Заземлитель с полусферическим электродом

 

Заземлитель с полусферическим электродом – заземлитель со сферическим электродом, заглубленный так, что его центр находится на уровне земли.

Рис. 2.1 - Распределение потенциала на поверхности земли вокруг заземлителя с полусферическим электродом

 

Для такого заземлителя уравнение потенциальной кривой на поверхности земли будет равно

 

, (2)

 

Заземлитель с вертикальным трубчатым электродом

 

Рассмотрим заземлитель с вертикальным трубчатым электродом длиной l, и диаметром d, погруженный в землю так, чтобы его верхний конец был на уровне земли.

Рис. 2.2 - Определение уравнения потенциальной кривой заземлителя с вертикальным трубчатым электродом

 

С заземлителя стекает ток I3. Найдем выражение для расчета потенциала точек на поверхности земли и потенциала заземлителя.

Разбиваем заземлитель по длине на бесконечно малые участки каждый длиной dy и диаметром dy.

С каждого такого участка в землю стекает ток, который обуславливает возникновение элементарного потенциала dφ, в некоторой точке земли.

 

 

dIз = , (4)

 

Рассмотрим точку А на поверхности земли, отстоящую от оси заземлителя на расстоянии х.

Потенциал этой точки будет равен

 

dφ = , (6)

 

Учитывая, что m = , и заменяя dIз его значением из формулы (4), получаем

 

dφ = , (7)

 

Проинтегрировав это уравнение по всей длине заземлителя (от 0 до l), получим искомое уравнение для потенциала точки А, т. е. уравнение потенциальной кривой

 

dφ = = , (8)

 

Потенциал заземлителя φ3, будет, при х = 0,5d т. е.

 

φз = , (9)

 

Здесь 0,5 d << l, следовательно, первым слагаемым под корнем можно пренебречь. Тогда это уравнение примет вид

 

φз = , (10)

На рис. 2.3 показана потенциальная кривая заземлителя с вертикальным трубчатым электродом с отношением размеров l: d = 50.

Рис. 2.3 - Распределение потенциала на поверхности земли вокруг заземлителя с вертикальным трубчатым электродом с размерами l: d = 50 (l = 2,5; d = 0,05)

 

Заземлитель с протяженным трубчатым электродом на поверхности

У этого вида заземлителя, находящегося на поверхности земли и заглубленного так, что его продольная ось совпадает с поверхностью земли, изменения потенциальной кривой различны в различных направлениях.

 

Рис. 2.4 - Распределение потенциала на поверхности земли вокруг заземлителя с протяженным трубчатым электродом:

а) потенциальная кривая вдоль оси заземлителя;

б) потенциальная кривая в плоскости, перпендикулярной оси заземлителя и пересекающей его в середине;

в) эквипотенциальные кривые на поверхности земли вокруг протяженного заземлителя.

 

Наиболее резко потенциал падает вдоль оси заземлителя, а наиболее плавно – поперек оси по линии, проведенной через его середину.

Уравнение потенциальных кривых этого заземлителя имеют следующий вид:

а) вдоль оси заземлителя (по оси х),

φх = , (11)

 

где l и d – длина и диаметр сечения заземлителя.

 

б) поперек оси заземлителя (по оси у),

 

φу = , (12)

 

Потенциал заземлителя будет при наименьшем значении х, т. е. при х = 0,5l, если φз вычисляется из (11), или при наименьшем значении у, т. е. при у = 0,5 d, если φз вычисляется из (12), т. е

 

φз = , (13)

 

Эквипотенциальные линии на поверхности земли вокруг протяженного заземлителя приближаются по форме к эллипсам; на большом расстоянии от заземлителя они переходят в окружности (рис.2.4 в)

 

Напряжение прикосновения

Напряжение прикосновения – это напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека или животного

Напряжение прикосновения для человека, касающегося заземленного корпуса электрооборудования и стоящего на земле зависит от формы потенциальной кривой и расстояния х между человеком и заземлителем (чем дальше от заземлителя находится человек, тем больше U_ПР и наоборот). Так, при наибольшем расстоянии, т. е. при х →∞, практически при х ≥ 20 м (случай А на рис. 2.5) напряжение прикосновения имеет наибольшее значение:Uпр = φз; при этом коэффициент прикосновения α1 = 1. Это — наиболее опасный случай прикосновения.

Рис.2.5 - Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе:

 

При наименьшем значении х, т. е. когда человек стоит непосредственно на заземлителе (случай Б на рис. 2.5), Uпр = 0 и α1 = 0. Это — безопасный случай, так как человек не подвергается воздействию напряжения, хотя он, и находится под потенциалом заземлителя φз.

При других значениях х в пределах 0 – 20 м (случай В на рис. 2.5) U_ПР плавно возрастает от 0 до φ _З, а α1 — от 0 до 1.

В практике устройства защитных заземлений необходимо знать максимальные напряжения прикосновения.

 

Шаговое напряжение

 

Напряжением шага называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, принимаемым равным 0,8 м, на которых одновременно стоит человек,

Шаговое напряжения возникает между ногами человека вследствие не равномерного распределения потенциала зазелителя по земле (рис. 2.6). Точка касания ноги расположенная ближе к заземляющему электроду будет иметь больший потенциал, по сравнению с более удаленной. Величина шагового напряжения зависит от величины шага и от расстояния х от заземлителя, а также формы потенциальной кривой растекания заземлителя.

По мере удаления от места замыкания вылечена шагового напряжения уменьшается. Шаговое напряжения на расстоянии 10..20 м от места замыкания практически не приставляет опасность.

 

 

Рисунок 2.6 – шаговое напряжение

Экспериментальная часть