Akım toprağa aktığında fenomenler. Gerilim
dokunma, adım voltajı
Akımın toprağa akışı, ekipmanın enerjili metal parçalarının (kasa, çerçeve vb.) potansiyelinde toprak elektrotunun potansiyelinde keskin bir düşüş olduğu bir olgudur φ 3: φ 3 = İ 3 R 3 ,
Yere akan akımın büyüklüğü nerede;
― topraklama cihazının direncine eşit olan direnç.
Kasa ile zemin arasında akımın akması nedeniyle yüksek iletkenliğe sahip bir bağlantı oluşturulur. İnsan vücudundan geçerken hayati tehlike oluşturmaz. Çünkü acil bir durumda örneğin bir faz kasaya kısa devre yaptığında işçinin kasaya dokunması faza dokunmaya eşdeğerdir ve vücudundan tehlikeli bir akım geçebilir. Koruyucu topraklama varlığında voltaj tehlikesi azalır, çünkü akım için düşük dirençli = 4 ohm veya 10 ohm olan bir elektrik devresi oluşturulur, bunun sonucunda akımın en az yol boyunca boşalır. rezistans.
İnsan vücudunun direnci şu değerlere sahip olabilir: 104 ... 106 Ohm. Elektrik güvenliğini sağlayan koruyucu ekipmanın daha fazla güvenilirliğini sağlamak için 1000 ohm'a eşit hesaplanmış bir insan direnci değeri kullanılır.
Adım gerilimi (adım gerilimi), arıza akımının toprağa bir kişinin ayaklarıyla aynı anda dokunarak yayılması nedeniyle toprak noktaları arasındaki gerilimdir.
En büyük elektrik potansiyeli, iletkenin toprakla temas noktasında olacaktır. Bu yerden uzaklaştıkça, iletkenin (toprak) kesiti yarıçapın karesi ile orantılı olarak arttığından, zemin yüzeyinin potansiyeli azalır ve 20 m'lik bir mesafe sıfıra eşit alınabilir.
Adım voltajındaki hasar, bacak kaslarının konvülsif kasılmaları nedeniyle bir kişinin düşebileceği ve daha sonra elektrik devresinin hayati organlar aracılığıyla vücutta kapanması nedeniyle ağırlaşır.
Bir elektrik devresinde bir kişinin aynı anda dokunduğu iki nokta arasındaki gerilime dokunma gerilimi denir.
Böyle bir dokunma tehlikesi, insan vücudundan geçen akımın değeri veya dokunuşun voltajı ile tahmin edilir ve bir dizi faktöre bağlıdır: insan vücudundan geçen akım devresini kapatma devresi, şebeke voltajı , ağın devresi, nötr modu (topraklanmış veya yalıtılmış nötr), akım taşıyan parçaların topraktan yalıtım derecesi, akım taşıyan parçaların toprağa göre kapasitans değerleri, vb.
- ^
Elektrik çarpmasına karşı koruma önlemleri
Elektrik akımının bir kişi üzerindeki tehlikeli etkilerini önlemek için aşağıdaki koruyucu önlemler uygulanır: koruyucu topraklama; sıfırlama, ağların elektriksel olarak ayrılması; düşük voltaj kullanımı; yalıtım hasarının kontrolü ve önlenmesi; Çift izolasyon; koruyucu kapatma; potansiyel eşitleme; canlı parçalarla kazara temasa karşı koruma; koruyucu aletler; elektrikli koruyucu ekipman ve cihazlar; engelleme; uyarı işaretleri, güvenlik işaretleri.
GOST 12.1.019-79 SSBT'ye göre, elektrik güvenliği ve elektrik çarpması tehlikesine karşı koruyucu ekipmanın çalışması şu şekilde sağlanır: elektrik tesisatlarının tasarımı, teknik yöntemler
ve koruma araçları; organizasyonel ve teknik önlemler.
Koruyucu topraklama en yaygın olanıdır ve etkili yol elektrik çarpmasına karşı koruma.
