Fenomen när ström rinner ner i marken. Spänning
beröring, stegspänning
Strömflödet in i marken är ett fenomen där det finns en kraftig minskning av potentialen för de strömförsörjda metalldelarna i utrustningen (hölje, ram, etc.) till potentialen för jordelektroden φ 3: φ 3 = jag 3 R 3 ,
Var är storleken på strömmen som flyter ner i marken;
― resistans, som är lika med resistansen hos jordningsanordningen.
En anslutning med hög ledningsförmåga skapas mellan höljet och marken, på grund av vilken strömmen flyter. Passerar den genom människokroppen blir den inte livshotande. Eftersom, i händelse av en nödsituation, till exempel när en fas kortsluts till fodralet, är arbetarens beröring av fodralet likvärdig med att röra vid fasen, och en farlig ström kan flyta genom hans kropp. Risken för spänning, i närvaro av skyddande jordning, minskas, eftersom en elektrisk krets skapas för strömmen, som har ett lågt motstånd = 4 ohm eller 10 ohm, vilket resulterar i att strömmen tappas längs vägen för minst motstånd.
Människokroppens motstånd kan ha värden: 104 ... 106 Ohm. För att säkerställa större tillförlitlighet hos skyddsutrustning som säkerställer elektrisk säkerhet, används ett beräknat värde på mänskligt motstånd lika med 1000 ohm.
Stegspänningen (stegspänningen) är spänningen mellan jordens punkter, på grund av spridningen av felströmmen till marken samtidigt som den vidrör dem med en persons fötter.
Den största elektriska potentialen kommer att vara i kontaktpunkten mellan ledaren och marken. När du flyttar bort från denna plats minskar potentialen för markytan, eftersom tvärsnittet av ledaren (jorden) ökar i proportion till kvadraten på radien, och på ett avstånd av 20 m kan tas lika med noll.
Skador med stegspänning förvärras av det faktum att på grund av konvulsiva sammandragningar av benens muskler kan en person falla, varefter den elektriska kretsen stänger på kroppen genom de vitala organen.
Spänningen mellan två punkter i en elektrisk krets som samtidigt berörs av en person kallas beröringsspänning.
Faran för en sådan beröring uppskattas av värdet av strömmen som passerar genom människokroppen, eller beröringsspänningen, och beror på ett antal faktorer: kretsen för att stänga strömkretsen genom människokroppen, nätverksspänningen , själva nätverkets krets, dess neutralläge (jordad eller isolerad neutral), graden av isolering av strömförande delar från marken, kapacitansvärden för strömförande delar i förhållande till marken, etc.
- ^
Åtgärder för skydd mot elektriska stötar
För att förhindra de farliga effekterna av elektrisk ström på en person, tillämpas följande skyddsåtgärder: skyddande jordning; nollställning, elektrisk separation av nätverk; användningen av låga spänningar; kontroll och förebyggande av isoleringsskador; dubbel isolering; skyddande avstängning; potentiell utjämning; skydd mot oavsiktlig kontakt med spänningsförande delar; skyddsanordningar; elektrisk skyddsutrustning och anordningar; blockering; varningsskyltar, säkerhetsskyltar.
Enligt GOST 12.1.019-79 SSBT tillhandahålls elektrisk säkerhet och drift av skyddsutrustning mot risken för elektrisk stöt av: utformningen av elektriska installationer, tekniska metoder
och skyddsmedel; organisatoriska och tekniska åtgärder.
Skyddsjordning är den vanligaste och är effektivt sätt skydd mot elektriska stötar.
Detta är en avsiktlig elektrisk anslutning till jord eller motsvarande till icke-strömförande metalldelar av utrustning. Principen för drift av skyddande jordning är att minska kontaktspänningen och strömmen som flyter genom människokroppen till säkra värden.
