книги / Промывочные жидкости и тампонажные смеси
..pdfСопротивление растеканию полушарового заземлителя радиу сом гполучим с использованием методазеркальногоотображения (рис. П.6), полагая, что воздушное пространство над поверхно стью земли заполненосредой с таким же, каку земли, удельным сопротивлением р. В этом случае имеем дело с шаром, находя щимся в однородной безграничной среде. Однако действитель ный электрод являетсяполушаром, емкостьего в 2 разаменьше, а сопротивление растеканию в 2 разабольше, чем целого шара, т.е. искомое сопротивление растеканию тока для полушарового за землителяR„ =р/2пг.
Ктеме2.Простыегрупповые заземлители
По условиям безопасности обслуживающего персонала у за землениядолжно быть сравнительномалоесопротивление, обес печить которое можно путем увеличения геометрических разме ров одиночного заземлителя (электрода) или применения не скольких параллельно соединенных электродов —группового за землителя. Используя так заземлитель, можно выровнять по тенциал на территории, где размещаются заземляющие электро ды, что в ряде случаев играет решающую роль в обеспечении безопасности обслуживающего персонала.
Распределение потенциала на поверхности земли. При бесконечно больших расстояниях между электродами группового заземлителя (обычно более40 м)поля растеканиятоковвокругних практически не взаимодействуют. В этом случае потенциальныекривыеоткаж дого электродавзаимно не пересекаются(рис. П.7), причем потен циалы электродов равны независимо от их размеров. Однако при разных размерах электродов токи, протекающиечерезних, различ ны по значению, аих потенциальныекривыеимеют разную форму.
Рис.П.7.Потенциальные кривые и поля растеканиятока групповогозаземлителя при расстоянияхмежду электродами s>40м
При расстояниях между электродами группового заземлителя менее40 м полярастеканиятоковнакладываютсяодно надругое, в результате потенциальные кривые взаимно пересекаются и,
складываясь, образуют суммарную потенциальную кривую груп пового заземлителя.
В результате поверхность земли научастках между электродами приобретает некоторый потенциал. При этом форма суммарной потенциальной кривой зависитотрасстояния между электродами, их взаимного расположения, числа,формы и размеров.
Потенциальная кривая простейшего группового заземлителя, со стоящегоиздвух одинаковых полушаровых электродов, показана на рис. П.8. Она получена сложением потенциальных кривых обоих электродов. Поскольку электроды одинаковы и находятсяв одинаковых условиях, ток, стекающий в землю, распределяется между ними поровнуи, следовательно, их потенциальные кривые идентичны.
О
Рис.П.8.Потенциальная кривая групповогозаземлителя,состоящего издвуходи наковых полушаровыхэлектродов
Рассмотрим участок между электродами, т.е. кривые <р, и <р2, которые в системе прямоугольных координат <р, х с ординатой, проходящей черезцентр левой полусферы (рис. П.8), выражаются следующими уравнениями
(П.7)
(П.8)
где ф0 - собственный потенциал полусферы, определяемый по (П.З); г-радиусполусферы, м;s- расстояниемежду центрами полу сфер, м.
Искомое уравнение потенциальной кривой на участке между заземлителями определяется суммированием уравнений (П.7) и (П.8):
Ф= Ф|+Ф2=Фо*(*-*)
Потенциал группового заземлителя. Поскольку электроды груп пового заземлителя связаны между собой электрически, они имеют одинаковый потенциал, являющийся потенциалом груп пового заземлителя <р^. Следовательно, потенциал каждого элек тродагруппового заземлителясостоитизсобственного потенциа ла, обусловленного стеканием через него тока, и потенциалов, наведенныхдругими электродами
п |
(П.9) |
ФгР=Фо1+Цф.,. |
|
2 |
|
где ср01 = /,Д, - собственный потенциал первого электрода, В; /, —ток, стекающий черезэтотэлектрод в землю, A; Я,—сопро тивление его растеканию, Ом; п - количество электродов в груп повом заземлителе; фнпотенциал, наведенный напервом элек
троде одним из соседних, В, который определяется изуравнения потенциальной кривой этого соседнего электрода с учетом рас стояния между электродами. Например, если потенциал наводит ся полушаровым электродом радиусом г, тоего значение надру гом электроделюбой формы описываетсяуравнением (П.7):
где ср0собственный потенциал полушара; х —ближайшее рас стояние от центра полушарадо поверхности электрода, на кото ром определяется фн.