Bu, toprağa kasıtlı bir elektrik bağlantısı veya ekipmanın akım taşımayan metal parçalarına eşdeğerdir. Koruyucu topraklamanın çalışma prensibi, insan vücudundan geçen kontak gerilimini ve akımı güvenli değerlere indirmektir.
Koruyucu topraklamanın amacı, bir kişinin temas etmesi durumunda elektrik çarpması tehlikesini ortadan kaldırmaktır.
elektrikli ekipmanın gövdesine veya elektrik verilmiş diğer akım taşımayan metal parçalara. Bir kişiyi elektrik akımıyla voltajdan korumanın bu yöntemi, akımın toprağa akması olgusuna dayanır.
Şekil 4, koruyucu topraklamanın şematik bir diyagramını ve tek bir topraklama iletkeni etrafındaki dünya yüzeyindeki potansiyel dağılım yasasını yansıtan bir potansiyel eğriyi göstermektedir, 
, burada A noktasında bir kapanma meydana geldiğinde, potansiyel dağılım yasasının hiperbolik bir karaktere sahip olduğu ve potansiyelin A kapanma noktasında maksimum bir değere sahip olduğu ve kapanmadan uzaklaştıkça azaldığı gösterilmiştir.
Koruyucu topraklama, şerit yatay topraklama iletkenleri ile birbirine bağlanan ve zeminde en az 0,5 m H 0 derinliğinde bulunan dikey topraklama iletkenlerinden oluşur.Dikey topraklama olarak çubuk, boru, köşebent, kanal vb. Metal elemanlar kullanılır. iletkenler kural olarak, 12x4 kesitli bir metal şerit kullanılır; 16x4 mm. Şeridin dikey topraklama iletkenleri ile bağlanmasına PUE uyarınca izin verilmez.
Şekil 4 - devre şeması koruyucu toprak
- dokunma gerilimi, V; 
akımın büyüklüğü, A; -
Potansiyel eğri; EC - elektrik tesisatı çantası; 
- koruyucu tesisatın direnci; 
- kişinin vücudunun elektrik direnci; Z - dikey topraklama
Uygulamada, grup topraklama iletkenleri kullanılır - tek topraklama iletkenlerinin ve bir şeridin paralel bağlantısı. Böyle bir topraklama iletkeni, akımın yayılmasına karşı daha düşük bir dirence sahiptir ve hacimde ve toprak yüzeyinde daha iyi potansiyel eşitleme yaratır.
Koruyucu topraklamanın tasarımı, cihazı ve parametreleri için gereksinim Elektrik Tesisatı Kuralları (PUE) ve GOST 12.1.030-81 SSBT “Elektrik güvenliği. Koruyucu topraklama, sıfırlama.
Topraklama iletkenleri olarak, yapay olanlara ek olarak, doğal topraklama iletkenleri kullanılır - bunlar toprakta bulunan metal nesnelerdir (su boruları, yanıcı sıvıların boru hatları, yanıcı ve patlayıcı gazlar hariç diğer metal borular; metal ve betonarme yapılar) toprağa bağlı binalar ve yapılar; kurşun kabuk kablolar, vb.)
Düzenleyici belgeler, korumalı bir topraklama cihazının izin verilen en yüksek direncinin değerini belirler
elektrik tesisatlarında. Bu nedenle, elektrik tesisatlarında evet 1000 kVA'ya kadar jeneratör gücüne sahip izole nötr bir ağda 1000 V 10 ohm ve 100 kVA'ya kadar güç ile 4 ohm'dur.
Topraklama cihazının hesaplanması, topraklama tipinin, tek topraklama iletkenlerinin sayısının, boyutunun, yerleşim yönteminin belirlenmesinden oluşur.