Syftet med skyddande jordning är att eliminera risken för elektriska stötar vid beröring av en person
till kroppen av elektrisk utrustning eller till andra icke-strömförande metalldelar som är spänningssatta. Denna metod för att skydda en person från spänning genom elektrisk ström är baserad på fenomenet med ström som rinner ner i marken.
Figur 4 visar ett schematiskt diagram av skyddsjordning och en potentialkurva som reflekterar lagen om potentialfördelning på jordens yta runt en enda jordledare, 
, där det visas att när en stängning inträffar vid punkt A, har potentialfördelningslagen en hyperbolisk karaktär, och potentialen har ett maximalt värde vid stängningspunkten A, vilket minskar när den rör sig bort från stängningen.
Skyddsjordning består av vertikala jordledare som är sammankopplade med band horisontella jordledare och placerade i marken på ett djup H 0 av minst 0,5 m. Metallelement i form av stavar, rör, vinklar, kanaler etc. används som vertikal jordning ledare, som regel används en metallremsa med en sektion på 12x4; 16x4 mm. Anslutning av remsan med vertikala jordledare är inte tillåten i enlighet med PUE.
Figur 4 - kretsschema skyddande jord
— beröringsspänning, V; 
är storleken på strömmen, A; ―
Potentialkurva; EC - elinstallationsväska; 
― motståndet hos skyddsinstallationen; 
― elektriskt motstånd hos en persons kropp; Z - vertikal jordning
I praktiken används gruppjordledare - en parallellkoppling av enkla jordledare och en remsa. En sådan jordledare har ett lägre motstånd mot strömspridning och skapar en bättre potentialutjämning i volymen och på markytan.
Kravet på design, enhet och parametrar för skyddsjordning bestäms av elektriska installationsregler (PUE) och GOST 12.1.030-81 SSBT "Elektrisk säkerhet. Skyddsjordning, nollställning.
Som jordledare, förutom konstgjorda, används naturliga jordledare - dessa är metallföremål placerade i marken (vattenrör, andra metallrör, förutom rörledningar av brandfarliga vätskor, brandfarliga och explosiva gaser; metall- och armerade betongkonstruktioner av byggnader och strukturer som är anslutna till marken; kablar av blyskal, etc.)
Föreskriftsdokument fastställer värdet av det högsta tillåtna motståndet för en skyddad jordningsenhet
i elinstallationer. Så, i elektriska installationer ja 1000 V i ett nätverk med en isolerad neutral med en generatoreffekt på upp till 1000 kVA är 10 ohm, och med en effekt på upp till 100 kVA är det 4 ohm.
Beräkningen av jordningsanordningen består i att bestämma typen av jordning, antal, storlek, metod för placering av enstaka jordledare.
I enlighet med PUE bör jordning eller jordning av elektriska installationer utföras:
vid en spänning på 380 V och över AC;
vid en spänning på 440 V och över likström;
vid spänningar över 42 V men under 380 V AC
och över 110 V, men under 440 V DC (i rum med ökad fara, särskilt farliga och i utomhusinstallationer).
Nollställning är en avsiktlig elektrisk anslutning med en noll skyddsledare av icke-strömförande metalldelar av utrustning som kan bli strömförande på grund av en kortslutning till höljet. Det sker en snabb frånkoppling av den skadade elinstallationen från elnätet.
Principen för drift av nollställning är omvandlingen av en kortslutning till kroppen till en enfas kortslutning mellan fas- och nollledningarna, för att generera en stor ström i storlek, som kan ge skyddsdrift och därmed automatiskt koppla bort skadad elinstallation från elnätet.
Som skyddsmedel kan det finnas säkringar, magnetstartare med inbyggt termiskt skydd, kontaktorer i kombination med termiska reläer, automatiska maskiner som skyddar mot kortslutningsströmmar och överbelastning samtidigt.
