Общие сведения

Исследование напряжения шага

Методические указания к лабораторной работе

по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»

Ухта 2001

УДК 658.382.3:621.3.

С 65

Сорокин Н.А.. Тропников Г.М. Исследование напряжения Методические указания, г. Ухта: УГТУ 2001-13 с., ил. Методические указания предназначены для выполнения лабораторной работы по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» для студентов всех специальностей.

В методических указаниях с помощью лабораторного стенда, исследуется опасность поражения током под воздействием напряжения шага вследствие повреждения изоляции на воздушных линиях электропередач напряжением 6 кВ и 35 кВ и анализируется эффективность средств защиты. Содержание указаний соответствует рабочим учебным программам.

Рецензент - Голубев Е.Б., доцент кафедры ЭАТП. Редактор Гуревич А. А.

В методических указаниях учтены замечания рецензента и редактора.

Объем 13 с. Тираж 25 экз.

169300, г. Ухта, ул. Первомайская, 13.

Отдел оперативной полиграфии УГТУ 169300, ул. Октябрьская, 13.

Цель работы: исследование опасности поражения электрическим током под воздействием напряжения шага вследствие повреждения изоляции на воздушных линиях электропередач и анализ эффективности средств защиты.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1. Растекание тока при замыкании на землю

Замыкание на землю - случайное соединение находящихся под напряжением частей электроустановки с конструктивными частями, не изолированными от земли, или непосредственно с землей. Замыкание на землю может произойти вследствие появления контакта между токоведущими частями и заземленным корпусом или конструктивными частями оборудования, при падении на землю оборванного провода, при пробое изоляции оборудования высокого напряжения и т.п.

Ток замыкания на землю - ток, стекающий в землю через место замыкания. Стекание тока в землю происходит только через проводник (заземлитель), находящийся с нею в непосредственном контакте. Размеры заземлителя могут быть различными (от нескольких сантиметров до десятков и сотен метров), а форма может быть очень сложной.

Зона растекания тока замыкания на землю - зона земли, за пределами которой электрический потенциал, обусловленный токами замыкания на землю, может быть условно принят равным нулю. Теоретически зона растекания тока простирается до бесконечности. Однако в реальных условиях уже на расстоянии 20 м от заземлителя сечение слоя земли, через которое проходит ток, оказывается столь большим, что плотность тока здесь практически равна нулю.

Стекание тока в землю сопровождается возникновением на заземлителе, в земле вокруг заземлителя, а, следовательно, и на поверхности земли некоторых потенциалов. Значения потенциалов, их разностей и характер изменений, а, следовательно, и обусловленная ими опасность поражения человека током зависят от многих факторов: значения тока, стекающего в землю; конфигурации, размеров, числа и взаимного расположения заземлителей, удельного сопротивления земли и др.

При стекании тока в однородную во всем своем объеме, т.е. обладающую одинаковым удельным сопротивлением, землю через одиночный полушаровой (шаровой на поверхности земли заглубленный так, что его центр находится на уровне земли) заземлитель линии тока вблизи него направлены по радиусам от центра полусферы. При этом линии тока перпендикулярны как к поверхности самого заземлителя, так и к любой полусфере в земле, концентричной с ним, а ток распределяется по этой поверхности равномерно. Плотность тока

, А/м² (1)

где - ток замыкания на землю, А;

х - расстояние от центра заземлителя, м.

Эта поверхность является эквипотенциальной, линии которой на поверхности земли представляют собой концентрические окружности, центром которых является центр заземлителя.

Поле растекания тока в проводящей однородной среде можно рассматривать как стационарное электрическое поле, напряженность которого в дифференциальной форме по закону Ома

, В/м, (2)

где - удельное сопротивление земли, Ом м.

Удельное сопротивление земли меняется в широких пределах и зависит от многих факторов, в том числе от рода земли, её влажности, дисперсности, а также времени года.

Линии напряженности электрического поля совпадают с линиями плотности тока.

Напряженность электрического поля равна также падению напряжения, отнесенного к единице длины линии напряженности поля, т.е. на единице пути, совпадающего с линией напряженности поля. В данном случае

, В/м (3)

где dU - падение напряжения в элементарном слое земли толщиной dx.

Напряжение относительно земли, т.е. потенциал, - напряжение относительно точки земли, находящейся вне зоны растекания тока замыкания на землю.

Потенциал любой точки на поверхности земли равен суммарному падению напряжения в земле на участке от х до бесконечно удаленной точки с нулевым потенциалом

,В (4)

Решив этот интеграл, получим

,В (5)

Если учесть, что

(6)

то

(7)

Это выражение является уравнением равносторонней гиперболы, значит, потенциалы точек земли в поле растекания изменяются по гиперболическому закону. Такое распределение потенциалов объясняется формой проводника-земли, поперечное сечение которого возрастает пропорционально квадрату расстояния от центра заземлителя.

Потенциал заземлителя при х равном радиусу заземлителя

, В (8)

где r - радиус заземлителя, м.

Следовательно, потенциал на поверхности земли вокруг полушарового заземлителя изменяется по закону гиперболы, уменьшаясь от максимального значения до нуля по мере удаления от заземлителя.

Разделив (5) на (8), получим

, В (9)