PUE uyarınca elektrik tesisatlarının topraklanması veya topraklanması yapılmalıdır:
380 V ve üzeri AC gerilimde;
440 V'luk bir voltajda ve doğru akımın üzerinde;
42 V'un üzerindeki ancak 380 V AC'nin altındaki voltajlarda
ve 110 V'un üzerinde, ancak 440 V DC'nin altında (tehlikenin yüksek olduğu odalarda, özellikle tehlikeli ve dış mekan kurulumlarında).
Sıfırlama, kasaya kısa devre nedeniyle enerjilenebilecek, ekipmanın akım taşımayan metal parçalarının sıfır koruyucu iletkeni ile kasıtlı bir elektrik bağlantısıdır. Hasarlı elektrik tesisatının elektrik şebekesinden hızlı bir şekilde ayrılması söz konusudur.
Sıfırlamanın çalışma prensibi, koruma çalışması sağlayabilen ve böylece otomatik olarak bağlantısını kesebilen, büyüklükte büyük bir akım üretmek için gövdeye giden bir kısa devrenin faz ve nötr teller arasında tek fazlı bir kısa devreye dönüştürülmesidir. elektrik şebekesinden hasarlı elektrik tesisatı.
Koruma aracı olarak sigortalar, dahili termik korumalı manyetik yolvericiler, termik rölelerle birlikte kontaktörler, aynı anda kısa devre akımlarına ve aşırı yüke karşı koruma sağlayan otomatik makineler olabilir.
Sıfırlama, üç fazlı dört telli ağlarda kullanılır
topraklanmış nötr ile. Sıfırlama, topraklanması gereken elektrikli ekipmanın akım taşımayan parçalarına tabidir. Aynı zamanda, nötr koruyucu telin ek topraklaması nedeniyle güvenlik koşullarını iyileştirdiği için elektrik tesisatlarını topraklamak ve topraklamak yasak değildir.
temel hata bir elektrik tesisatının enerjilenen parçalarının toprağa kazara elektrik bağlantısı denir.
Yalıtım hasar gördüğünde ve kısa devre olduğunda bir toprak arızası meydana gelir.
elektrikli ekipmanın gövdesindeki fazlar, kopmuş bir tel yere düştüğünde ve başka nedenlerle.
Akımın toprağa akışı, onunla doğrudan temas halinde olan ve iletken olarak adlandırılan bir iletken aracılığıyla gerçekleşir. toprak elektrotu . Topraklama anahtarları koruyucu bir işlev görür, çünkü bir kısa devre meydana geldiğinde, hasarlı fazın toprağa göre potansiyeli, topraklama iletkeni boyunca voltaj düşüşüne eşit bir değere düşer:
Uz = Iz Rz,(1)
nerede: Iz - toprak arıza akımı,
Rz - topraklama iletkeni akımının yayılmasının direnci.
Akım, topraklama iletkeninden tüm yönlerde yüzeye ve yerin derinliklerine eşit olarak yayılır. Toprak elektrotundan uzaklaştıkça akım yoğunluğu azalır, çünkü akımın geçtiği toprak tabakasının kesiti artar, yani. toprak yüzeyinin potansiyeli, toprak elektrotundan sonsuz büyük bir mesafede (l » 20 m) toprak elektrotundaki maksimum değerden sıfıra olan mesafe ile azalır.
Toprak arıza akımlarından kaynaklanan elektrik potansiyelinin sıfıra eşit olmadığı toprak bölgesine denir. akım yayılma bölgesi .
Bir akım devresinde bir kişinin aynı anda dokunduğu iki nokta arasındaki gerilime denir. dokunma gerilimi .
U pr \u003d U s - U x,(2)
burada U g, muhafazaların altına yerleştirildiği toprak elektrotunun potansiyelidir.
toprak elektrotuna elektriksel olarak bağlı elektrikli ekipman;
U x - üzerinde duran bir kişinin bacakları tarafından elde edilen potansiyel
x mesafesindeki akımın yayılma alanındaki zemin yüzeyi
toprak elektrotu.
|
Dokunma gerilimi U pr sıfırdan artar (toprak elektrotunda) 20 metre mesafede maksimum değere kadar.