Nollställning används i trefasiga fyrtrådsnätverk
med jordad neutral. Icke strömförande delar av elektrisk utrustning, som måste jordas, är föremål för jordning. Samtidigt är det inte förbjudet att jorda och jorda elektriska installationer, eftersom detta förbättrar säkerhetsförhållandena på grund av ytterligare jordning av den neutrala skyddsledningen.
jordfel kallas en oavsiktlig elektrisk anslutning till jord av delar av en elektrisk installation som är spänningssatt.
Ett jordfel uppstår när isoleringen är skadad och kortslutning
faser på kroppen av elektrisk utrustning, när en trasig tråd faller till marken och av andra skäl.
Strömflödet i marken sker genom en ledare som är i direkt kontakt med den och kallas jordelektrod . Jordströmställare utför en skyddande funktion, eftersom när en kortslutning inträffar, minskar potentialen för den skadade fasen i förhållande till marken till ett värde lika med spänningsfallet på jordledaren:
Uz = Iz Rz,(1)
där: Iz - jordfelsström,
Rz - motståndet hos jordledarens strömspridning.
Strömmen sprider sig från jordledaren jämnt i alla riktningar över ytan och ner i jordens djup. När du rör dig bort från jordelektroden minskar strömtätheten pga tvärsnittet av jordskiktet som strömmen passerar ökar, d.v.s. jordytans potential minskar med avståndet från jordelektroden från maxvärdet på jordelektroden till noll på ett oändligt stort avstånd från denna (l » 20 m).
Jordzonen, inom vilken den elektriska potentialen på grund av jordfelsströmmarna, inte är lika med noll, kallas nuvarande spridningszon .
Spänningen mellan två punkter i en strömkrets som berörs av en person samtidigt kallas beröringsspänning .
U pr \u003d U s - U x,(2)
där U g är potentialen för jordelektroden, under vilken husen är placerade
elektrisk utrustning elektriskt ansluten till jordelektroden;
U x - potentialen som förvärvas av benen på en person som står på
markytan i området för strömspridning på ett avstånd x från
jordelektrod.
|
Beröringsspänning U pr ökar från noll (vid jordelektroden) upp till ett maxvärde på ett avstånd av 20 meter.
Spänningen mellan två punkter i strömkretsen, belägna från varandra på ett stegavstånd (» 0,8 m.), På vilken en person står samtidigt, kallas stegspänning .
Stegspänning U var så nära jordelektroden som möjligt , minskar med avståndet från den och är lika med noll utanför spridningszonen. Var som helst i spridningszonen stegspänningen är större, desto större stegbredd .
Det är förbjudet att närma sig tråden som har fallit till marken på ett avstånd av mindre än 6 - 8 meter. Väl i farozonen ska du lämna den med små steg i riktning motsatt olycksplatsen.
Klassificering av lokaler efter
Grader av risk för skador
elchock
Enligt de elektriska installationsreglerna (PUE) finns det med hänsyn till risken för elektriska stötar för människor:
1) lokaler utan ökad fara , där det inte finns några förhållanden som skapar en ökad och speciell fara;
2) högriskområden kännetecknas av närvaron i dem av en av följande fem förhållanden som skapar ökad fara:
a) fukt (fuktighet mer än 75%) under lång tid,
b) ledande damm (kol, metall, etc.),
c) ledande golv (betong, armerad betong, metall, jord, etc.),
d) hög temperatur (mer än 35 ° C) under lång tid;
e) möjligheten till samtidig kontakt med metallhöljena för elektrisk utrustning och delar av byggnaden och konstruktioner anslutna till marken;
3) särskilt farliga lokaler kännetecknas av:
a) extrem fuktighet (relativ luftfuktighet nära 100%),
b) kemiskt aktiv eller organisk miljö (aggressiva ångor, gaser och vätskor, avlagringar eller mögel) som förstör isolering och spänningsförande delar av elektrisk utrustning,
c) den samtidiga närvaron av två eller flera tillstånd som skapar ökad fara;
4) område för elektriska utomhusinstallationer , som jämställs med särskilt farliga lokaler, tk. kännetecknas av förekomsten av förhållanden som skapar en särskild fara.
