ลักษณะการทำงานและการป้องกันทางไฟฟ้าของอุปกรณ์ต่อสายดิน

หน้าที่การทำงานหลักของอุปกรณ์ต่อสายดินคือการให้ค่าการนำไฟฟ้าเพียงพอสำหรับการทำงานของวงจรป้องกันรีเลย์เพื่อปิดส่วนที่มีไฟฟ้าของการติดตั้งระบบไฟฟ้าเข้ากับโครงหรือกราวด์ที่ต่อสายดิน

ดังนั้น ลักษณะทางไฟฟ้าที่สำคัญที่สุดของอุปกรณ์ต่อสายดินคือค่าการนำไฟฟ้าของสายดิน Gzy หรือค่าผกผันของมัน Rz — ความต้านทานของอุปกรณ์ต่อสายดินเท่ากับ Rzy = Rs + Rzp โดยที่ Rz คือความต้านทานของกระแสที่แผ่จากอิเล็กโทรดที่ต่อลงดินไปยัง กราวด์ (ความต้านทานของอิเล็กโทรดที่ต่อสายดิน), RZp - ความต้านทานของสายดิน

ความต้านทานของกระแสที่แพร่กระจายจากอิเล็กโทรดที่ต่อลงดินนั้นเกิดจากโซนการแพร่กระจายของกระแสทั้งหมด - ปริมาตรของกราวด์โดยเริ่มจากพื้นผิวของอิเล็กโทรดที่ต่อลงดิน ศักย์ไฟฟ้า φ ซึ่งในระหว่างทางเดินของกระแส Азs ใน กราวด์คือ φ3 และถึงโซนที่ φ เป็นศูนย์จริง (โซนของศักย์เป็นศูนย์)

ตาม กฎของโอห์ม ความต้านทานของสายดินเท่ากับอัตราส่วนของศักยภาพของโหนด ณ จุดที่กระแสเข้าสู่อิเล็กโทรดสายดินต่อกระแส Azz ออกจากอิเล็กโทรดสายดินในกราวด์ Rs = φsmax / Азс

โปรดทราบว่าคลื่น φ ศักย์ไฟฟ้ามีค่าเท่ากับแรงดันไฟฟ้าของอิเล็กโทรดที่ต่อลงดิน Uz ดังนั้นสูตรมักจะเขียนในรูป Rs = Uc /Azc

ฟังก์ชันป้องกันไฟฟ้าของอุปกรณ์ต่อสายดินประกอบด้วยการจำกัดแรงดันไฟฟ้าให้อยู่ในขีดจำกัดที่อนุญาต ซึ่งบุคคลสามารถสัมผัสกับตัวเครื่องที่ต่อสายดินของการติดตั้งไฟฟ้า (กับชิ้นส่วนโครงสร้างโลหะของการติดตั้งไฟฟ้าที่ไม่ได้รับพลังงานตามปกติ) ในระหว่าง การปิดเฟสไปยังตู้หรือกราวด์

พิจารณากรณีไฟฟ้าลัดวงจรในเครือข่ายไฟฟ้าที่สูงกว่า 1 kV ด้วยความเป็นกลางที่มีสายดินอย่างมีประสิทธิภาพ (ที่มีกระแสฟอลต์กราวด์สูง รูปที่ 1) วงจรไฟฟ้ารวมถึงเฟสของหม้อแปลงจ่าย, ตัวนำของสายจ่าย, ตัวเครื่องของหม้อแปลงที่ให้มา, อุปกรณ์ต่อสายดิน, สายดิน, อุปกรณ์ต่อสายดินของหม้อแปลงจ่าย

การกระจายของศักย์ไฟฟ้า φ บนพื้นผิวโลกในเขตแพร่กระจายปัจจุบันสอดคล้องกับทิศทางบวกที่ยอมรับโดยทั่วไปสำหรับกระแส Azz ที่เข้าสู่โลกจากอุปกรณ์ต่อลงดินของหม้อแปลงไฟฟ้า ศักย์ดินมีค่าบวกมากที่สุด φmax ณ จุดที่อยู่เหนือขั้วไฟฟ้ากลางขั้วใดขั้วหนึ่งของขั้วไฟฟ้าที่ต่อลงดิน