Bir kişinin aynı anda üzerinde durduğu, birbirinden adım mesafesinde (» 0,8 m.) bulunan akım devresinin iki noktası arasındaki gerilime denir. adım gerilimi .
Adım Gerilimi U w toprak elektroduna mümkün olduğunca yakın , ondan uzaklaştıkça azalır ve yayılma bölgesinin dışında sıfıra eşittir. Yayılma bölgesinde herhangi bir yer adım voltajı ne kadar büyükse, adım genişliği o kadar büyük olur .
Yere düşen tele 6-8 metreden daha yakın bir mesafeden yaklaşmak yasaktır. Tehlike bölgesine girdikten sonra, kaza mahallinin aksi yönünde küçük adımlarla oradan ayrılmalısınız.
Binaların sınıflandırılması
Yenilgi tehlikesi dereceleri
Elektrik şoku
Elektrik Tesisatı Kurallarına (PUE) göre, insanlara elektrik çarpması tehlikesi ile ilgili olarak:
1) artan tehlike olmayan tesisler artan ve özel bir tehlike yaratan hiçbir koşulun bulunmadığı;
2) yüksek riskli alanlar oluşturan aşağıdaki beş koşuldan birinin varlığı ile karakterize edilir. artan tehlike:
a) uzun süre rutubet (%75'ten fazla nem),
b) iletken toz (kömür, metal vb.),
c) iletken zeminler (beton, betonarme, metal, toprak vb.),
d) uzun süre yüksek sıcaklık (35 ° C'den fazla);
e) zemine bağlı bina ve yapıların elektrik teçhizatı ve elemanlarının metal kasaları ile aynı anda temas olasılığı;
3) özellikle tehlikeli tesisler ile karakterize edilir:
a) aşırı nem (%100'e yakın bağıl nem),
b) Elektrikli ekipmanın yalıtımını ve canlı kısımlarını tahrip eden kimyasal olarak aktif veya organik ortam (agresif buharlar, gazlar ve sıvılar, tortular veya küfler),
c) artan tehlike yaratan iki veya daha fazla koşulun aynı anda varlığı;
4) dış mekan elektrik tesisatları için bölge özellikle tehlikeli tesislere eşit olan , tk. belirli bir tehlike yaratan koşulların varlığı ile karakterize edilir.
Potansiyelin dünya yüzeyinde dağılımı, diyagram.
Bir kişiye elektrik çarpması tehlikesi, büyük ölçüde, bir elektrik akımı toprağa aktığında meydana gelen olaylar tarafından belirlenir.
Akımın toprağa akışı, yalnızca onunla doğrudan temas halinde olan bir iletken aracılığıyla gerçekleşir. Bu tür bir temas tesadüfi veya kasıtlı olabilir. İkinci durumda, toprakla temas halinde olan bir iletken veya birbirine bağlı iletkenler grubuna toprak elektrotu denir.
Akımın toprağa akışının nedenleri şunlardır: akım taşıyan parçanın topraklanmış elektrikli ekipman gövdesine kısa devresi; yere düşen tel; toprağı tel olarak kullanmak vb. Tüm bu durumlarda, elektrikli ekipmanın jz, V topraklanmış kısmının potansiyelinde, toprağa akan akımın ürününe, Iz, A ve bu akımın karşılaştığı dirence eşit bir değere keskin bir düşüş vardır. yolda, yani toprak elektrotunun akımın yayılmasına direnci Rz, Ohm:
Akımın toprağa akışına, yalnızca toprak elektrotunda değil, aynı zamanda toprak elektrotunun etrafındaki toprakta ve dolayısıyla bazı potansiyellerin toprak yüzeyinde görünümü eşlik eder.
Bu potansiyellerin değerlerinin neye bağlı olduğunu, toprak elektrotuna olan mesafedeki değişikliklerle nasıl değiştiklerini, yani potansiyel eğrinin denklemini bilmemiz gerekir.
