Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения Кафедра Техносферная безопасность

• Название: Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения Кафедра Техносферная безопасность
• Дата: 11.05.2023
• Размер: 4.84 Mb.
• Имя файла: laboratornye-dlya-tb-1.docx
• Тип: Методические указания; #1122409
• страница: 26 из 30

Лабораторная работа 5. Определение зависимостей, характеризующих явления при стекании тока в землю через защитный заземлитель

Цель работы: выявить зависимости, характеризующие явления при сте- кании тока в землю через различные виды заземлителей.

1. Теоретическая часть

Стекание тока в землю происходит только через проводник, находящийся с нею в непосредственном контакте. Такой контакт может быть случайным или преднамеренным.

В последнем случае проводник или группа соединенных между собой проводников, находящихся в контакте с землей, называется заземлителем.

Причинами стекания тока в землю является замыкание токоведущей час- ти на заземленный корпус электрического оборудования или падение провода на землю либо использование земли в качестве провода и т. п. Во всех этих случаях происходит резкое снижение потенциала φ_З, заземлившейся токоведу- щей части до значения, равного произведению тока, стекающего в землю, I_З, на. сопротивление заземлителя растеканию тока R_З.

 ₃ 

I ₃ R₃ .
(1)

Это явление используют как меру защиты от поражения током при слу- чайном появлении напряжения на металлических нетоковедущих частях, кото- рые с этой целью заземляю. Однако наряду с понижением потенциала зазем- лившейся токоведущей части при стекании тока в землю возникают и отрица- тельные явления, появляется потенциал на заземлителе и находящихся в кон- такте с ним металлических частях, а также на поверхности грунта вокруг места стекания тока в землю. Возникающие при этом разности потенциалов отдель- ных точек электрической цепи протекания тока, в том числе точек на поверхно- сти земли, достигают больших значений и представлять опасность для челове- ка.

Значение потенциалов, их разностей и характер изменений, а, следова- тельно, и обусловленная ими опасность поражения человека током зависят от многих факторов:

• 
  значения тока, стекающего в землю;
  
• 
  конфигурации, размеров, числа и взаимного расположения электродов;
  
• 
  удельного сопротивления грунта и др.
  

Воздействуя на некоторые из этих факторов можно снизить разности по- тенциалов, действующие на человека, до безопасных значений.

1. Заземлитель с полусферическим электродом

Заземлитель с полусферическим электродом – заземлитель со сфериче- ским 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

  <sub>3

r</sub> I

^x , (2)

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 d_y и диаметром d_y.

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

dI_з =

^{I 3} dy l
, (4)

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

Потенциал этой точки будет равен

d_φ =

dI ₃ ρ_

2π

1


^m, (6)

Учитывая, что m =

чаем

, и заменяя dI_з его значением из формулы (4), полу-

d_φ =

I ₃ ρ_

2L
dy
, (7)

Проинтегрировав это уравнение по всей длине заземлителя (от 0 до l), по- лучим искомое уравнение для потенциала точки А, т. е. уравнение потенциаль- ной кривой

d_φ =

I ₃ ρ _ln

2πl

• 
  l
  

^x , (8)

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

φ_з =

I₃ ρ _ln 2πl
0,5d
, (9)

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

φз =

I ₃ ρ _ln

2πl

4 l


^d , (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 вертикаль- ным трубчатым электродом с размерами l : d = 50 (l = 2,5; d = 0,05)