ข้าว. 1.แผนภาพไฟฟ้าลัดวงจรไปยังตัวเรือนในเครือข่ายที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่า 1 kV พร้อมสายดินที่เป็นกลางที่มีประสิทธิภาพ: 1 — หม้อแปลงไฟฟ้า; 2 — เครื่องรับไฟฟ้า; 3 — สายดิน; 4 — อิเล็กโทรดกราวด์; A — B และ A ' — B' — เขตกระจายปัจจุบัน a, b - จุดที่สามารถติดต่อพร้อมกันของบุคคลกับที่อยู่อาศัยที่มีสายดินและพื้นดิน b, b'- จุดในเขตแพร่กระจายปัจจุบันซึ่งบุคคลสามารถก้าวไปพร้อมกันได้

ด้วยระยะห่างจากอิเล็กโทรดที่ต่อลงดิน ศักย์ไฟฟ้าที่ลงดินจะลดลงค่อนข้างเร็ว และที่ระยะทางประมาณเท่ากับ 20 เส้นทแยงมุมขนาดใหญ่ของรูปร่างของอุปกรณ์ต่อลงดิน ศักย์ไฟฟ้าจะน้อยกว่า 2% ของศักย์ไฟฟ้าที่ลงดิน φสูงสุด ที่ระยะห่างดังกล่าวจากอิเล็กโทรดของสายดิน ศักย์มักจะถือว่าเป็นศูนย์

ในทำนองเดียวกันการเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นใกล้กับอุปกรณ์ต่อสายดินของหม้อแปลงไฟฟ้า เมื่อเทียบกับทิศทางที่คาดคะเนของกระแส ศักยภาพของกระแสถือเป็นค่าลบ

มีสองสถานการณ์ที่เป็นอันตรายหลักซึ่งบุคคลในพื้นที่ของการกระจายปัจจุบันสามารถได้รับพลังงาน สถานการณ์แรก — บุคคลยืนอยู่บนพื้นดินในสถานีย่อยหม้อแปลง แผงสวิตช์ และอุปกรณ์อื่นๆ และสัมผัสส่วนที่เป็นโลหะของการติดตั้งไฟฟ้า

ในความเป็นจริงค่าสัมบูรณ์ของศักยภาพของจุดบนพื้นผิวโลกในเขตการแพร่กระจายปัจจุบันรวมถึงφmaxนั้นน้อยกว่าชิ้นส่วนโลหะที่ต่อลงดินของการติดตั้งระบบไฟฟ้าซึ่งมีศักยภาพหากเราเพิกเฉยต่อแรงดันไฟฟ้า การลดลงของอิเล็กโทรดแนวนอนของระบบสายดินที่ซับซ้อน เป็นคลื่น φ

ดังนั้น เมื่อบุคคลยืนอยู่ในพื้นที่การกระจายปัจจุบัน เช่น ที่จุด b (รูปที่1) และไม่สัมผัสกับตัวสายดินของการติดตั้งระบบไฟฟ้าจากนั้นระหว่างตัว (จุด a ในรูปที่ 1) และจุด b ที่เรียกว่า แรงดันสัมผัสUdp ซึ่งถือได้ว่าเป็นแรงดันวงจรเปิดของสองแอคทีฟ เครือข่ายเทอร์มินัลที่มีความต้านทานภายในที่ทราบ (รูปที่ 2) ซึ่งมีค่าเท่ากับความต้านทานของกระแสที่แพร่กระจายจากเท้ามนุษย์ 2 ข้างลงสู่พื้น Rnp

ข้าว. 2. ตามคำจำกัดความ Un: a และ b - คะแนนตามรูปที่ 1 ที่บุคคลสัมผัสด้วยมือ (ฝ่ามือ) และเท้า (ฝ่าเท้า)

หากบุคคลยืนอยู่ที่จุด b"สัมผัสจุด a จากนั้นเขาก็ตกอยู่ภายใต้แรงดันไฟฟ้าสัมผัส ขึ้น เท่ากับผลคูณของกระแสตามกฎของโอห์ม Azt ผ่าน แต่ร่างกายของเขาตามความต้านทานของร่างกาย RT: Un = แอซ x RT