Potansiyelin dünya yüzeyinde dağılımı. Elektrik tesisatlarının parçalarının toprağa kapanmasına, içinden geçen akım akışı eşlik eder. Toprak, elektrik devresinin bir parçası olur. Bu durumda, dünyanın direnci nedeniyle, bir voltaj düşüşü meydana gelir ve dünya yüzeyindeki bireysel noktalar arasında bir potansiyel farkı ortaya çıkar.
Bir elektrik tesisatının yalıtımının bozulması veya yere düşen kopmuş bir tel sırasında akımın toprağa yayılmasının şemasını düşünün (Şek. 16.14). Toprakla bağlantının yarım küre bir toprak elektrotu aracılığıyla yapıldığını varsayalım. Toprak özdirenci r ile homojendir. Bu durumda, kısa devre akımı I3, kürenin merkezinden yarıçap yönünde toprak elektrotunun yüzeyinden boşalacaktır. Akım yoğunluğu δ kürenin merkezinden x uzaklıkta zemin yüzeyindeki A noktasında
Topraklama iletkeninden gelen akım, dünyanın önemli bir hacmine yayılır. Toprak elektrotundan olan mesafe arttıkça, akımın aktığı yerin enine kesitindeki keskin bir artış nedeniyle akım yoğunluğu azalır. Toprak elektrotundan (x>∞) sonsuz uzaklıkta olan noktalarda akım yoğunluğu sıfıra eşittir.
Toprak elektrotundan farklı mesafelerde toprak noktasındaki potansiyellerin ölçümleri, akım yarım küre toprak elektrotundan yayıldığında, potansiyellerin dünya yüzeyi üzerindeki dağılımının hiperbolik yasaya uyduğunu göstermiştir (bkz. Şekil 16.14'teki eğri).
Toprak elektrodundan 1 m mesafede, voltaj düşüşü %68, 10 m - %92 arasında, 20 m mesafede noktaların potansiyelleri o kadar küçüktür ki, pratikte eşit alınabileceklerdir. sıfır. Yer yüzeyindeki bu noktalar yayılma bölgesinin dışında değerlendirilebilir ve kelimenin elektriksel anlamıyla "toprak" olarak adlandırılabilir.
Benzer bir potansiyel dağılımı, akım farklı bir şekle sahip topraklama iletkenlerinden (boru, plaka, kopan telin toprağa temas ettiği yer, vb.) Yayıldığında meydana gelir.
Akım, yalnızca toprakla doğrudan temas halinde olan bir iletken aracılığıyla toprağa akar. Bu tür bir temas tesadüfi veya kasıtlı olabilir.
İkinci durumda, toprakla temas halinde olan bir iletken veya birbirine bağlı iletkenler grubuna toprak elektrotu denir. Toprakla temas halinde olan tek bir iletkene tek bir toprak elektrotu denir ve birkaç paralel bağlı tek toprak elektrotundan oluşan bir toprak elektrotuna grup veya karmaşık toprak elektrotu denir.
Akımın toprağa akışına, toprak elektrotunda, toprak elektrotunun çevresinde ve toprak yüzeyinde bazı potansiyellerin ortaya çıkması eşlik eder. Akımın geçtiği yerin hacminde, akım yayılma alanı olarak adlandırılan bir alan ortaya çıkar. Teorik olarak, sonsuza kadar uzanır. Bununla birlikte, gerçek koşullarda, toprak elektrotundan zaten 20 m uzaklıkta, akımın geçtiği toprak tabakasının enine kesiti o kadar büyük olur ki, buradaki akım yoğunluğu pratikte sıfıra eşittir. Bu nedenle, küçük bir yarıçapa sahip küresel bir toprak elektrotu ile, yayılma alanı, yaklaşık 20 m yarıçaplı bir kürenin sınırlı hacmi olarak düşünülebilir.