Fördelning av potential på jordens yta, schema.
Faran för elektriska stötar för en person bestäms till stor del av de fenomen som uppstår när en elektrisk ström rinner ner i marken.
Strömflödet i marken sker endast genom en ledare som är i direkt kontakt med den. Sådan kontakt kan vara oavsiktlig eller avsiktlig. I det senare fallet kallas en ledare eller en grupp av sammankopplade ledare som är i kontakt med jord en jordelektrod.
Orsakerna till strömflödet i marken är: kortslutning av den strömförande delen till den jordade kroppen av elektrisk utrustning; fallande tråd till marken; använda jorden som en tråd osv. I alla dessa fall sker en kraftig minskning av potentialen för den jordade delen av den elektriska utrustningen jz, V till ett värde lika med produkten av strömmen som flyter in i marken, Iz, A, och motståndet som denna ström möter på väg, dvs. jordelektrodens motstånd mot spridningen av strömmen Rz, Ohm:
Strömflödet i marken åtföljs av utseendet inte bara på jordelektroden utan också i marken runt jordelektroden, och följaktligen på jordens yta av vissa potentialer.
Vi behöver veta vad värdena för dessa potentialer beror på, hur de förändras med förändringar i avståndet till jordelektroden, det vill säga att känna till potentialkurvans ekvation.
Fördelning av potential på jordens yta. Stängningen av delar av elektriska installationer till marken åtföljs av strömflödet genom det. Jorden blir en del av den elektriska kretsen. I det här fallet, på grund av jordens motstånd, uppstår ett spänningsfall och en potentialskillnad uppstår mellan enskilda punkter på jordytan.
Tänk på schemat för strömspridning i marken under nedbrytningen av isoleringen av en elektrisk installation eller en trasig tråd som faller till marken (Fig. 16.14). Låt oss anta att förbindelsen med marken utförs genom en halvsfärisk jordelektrod. Jorden är homogen med en resistivitet r. I detta fall kommer kortslutningsströmmen I3 att rinna av från jordelektrodens yta i radiernas riktning från sfärens mitt. Strömtäthet δ vid punkt A på markytan på ett avstånd x från sfärens centrum
Strömmen från jordledaren sprider sig över en betydande volym av jorden. När avståndet från jordelektroden ökar, minskar strömtätheten på grund av en kraftig ökning av tvärsnittet av jorden genom vilken strömmen flyter. Vid punkter oändligt långt från jordelektroden (x>∞) är strömtätheten lika med noll.
Mätningar av potentialer vid jordpunkten på olika avstånd från jordelektroden visade att fördelningen av potentialer över jordens yta när strömmen sprids från den halvsfäriska jordelektroden följer den hyperboliska lagen (se kurvan i fig. 16.14). .
På ett avstånd av 1 m från jordelektroden är spänningsfallet 68%, på ett avstånd av 10 m - 92%, på ett avstånd av 20 m är punkternas potentialer så små att de praktiskt taget kan tas lika med noll. Dessa punkter på markytan kan anses ligga utanför spridningszonen och kallas "jord" i ordets elektriska mening.
En liknande fördelning av potentialer uppstår när strömmen sprids från jordledare av en annan form (rör, platta, kontaktpunkten för en trasig tråd med jorden, etc.).
Ström rinner ut i marken endast genom en ledare som är i direkt kontakt med marken. Sådan kontakt kan vara oavsiktlig eller avsiktlig.
I det senare fallet kallas en ledare eller en grupp av sammankopplade ledare som är i kontakt med jord en jordelektrod. En enda ledare i kontakt med jord kallas en enda jordelektrod, och en jordelektrod som består av flera parallellkopplade enstaka jordelektroder kallas en grupp eller komplex jordelektrod.
