Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Підручник №1.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.05.2025
Размер:
3.37 Mб
Скачать

3.5.8. Земля як елемент електричної мережі. Напруга кроку

При обриві проводів ПЛЕП і їх контакті з землею, пробої кабель1

них ліній на землю, замиканні на неструмовідні елементи елек1

троустановок, що мають контакт з

землею, доторканні людини, яка

стоїть на землі, до струмовідних

частин під напругою тощо земля

стає елементом електричної мере1

жі замикання на землю.

Структурні елементі можливої

мережі замикання на землю та

послідовність включення цих еле1

ментів в мережу будуть розглянуті

нижче (див. 3.5.9). Але в усіх пере1

рахованих випадках в мережах

замикання на землю обов’язковим

є структурний елемент «земля».

Земля є специфічним провід1

ником електричного струму —

неоднорідним і нелінійним зі

змінною площею поперечного

перерізу. Тому при проходженні

328

A

dx

r x

0

x x

ϕõϕç r

x

ϕç

ϕ

Рис. 3.3. Розподіл потенціалів

на поверхні землі навколо

напівсферичного заземлювача

x x

329

струму по землі на її поверхні виникає специфічне поле потенціалів,

характер якого визначається конструкцією заземлювача, властивостя1

ми грунту тощо.

Більш детально зупинемось на явищі протікання струму в землі

для напівсферичного заземлювача, який знаходиться на поверхні

землі (рис. 3.3)

Для такого заземлювача за умови однорідності і електричної ізо1

тропності грунту можна вважати, що струм у всіх напрямках буде роз1

тікатися рівномірно — як показано стрілками на рисунку, і буде дорів1

нювати І3. Виділимо на відстані х від центру заземлювача елемент

напівсферічної форми, товщина якого dx. Падіння напруги на цьому

елементі dU при проходженні струму Iз визначиться за формулою

,

2 x2

dx

dU Iç

= (3.1)

тобто буде дорівнювати добутку струму на опір,

де — питомий опір землі, Омм;

dx — товщина виділеного шару землі або довжина провідника;

2X2 — площа поперечного перерізу провідника.

Потенціал ϕА в точці А на поверхні землі відносно нульового

потенціалу землі або падіння напруги на поверхні землі від точки А

до нескінченості визначиться як

,

2 2 2 x

I

x

dx

dU I

x

ç

x

A ç

ϕ∫

∞∞

= = = (3.2)

Відповідно до (3.2) потенціал на поверхні заземлювача ϕз (x = r –

радіус заземлювача) дорівнює

,

2 r

Iç ç

ϕ= (3.3)

Розділивши ϕx на ϕз, отримаємо вираз:

. (3.4)

1

x

r x ç ϕ=ϕ⋅

Добуток ϕз · r є величиною сталою для конкретних умов. Позна1

чивши його через К, отримаємо вираз

, (3.5)

1

x

K x ϕ=

тобто рівняння гіперболи.

Таким чином, розподіл потенціалів на поверхні землі навколо

напівсферичного заземлювача відповідає закону гіперболи, а значен1

ня потенціалів зменшуються від свого максимального значення ϕз до

нуля при віддаленні від заземлювача — рис. 3.3.

Практично зона підвищених потенціалів на поверхні землі відносно її

нульового потенціалу при замиканні на землю через напівсферичний зазем1

лювач і однорідному грунті обмежується колом радіусом близько 20 м. Пере1

міщуючись в цій зоні, людина попадає під так звану напругу кроку— напругу

між двома точками на поверхні землі, які знаходяться одна від одної на від1

стані кроку і на яких одночасно стоїть людина.

З наближенням до заземлювача величина крокової напруги зростає і при

напрузі мережі живлення 0,4 кВ вона може бути небезпечною для людини.

Тому «Правила безпечної експлуатації електроустановок споживачів» при

наявності замикання на землю забороняють наближатися до місця замикан1

ня ближче 8 м поза приміщенням і 4 м в приміщенні без застосування засобів

захисту – діелектричні боти, калоші, суха дошка тощо.

В загальному виді величина напруги кроку може бути визначена як різ1

ниця між ϕx та ϕx + а, де а величина кроку, м, відповідно до чого

330

( ) ( ),

2 2 2 x x a

a

I

x a

I

x

U I k +

=

+

= -

(3.6)

Ug

Рис. 3.4. Крива розподілу потенціалів при контурному заземлювачі

та можливі величини напруги кроку (Uк) і доторкання (Ug)

тобто величина напруги кроку прямо пропорційна силі струму замикан1

ня на землю, питомому опору провідника (земля) та величині кроку і обер1

нено пропорційна відстані від заземлювача.

331

Форма зони підвищених потенціалів на поверхні землі і розподіл потен1

ціалів у цій зоні залежать від конструкції заземлювача.

При контурній конструкції заземлювача розподіл потенціалів на

поверхні землі має вигляд, наведений на рис. 3.4. Така конструкція

заземлювача забезпечує зменшення перепадів потенціалу на поверхні

землі (підлоги) всередині контура і, як наслідок, зменшення можли1

вої напруги кроку.

І тільки за межами контура характер кривої розподілу потенціалів

подібний до кривої розподілу потенціалів для одиночного напівсфе1

ричного заземлювача.