Resim. yarım küre elektrot
Resim. Tek bir yarım küre toprak elektrotunun potansiyel eğrisi - potansiyellerin dünya yüzeyindeki dağılımını gösterir
Resim. Eş potansiyel çizgiler - aynı potansiyele sahip dünya yüzeyindeki çizgiler
Tek bir toprak elektrot sisteminin ana özellikleri şunlardır:
- toprak elektrotunda voltaj;
| Toprak elektrot tasarımı | Not | |
| ben c - yere akan akım, R - topun yarıçapı; ρ - toprak direnci | ||
 |
||
| D - disk çapı | ||
 |
l toprak elektrotunun uzunluğudur; d, toprak çubuğunun bölümünün çapıdır |
- potansiyel eğrinin türü (yayılma bölgesindeki toprak noktalarının potansiyelleri ve bunların toprak elektroduna olan mesafeye bağlı olarak değişimi);
| Toprak elektrot tasarımı | Potansiyel eğriyi belirlemek için denklem | Not |
| Dünyanın yüzeyinde yarım küre |  |
|
| Dünya yüzeyinde dairesel kesitli çubuk |  |
l toprak elektrotunun uzunluğu |
| Yerdeki disk |  |
D - disk çapı |
| Yerde yatan uzatılmış bir dairesel kesitli çubuk | Toprak elektrotunun ekseni boyunca  |
l toprak elektrotunun uzunluğu |
Topraklama ekseni boyunca  |
- eş potansiyel çizgilerin türü (yeryüzünde eşit potansiyele sahip çizgiler);
- topraklama iletkeni ve topraklama cihazının direnci;
- dokunma ve adım voltajları.
Bir grup topraklaması için fiziksel olayları düşünün.
Bir grup toprak elektrotunun elektrotları arasındaki sonsuz büyük mesafelerde (pratikte, 40 m'den fazla olduğu düşünülebilir), etraflarındaki akım yayılma alanları pratik olarak etkileşime girmez. Bu durumda, her elektrotun potansiyel eğrileri karşılıklı olarak kesişmez.
Resim. Toprak yüzeyinde grup topraklama çubuğu tipi dairesel kesit (elektrotlar arasında "büyük" bir mesafe ile)
Resim. Bir grup toprak elektrotu ile (elektrotlar arasında "büyük" bir mesafe ile) dünya yüzeyindeki potansiyellerin dağılımı
Grup toprak elektrotunun elektrotları arasındaki küçük mesafelerde (40 m'den az), akım yayılma alanları birbiriyle örtüşüyor gibi görünüyor ve elektrotların potansiyel eğrileri karşılıklı olarak kesişiyor ve toplanarak, sürekli bir toplam potansiyel eğrisi oluşturuyor. grup toprak elektrotu. Grup toprak elektrotunun elektrotları elektriksel olarak birbirine bağlı olduğundan, grup toprak elektrotunun potansiyeli olan aynı potansiyele sahiptirler. Sonuç olarak, grup toprak elektrotunun her bir elektrotunun potansiyeli, içinden geçen akım nedeniyle kendi potansiyelinden ve diğer elektrotlar tarafından indüklenen potansiyellerden oluşacaktır. AT Genel dava elektrotların kendi potansiyelleri, diğer elektrotlar tarafından indüklenen potansiyeller eşit olmadığı gibi eşit değildir. Bununla birlikte, tüm elektrotlar için elektrot üzerinde indüklenen kendi ve tüm potansiyellerinin toplamı, grup toprak elektrotunun potansiyeline eşittir ve eşittir.
Resim. Bir grup toprak elektrotu ile dünya yüzeyindeki potansiyellerin dağılımı (mavi, tek toprak elektrotlarının potansiyel eğrileridir ve kırmızı - bir grup toprak elektrotunun potansiyel eğrisidir)
Sonuç olarak, elektrotlar arasındaki alanlarda toprak yüzeyi belirli bir potansiyel kazanır. Bu durumda, toplam potansiyel eğrinin şekli, elektrotlar arasındaki mesafeye, bunların göreceli konumuna, sayısına, şekline ve boyutuna bağlıdır.