Strömflödet in i marken åtföljs av uppkomsten av vissa potentialer på jordelektroden, i marken runt jordelektroden och på jordytan. I den volym av jorden där strömmen passerar uppstår ett så kallat strömspridningsfält. Teoretiskt sträcker det sig till oändligheten. Men under faktiska förhållanden, redan på ett avstånd av 20 m från jordelektroden, visar sig tvärsnittet av jordskiktet som strömmen passerar vara så stort att strömtätheten här är praktiskt taget lika med noll. Därför, med en sfärisk jordelektrod med en liten radie, kan spridningsfältet betraktas som en begränsad volym av en sfär med en radie på cirka 20 m.
Bild. Hemisfärisk elektrod
Bild. Potentialkurva för en enda halvsfärisk jordelektrod - visar fördelningen av potentialer på jordens yta
Bild. Ekvipotentiallinjer - linjer på jordens yta med samma potential
Huvudegenskaperna för ett enda jordelektrodsystem är:
- spänning på jordelektroden;
| Jordelektroddesign | Notera | |
| I c - ström som flyter in i marken, R - bollens radie; ρ - jordresistivitet | ||
 |
||
| D - skivans diameter | ||
 |
l är längden på jordelektroden; d är diametern på sektionen av jordstaven |
- typ av potentialkurva (potentialen för jordpunkter i spridningszonen och deras förändring beroende på avståndet till jordelektroden);
| Jordelektroddesign | Ekvation för att bestämma potentialkurvan | Notera |
| Halvsfärisk på jordens yta |  |
|
| Stång med cirkulärt tvärsnitt på jordens yta |  |
l är längden på jordelektroden |
| Skiva på marken |  |
D - skivans diameter |
| En förlängd stång med cirkulärt tvärsnitt som ligger på marken | Längs jordelektrodens axel  |
l är längden på jordelektroden |
Tvärs över jordningsaxeln  |
- typ av ekvipotentiallinjer (linjer med lika potential på jordens yta);
- motståndet hos jordledaren och jordningsanordningen;
- berörings- och stegspänningar.
Tänk på de fysiska fenomenen för en gruppjordning.
Vid oändligt stora avstånd mellan elektroderna på en gruppjordelektrod (i praktiken kan det anses vara mer än 40 m) interagerar strömspridningsfälten runt dem praktiskt taget inte. I detta fall skär potentialkurvorna för varje elektrod inte varandra.
Bild. Gruppjordstavstyp med cirkulärt tvärsnitt vid markytan (med ett "stort" avstånd mellan elektroderna)
Bild. Fördelning av potentialer på jordytan med en gruppjordelektrod (med ett "stort" avstånd mellan elektroderna)
Vid små avstånd mellan elektroderna på gruppjordelektroden (mindre än 40 m) tycks strömspridningsfälten överlappa varandra, och elektrodernas potentialkurvor skär varandra och bildar sammantaget en kontinuerlig total potentialkurva för gruppjordelektrod. Eftersom elektroderna på gruppjordelektroden är elektriskt sammankopplade har de samma potential, vilket är potentialen för gruppjordelektroden. Följaktligen kommer potentialen för varje elektrod i gruppjordelektroden att bestå av sin egen potential, på grund av strömmen som dräneras genom den, och potentialerna inducerade av andra elektroder. PÅ allmänt fall elektrodernas egna potentialer är inte lika, precis som de potentialer som induceras av andra elektroder inte är lika. Emellertid är summan av dess egen och alla potentialer som induceras på elektroden för alla elektroder densamma och lika med potentialen för gruppjordelektroden.
Bild. Fördelning av potentialer på jordens yta med en gruppjordelektrod (i blått är potentialkurvorna för enstaka jordelektroder, och i rött - potentialkurvan för en gruppjordledare)
Som ett resultat får jordens yta i områdena mellan elektroderna en viss potential. I detta fall beror formen på den totala potentialkurvan på avståndet mellan elektroderna, deras relativa position, antal, form och storlek.
