равно падению напряжения на сопротивление заземлителя (Rз).
с заземлением |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uк = Iз · |
Rз |
|
|
|
|
|
|
|
|
Uк < Uф |
т.к. это часть ЭДС и оно < 220В по з-ну Кирхгофа ΣЭДС = Σпаден. напряж. |
||||||||
Rз ≤ 4 Ом (в цепи 380/220В). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
= |
U k |
= |
I з × Rз |
|
|
||
Ток через заземлитель определяется по формуле |
|
|
|
||||||
h |
|
|
|||||||
|
: |
|
|
Rh |
|
Rh |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
7.Явление при стекании тока в землю с полусферического заземлителя. Аналитические выражения для потенциала заземлителя, напряжения прикосновения, напряжения шага. Сопротивление заземлителя растеканию тока?
Потенциал и сопротивление заземлителей.
Рассмотрим методику определения распределения потенциала в зоне растекания тока с заземленного корпуса и сопротивления заземлителя на примере полусферического заземлителя (считаем грунт однородным, а значит растекание тока замыкания равномерным по радиальным направлениям).
В грунте под воздействием растекающегося тока создается электрическое поле с напряженностью Е. Плотность тока δ (дельта) убывает по мере роста диаметра полусферы
δ = |
I3 |
|
|
2π(r + x) |
2 |
||
|
Рис.16.
Напряженность электрического поля определяется по выражению:
E = |
dU |
E = ρδ = ρ |
I3 |
|
∞ |
|
|
dφ = Edx φx = ∫ Edx; |
|||||
|
; |
|
; |
|||
|
2π(r + x)2 |
|||||
|
dx |
|
|
r + x |
||
∞∞
φx = ∫ dU = ∫ Edx
|
x |
x |
||
Потенциал земли равен φx = |
I3 |
ρ |
, (17) |
|
2π(r |
+ x) |
|||
|
|
|||
т.е. он убывает по гиперболическому закону с увеличением расстояния x.
Из анализа зависимости φx (x) следует:
-при x → ∞ φx → 0 . (зоной нулевого потенциала называется участок земли, где ϕ малозаметен - x ³ 20м);
-при x ® 0 , φx → φmax = φ3
U3 = φ3 − 0 = I3 ρ , (18) 2πr
Напряжение зз. называется падение напряжения на сопротивлении земли между зз. и зоной нулевого потенциала. Сопротивлением заземления называется сопротивление земли возле зз:
R = |
U3 |
= |
ρ |
, (19) |
|
|
|||
3 |
I3 |
|
2πr |
|
|
|
|||
Сопротивление зз. зависит от ρ грунта, формы зз. и его размеров.
Приближенные значения ρ |
Электрическое со- |
||
Вода, грунт |
|
ρ, Ом м |
противление грунта |
|
|||
|
характеризуется его |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Морская вода |
|
0,2 - 1 |
объемным удельным |
Речная вода |
|
10 - 100 |
сопротивлением ρ, т.е. |
|
сопротивлением куба |
||
|
|
8 - 70 |
|
Глина |
|
грунта с ребром длиной |
|
|
|
|
|
Суглинок |
|
40 - 150 |
1м или 1см. единица |
Песок |
|
400 - 700 |
ρ- 1Омм |
|
|
||
Каменистый |
|
500 - 800 |
|
|
|
|
|
При расчете зз. ρ измеряют на месте их сооружения.
|
Сопротивление одиночных заземлителей. |
|||||||||||
|
В качестве таких зз. применяют : |
|
|
|
|
|||||||
а) |
вертикальные электроды длинной l = 3 ÷10м, |
диметром d = 0,012 ÷ 0,02 |
||||||||||
|
(трубы при l ³ 50d ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Rз.в. » |
ρ |
ln |
4l |
; (при l ³ 50d ), |
(20) |
|||||
|
|
2πl |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
б) |
горизонтальные |
полосы, |
их |
закладывают в траншеи глубиной |
||||||||
|
t = 0,5 ÷ 0,8м; L – |
длина полосы; b - ширина |
|
|||||||||
|
|
Rз.п. |
≈ |
|
ρ |
|
ln |
2L2 |
, (21) |
|
||
|
|
2πL |
bt |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Проектирование зз. по допустимому Rз .
На заданной площади подбирают и рассчитывают конструкцию зз. (размеры и число электродов) таким образом, чтобы выполнялось неравенство:
Rз ≤ Rз.доп, (основное расчетное уравнение), (22)
Применяются следующие конструкции зз.:
1. |
|
|
Rз.доп |
|
|
|
|||
|
≤ 1000В |
|
> 1000В |
|
|
|
|||
|
≤ 100кВА |
> 100 |
Зазем. |
|
|
|
|
||
|
|
|
нетрл. |
|
|
|
|
||
|
10Ом |
4Ом |
0,5Ом |
|
250 |
≤ 10 |
|
125 |
≤ 10 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
I3 |
|
I3 |
||
а) |
б) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.17. Контур (а) и сетка (б) с вертикальными электродами.