В случае, показанном нарис. П.8, один полушаровой заземлительнаводитнадругом потенциал
1 |
1/,= 2/,+ /, |
|
|
|
|
Г " |
|
|
/, |
П и |
и |
|
2 U |
J |
Рис.П.9.Потенциальная кривая групповогозаземлителя,состоящего изтреходи наковыхэлектродов,размещенных наодной прямой
ФорФог“собственные потенциалы электродов;<рн1, <pHj -потенциалы,наведенные другими электродами
В общем случае собственные потенциалы электродов не рав ны, как не равны и потенциалы, наводимые другими электрода ми. Однакосумма собственного и всех наведенных наэлектродепо тенциаловдля всех электродов одинакова иравна<рф.Иначеговоря, каждый электрод, входящий в состав группового заземлителя, имеет потенциал, равный потенциалу группового заземлителя <рт (рис. П.9).
Если групповой заземлитель состоит из одинаковых электро дов, размещенныхповершинам правильногомногоугольника, то у электродов одинаковыми оказываются токи, стекающие через
них в землю, а следовательно, и собственные потенциалы <р0, и
сумма наведенных на каждом из них потенциалов^<рн . В этом л-1
случаеуравнение(П.9)можетбытьзаписанов виде
<Prp=4>0 + Z<l>H-
л-1
Если одинаковые электроды группового заземлителя расположены на одинаковых расстояниях один от другого, что возможно только при двух или трех электродах, размещенных в вершинах равностороннего треугольника, то у них оказываются
одинаковыми нетолькособственные потенциалы ф0,но и потен
циалы, наводимые каждым на каждом. Для этих частных случаев уравнение(П.6) принимаетвид
ФгР=Фо + ("-1)ф„,
где п - количествоэлектродов(2 или 3).
При бесконечно больших расстояниях между электродами (больше40 м) каждый изних находится вне полей растеканиято ка с других электродов(см. рис. П.7). Поэтомунаведенныепотен циалы наэлектродах отсутствуют, а потенциал группового зазем
лителя, который в этом случае часто обозначается ф»,имеетнаи
меньшее значение, равное значению собственного потенциала электрода, входящего в состав группового заземлителя:
Ф-=%|=%2 =•••=%»> |
(П.10) |
|
ИЛИ |
|
|
фоо =^1^1 - |
InRn > |
|
где /,,/2... /„ - токи, стекающиечерезэлектроды,A; RltR2,...,Rn-
сопротивлениярастеканию этихтоков, Ом.
Если при этом электроды одинаковы, то и токи, стекающие черезних в землю, одинаковы, т.е.
Следовательно, потенциал группового заземлителя
|
ф _ = ^ , |
|
п |
где |
- сопротивление растеканию единичного электрода, Ом; |
/3- ток, стекающий черезгрупповой заземлитель,А. Сопротивление группового заземлителя растеканию тока. При
очень больших расстояниях между электродами группового за-
землителя (более 40 м) сопротивление всей группы заземляющих электродов, описываетсяравенством
Я»
Если электроды одинаковы, а следовательно, одинаковы и их сопротивления растеканию Rq , то сопротивление группового за-
землителя /?oo=R0//i.
При расстояниях между электродами меньше40 м происходит взаимодействие полей растекания тока, в результате чего на об щих участках земли, по которым проходяттоки, стекающиес не скольких электродов, увеличивается плотность тока и, следова тельно, наэтих участках возрастает падение напряжения. Этояв ление, равноценное уменьшению сечения земли, по которому проходитток от заземлителя, приводит к увеличению сопротив ления растеканию как отдельных электродов, составляющих групповой заземлитель, так и заземлителя в целом. Иначеговоря, при уменьшении расстояния между электродами до40 м и менее сопротивление группового заземлителя увеличивается, а прово димость соответственно уменьшается, что может быть представ леноследующими соотношениями:
/С . Л ’
где Rrpдействительноесопротивление растеканию токагруппо
вого заземлителя при данном размещении его электродов, Ом; Roaнаименьшее сопротивление растеканию тока группового
заземлителя (т.е. при расстояниях между его электродами более 40 м, Ом); л - коэффициент, характеризующий уменьшение прово димости заземлителей и называемый коэффициентом использова ния проводимости группового заземлителя или просто коэффи циентом использования. Иногда л именуется коэффициентом эк ранирования.