Azm ปัจจุบันเท่ากับอัตราส่วน Udp ต่อผลรวมของความต้านทาน Rt และ Rnp: Azt = Udp /(Rt +Rnp), Upp = (UdpNS RT)/(Rt + Rnp)

ความหมาย RT/(Rt + Rnp) มักจะเขียนแทนด้วยตัวอักษร βp... จากนั้น Upp = Udp x βp สังเกตว่า βp น้อยกว่าหนึ่งเสมอ ดังนั้น Up จึงน้อยกว่า Udp

สถานการณ์อันตรายประการที่สองเกี่ยวข้องกับความจริงที่ว่าในพื้นที่ของการแพร่กระจายในปัจจุบัน คนมักจะยืนหรือเดินเพื่อให้เท้าของเขาอยู่ในจุดที่มีศักยภาพต่างกัน ตัวอย่างเช่น ที่จุด b และ b' ในรูป 1. เพื่อระบุลักษณะของสถานการณ์อันตรายที่สอง เราแนะนำแนวคิดของแรงดันขั้นบันไดและแรงดันขั้นบันได

ข้าว. 3. ตามคำจำกัดความของ UNC: b, b'- คะแนนตามรูปที่ 1. ซึ่งบุคคลยืนอยู่

แรงดันสเต็ป Udsh คือความต่างศักย์ระหว่างจุดสองจุดบนพื้นดินในพื้นที่ของการกระจายกระแสซึ่งบุคคลสามารถก้าวพร้อมกันได้

โดยการเปรียบเทียบกับสถานการณ์อันตรายแรก ค่า Udsh สามารถตีความได้ว่าเป็นแรงดันวงจรเปิดของเครือข่ายสองขั้วที่ใช้งานอยู่ซึ่งมีความต้านทานภายในที่ทราบ (รูปที่ 3) เมื่อบุคคลเหยียบจุดที่ Udsh ทำหน้าที่ ความต้านทานของร่างกายมนุษย์ Rtsh ตามเส้นทาง "เท้า - เท้า" จะรวมอยู่ในวงจรสองขั้ว

ในกรณีนี้ ความต้านทานภายในของเครือข่ายสองขั้วที่แอ็คทีฟคือค่าความต้านทานการกระจายกระแสแบบขั้น Rtsh ซึ่งสามารถทำให้ง่ายขึ้นเป็นผลรวมของค่าความต้านทานสองค่าที่เหมือนกันกับกระแสที่แพร่กระจายไปยังกราวด์จากขามนุษย์แต่ละข้าง

แรงดันสเต็ปถูกกำหนดดังนี้: Uw = Azt x Rtsh

แนวคิดของการสัมผัสและความเครียดจากขั้นตอนใช้กับสัตว์ด้วย ในกรณีนี้ แรงดันไฟฟ้าสัมผัสถูกเข้าใจว่าเป็นความต่างศักย์ระหว่างกระจกจมูกหรือคอและขา และแรงดันไฟฟ้าที่เท้าอยู่ระหว่างขาหน้าและขาหลัง

คุณสมบัติหลักที่เป็นไปได้ที่จะสร้างคุณสมบัติการทำงานและการป้องกันไฟฟ้าของอุปกรณ์ต่อสายดินคือความต้านทานของอิเล็กโทรดสายดิน (Rz), แรงดันสัมผัส (ขึ้น) และแรงดันสเต็ป (Ush) ที่พบในฤดูกาลคำนวณที่ ค่าที่คำนวณได้ของ Azz ปัจจุบัน

ค่าของ Up และ Ush ขึ้นอยู่กับค่าสัมประสิทธิ์ของลักษณะของฟิลด์ปัจจุบันที่ทิ้งเท้าของบุคคลนั้นไว้บนพื้น และความต้านทานของร่างกายของบุคคลซึ่งเป็นฟังก์ชันของกระแสที่ไหลผ่านร่างกายของเขา และความต้านทาน Rz ดังนั้นเพื่อให้ คำนวณความต้านทานของอุปกรณ์ต่อสายดิน และแรงดันสัมผัสและสเต็ป จำเป็นต้องสามารถคำนวณสนามไฟฟ้าของกระแสที่ออกจากอิเล็กโทรดกราวด์ในกราวด์ได้