книги / Промывочные жидкости и тампонажные смеси

Сопротивление 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

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

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:

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

/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

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.