|
R |
|
= |
|
0,42ρ |
+ |
|
ρ |
, (23) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
L + nl |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
з |
S + l + t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где S – |
площадь зз.; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l, n – длина и число вертикальных электродов; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
L – |
общая длина горизонтальных полос; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
t – |
глубина из заложения в землю. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ρ |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rз = |
KB ln |
2L |
, (24) , |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2πL |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
bt |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
|
KB = f (l |
|
L , a l) |
- |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
коэффициент, |
|
|
учитывающий |
||||||||
Рис.18. Полоса с вертикальными |
|
снижение |
|
Rз |
|
за |
счет |
|||||||||||||
электродами. |
|
|
|
|
|
|
|
вертикальных электродов. |
|
|||||||||||
3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R з= |
|
R |
з.в. |
, (25) |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n × η |
|
|
|
|
||
где R з.в. - сопротивление одного
вертикального заземлителя (по
Рис.19. Вертикальные электроды без 20); полосы связи в земле.
n – число в.з.
η = f (a
l , n) - коэффициенты использования вертикальных электродов; учитывает
явление взаимного экранирования полей при растекании тока с электродов.
Напряжение прикосновения и шага.
U пр - это разность потенциалов двух точек цепи тока, которых одновременно касается человек.
Рис.20. К определению U пр и U ш в зоне полусферического зз.
U |
пр |
= φ |
− φ |
x |
= |
I3 ρ |
( |
1 |
− |
|
1 |
), (26) |
|
|
|
|
|||||||||
|
3 |
|
|
2π |
|
r |
|
r |
+ x |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
В сложных зз. U пр определяется как часть φ3 : |
|
|
||||||||||
где αпр = f (S, L, l, t, ρ,..) ≤ 1 |
U пр = αпрφ3 |
|
|
|||||||||
- |
|
коэффициент |
(еще b,d,x) напряжения |
|||||||||
прикосновения определяется из таблиц(он учитывает форму потенциальной кривой).
Напряжением шага называется разность потенциалов двух точек в местах опоры ступеней ног.
Uш = φx − φx + a = |
I3 ρ |
( |
1 |
− |
1 |
), (27) |
|
r + x |
r + x + a |
||||
|
2π |
|
|
|||
где a = 0,8 ÷1м - длина шага.
Напряжение прикосновения и напряжение шага.
Напряжение прикосновения - это разность потенциалов 2-х точек цепи тока, которых одновременно касается человек.
|
• |
• |
• |
|
|
|
|
|
распределение потенциала вблизи заземлителя. |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
• |
• |
• |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
Uпр - напряжение прикосновения; |
|
|
|
|
||||
• |
|
|
• |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
Uпр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
потенциал корпуса: |
ϕk ® ϕmax |
= |
I з × ρ |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
• |
|
r |
• |
|
|
|
2πr |
|||||||
|
|
А |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Если человек находится на большом расстоянии, то напряжение прикосновения Uпр = φmax 1. Напряжение не постоянно;
2.зависит от того в какой точке находится человек;
3.Чем дальше человек от заземлителя, тем напряжение прикосновения больше;
4.Напряжение прикосновения Uпр max в зоне нулевого потенциала и равно напряжению корпуса φmax.
|
U |
|
= |
I з × ρ |
( |
1 |
- |
1 |
) |
Напряжение прикосновения: |
пр |
2π |
|
|
|||||
|
|
|
|
r x + r |
|
||||
Напряжение шага - это разность потенциалов 2-х точек земли, которых одновременно касается человек.
|
• |
• |
• |
|
|
|
Напряжение шага: |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
• |
• |
• |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U ш |
= |
I з × ρ |
( |
1 |
- |
1 |
) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
2π |
|
|
|||||||||
• Iз |
|
|
• |
|
|
|
|
r + a r + a + b |
|
||||||
|
|
Uш |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
а • |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
• |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
• |
|
r |
• • • |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|||
1-я точка на расстоянии a от заземлителя; |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
2-я точка на расстоянии b от т.а; |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Чем меньше длина шага, тем напряжение меньше.
Напряжение прикосновения и напряжение шага.
Uпр (напряжение прикосновения) – разность потенциалов двух точек цепи тока, которых одновременно касается человек.
|
|
|
|
|
|
|
= ϕmax − ϕx |
= |
ρIç |
− |
|
ρIç |
= |
ρIç |
1 |
− |
1 |
= |
||||||||||||||
|
|
|
|
Uïð |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
ρ |
ç |
|
+ |
|
− |
|
|
= |
ρ |
2πr 2π(r + x) |
|
2π r |
|
r + x |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
ç |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
I |
r |
|
|
x |
|
r |
|
|
I |
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
r(r + x) |
|
|
|
|
|
r(r + x) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
2π |
|
|
2π |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
Uïðmax = ϕmax − ϕ0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
→0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Напряжение шага |
– |
разность |
|
потенциалов двух |
точек |
земли, которых одновременно |
||||||||||||||||||||||||||
|
= |
ρIç |
1 |
|
− |
|
|
1 |
|
|
|
. При приближение к заземлителю Uш увеличивается и |
||||||||||||||||||||
касается человек Uø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
2π r |
+ a |
|
r + a + b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
опасность растёт.