Таким образом, сопротивление группового заземлителя в об щем случаеописываетсяуравнением
1
При равенствесопротивлений всех электродовуравнениепри метвид
Rп> х\п
Коэффициент использования группового заземлителя, или просто коэффициент использования, есть отношение действительной проводимости группового заземлителя 1/R^ к наибольшей воз
можной его проводимости 1/Л» , т.е. при бесконечно больших расстоянияхмежду его электродами
Коэффициент л может быть выражен отношением соответ ствующих потенциаловгруппового заземлителя
',яФ <РФ
или сучетом (П.10)и (П.9)
'П
4>oi+Z<P"
2 Для частного случая, когда групповой заземлительсостоит из
одинаковых электродов, размещенных повершинам правильного многоугольника, последнееуравнениеимеетвид
Л =--- ^ --- .
<ро+2>» W-I
Коэффициент использования зависит от формы, размеров и раз мещения электродов, составляющих групповой заземлитель, атак
жеот их количествап и расстоянияsмеждусоседними электрода ми. Так, с увеличением sуменьшается взаимодействие полей еди ничных заземлителей, в результате чего т\ возрастает; при $> 40 м проводимость заземлителей используется полностью и т) = 1. С увеличением количества заземляющих электродов (при неизмен ном s) повышается взаимодействие полей и, следовательно, сни жается X].
Длязащитногозаземленияобычноприменяютэлектроды двух типовстержневые, забиваемые в землю вертикально, и полосо вые, укладываемые в грунт горизонтально, с помощью которых соединяют вертикальные электроды. В отдельных случаях гори зонтальные электроды используюткаксамостоятельныезаземлители, т. е. без вертикальных электродов. При использовании вер тикальных и горизонтальных заземлителей возникаетвзаимодей ствие полей растекания тока вертикальных электродов нетолько между собой, но и с полями горизонтальных электродов. Однако степень этого взаимодействия различна и учитываетсядвумя ко эффициентами использования - вертикальных tibи горизонталь ных Tir электродов.
Сопротивление группового заземлителя определяется из ра венства
ц л |
(П.11) |
*гр =R,r\r + Rrn x],' |
Ктеме3.Анализ опасности поражениятоком вэлектрических сетях
Все случаи поражениячеловекатоком в результатеэлектричес кого удара, т.е. прохождения тока черезтело человека, являются следствием его прикосновения не менее чем к двум точкам элек трической цепи, между которыми существует некоторое напря жение. Опасность такого прикосновения, оцениваемая, как из вестно, током, проходящим через тело человека Ihили напряже нием прикосновения £/пр, под которым он оказывается, зависитот ряда факторов: схемы включениячеловекав электрическую цепь; напряжениясети; схемы самой сети; режимаеенейтрали;степени изоляции токоведущих частей от земли; емкости токоведущих частей относительноземли и т.п.
Таким образом, опасность поражения не однозначна: в одних случаях включениечеловекав электрическую цепьсопровождает ся прохождением через него малых токови окажется неопасным, в других —токи могут достигать больших значений, способных вызвать смертельноепоражениечеловека.
Далееопределим значениянапряженияприкосновенияи тока, протекающего черезтелочеловека, в зависимости отперечислен ных вышефакторов. Эти параметры необходимознатьдляоценки электрической сети по условиям техники безопасности; выбораи расчета соответствующих мер защиты, в частности заземления, зануления, защитногоотключения, устройств контроляизоляции сети и др. При этом во всех случаях, кроме особо оговоренных, будем считать, что сопротивление основания, на котором стоит человек (например, грунт, пол), а такжесопротивлениеего обуви незначительны и поэтомуприняты равными нулю.
Схемы включения человека в цепьтока могутбыть различны ми. Однако наиболее характерны две схемы включения: между двумя фазами электрической сети и между одной фазой и землей (рис. П.10).
Разумеется, во втором случае предполагается электрическая связьмежду сетью и землей, которая можетбытьобусловленане совершенством изоляции проводов относительноземли, наличи ем емкости между проводами и землей и, наконец, заземлением нейтрали источникатока, питающегоданную сеть.