8. Методы контроля изоляции. Электрические схемы непрерывного контроля изоляции.
Контроль изоляции.
Существует 2 вида:
1.Периодический;
2.Постоянный (непрерывный).
Для контроля применяют:
1.Измерение Rиз в отключенной установке один раз в год, а также вне очереди при обнаружения дефектов и после ремонта.
Rиз ³ Rиз.доп
2.Испытание повышенным напряжением в отключенной установке, т.е. испытывают эл. прочность изоляции (способность выдерживать рабочее напряжение) и выявляют дефекты.
Uисп = 2 ÷ 3U ном в течении 1 минуты
3.Непрерывный контроль и измерение Rиз без отключения рабочего напряжения.
а) Метод 3-х вольтметров.
Рис.10.
Всеть между каждой фазой и землей включают вольтметры с большим омическим сопротивлением. Способ наиболее простой, но имеет недостатки:
∙схема не реагирует на симметричное снижение Rиз всех фаз;
∙на показания вольтметров оказывают влияние емкостные составляющие сопротивлений изоляции.
б) Метод наложения оперативного тока на рабочий.
Рис.11.
Ток утечки зависит от состояния изоляции I ут = f (Rиз )
Преимущества: схема реагирует на симметричное и несимметричное снижение Rиз ; имеется сигнализация о предельно – допустимом снижении Rиз ; входное сопротивление схемы высокое, что обеспечивает надежность.
9.Виды изоляции, нормирование ее сопротивления. Понятие критического сопротивления изоляции.
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rиз1 = Rиз2 = Rиз3 = Rиз |
сопротивление изоляции. |
|
|||||||||
С - емкость пров. относительно земли, активное С → 0. |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I h = |
3U ф |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3Rh + Rиз |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
χ |
|
= |
1 |
|
|
|
χ - емкостное сопротивление. |
0 |
ωC |
|
С → 0; χ0 → ∞. |
|||||||
|
|
|
|||||||||
из анализа выражения следует: |
|
|
|
|
|
|
|||||
Ih |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ih (Rиз) |
безопасность снижается; |
|
||||||||
Rиз
Допустимое сопротивление изоляции 0,5МОм
Критическое сопротивление изоляции Rиз.кр. определяется из расчета длительно допустимого (>1с) тока через человека Ih=6 мА по формуле:
|
|
|
|
|
Для сети 380/220 В и Rh=1000 Ом 6 ×10−3 = |
3 × 220 |
имеем: |
|
|
|
3U |
|
|
||||
I h |
= |
ф |
|
3 ×1000 + Rиз.кр. |
||||
|
|
|
Rиз.кр ≥ 107 кОм |
|
||||
|
|
|
|
|
||||
3Rh |
+ Rиз |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ih,
Rиз.кр.
6
Rиз, кОм
10
2.
С1 = С2 = С3 = С
активное сопротивление высокое, Rиз → ∞. Rh = 1000 (Ом) сопротивление тела человека.
I h = |
|
3U |
ф |
|
|
|
|
(*3) |
приведена для расчета Ih когда |
|
|
|
|
|
|
|
|
учитывается и емкостное и активное сопротивления. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
9Rh2 + ( |
|
1 |
)2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
ωC |
|
|
||||
Ih
Ih (С) |
за счет повышения, увелич. емкости |
|
безопасность человека увеличивается |
||
|
С
I h |
= |
U |
ф |
× |
|
1 |
|
(*4) |
Rh |
|
Rиз (6Rh + Rиз ) |
||||||
|
|
1 |
+ |
|
||||
|
|
|
|
9Rh2 (1 + Rиз2 |
ω2С |
2 |
||
|
|
|
|
|
|
|||
10. Зануление: определение, область применения, защитная функция, принцип действия, условия эффективности, требование к занулению, электрическая схема.
Зануление.
Зануление применяют в сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000В.
Назначение зануления - устранение опасности поражения током в случае прикосновения к металлическим нетоковедущим частям, оказывающимся под напряжением.
Принцип действия защиты занулением заключается в автоматическом отключении поврежденного участка и одновременно – в снижении φ3
корпуса на время, пока не сработает отключающий аппарат (max токовая защита).
Рис.23. Схема зануления а) принципиальная; б) замещения.
Основные требования к занулению – обеспечить надежное и быстрое
(доли секунды) срабатывание защиты для отключения поврежденного оборудования. Для этого необходимо обеспечить условие:
Iк.з. ³ k × Iном ,
где Iном - номинальный ток плавного предохранителя или ток установки
(срабатывания) автоматического отключения аппарата; k – коэффициент надежности срабатывания.
Нормирование зануления (ГОСТ 12.1.030 - 81):
а) Сопротивление нулевого проводника
Zн.п. ≤ 2Zф,
б) сопротивление рабочего заземлителя
R0 ≤ 2 − 4 − 8Ом, (при Uном = 660 − 380 − 220В соответственно)
в) коэффициент надежности:
- для плавких выключателей k ³ 3 ;