Физические явления растекания электрического тока в земле

Стекать ток в землю может через проводник, который ее касается. Контакт может быть случайным или преднамеренным. Преднамеренный контакт проводника с землей происходит тогда, когда в землю помещают заземляющий электрод (заземлитель). Рассмотрим случай, когда имеется одиночный заземлитель полушаровой формы, радиусом r. Полушаровая форма выбрана для простоты формул. Накладываются следующие ограничения – грунт однородный и изотропный. Удельное сопротивление грунта –. Линии тока совпадают с радиусом. Плотность тока, который протекает по земле, равна. Втекающий ток, создает электрическое поле, напряженность которого определяется следующим образом:. Электрическое поле наводит на поверхности земли потенциалы:

При

При

Уже на расстоянии 20 м от электрода потенциал на поверхности земли, практически равен 0.

Рассмотрим случаи, когда у нас несколько электродов включено параллельно.

Суммарное сопротивление контурного заземлителя, это параллельно включенные сопротивления.

– коэффициент использования (коэффициент взаимного влияния)

Рассмотрим случай прикосновения человека к металлическим частям оборудования или к земле.

<вставить картинку>

Имеется три вида оборудования, они все соединены и заземлены одним электродом. Почва однородна. Третий рабочий находится на расстоянии от электрода 20 метров, первый стоит на электроде, второй посередине. Если у второго произошел пробой (металлический корпус оказался под напряжением). Кто пострадает больше всех?

1. Напряжение прикосновения это разность двух потенциалов

Для первого:

Для второго:

Для третьего:

Следовательно пострадает больше тот, кто дальше всего от электрода. Если бы был групповой заземлитель – хуже тем кто между ними.

Напряжение шага.

Напряжением шага называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек.

Пусть а – расстояние шага.

Рассмотрим второй случай, когда человек идет в зоне оборванного провода.

Т.е. чем меньше шаг – тем меньше шаговое напряжение.

Мероприятия по защите человека от поражения электрическим током.

1. Организационные мероприятия

a. Для профилактики электротравматизма на предприятиях

- разрабатываются документы, по вопросам эксплуатации и проектирования электроустановок и сетей

- проводят подбор кадров

- обучение и инструктаж персонала, которому предстоит эксплуатация электроустановок, а также организуют безопасное ведение работ на установках и электросетях.

Основными нормативными документами являются ГОСТы, СНИПы, а также следующие документы: «Правила производства и приемки работ электротехнических устройств», «Правила устройства электроустановок», «Правила техники безопасности при монтажных и электроналадоыных работах», «Правила техники безопасности при эксплуатации электрооборудования».

2. Технические мероприятия

Использовать пониженное напряжение

Увеличить сопротивление участка цепи, в которую подключился человвекю

Уменьшить ток через человека. Путем разветвления тока, например, параллельно человеку подлючается заземляющее устройство с малым сопротивлением.

Уменьшить время воздействия.

· Устранение возможности прикосновения или опасного приближения к токоведущим частям. Обеспечение безопасности достигается применением надежной изоляции токоведущих частей, ограждением токоведущих частей или расположение токоведущих частей на недоступной высоте.

· Установка реле и плавких предохранителей, которые срабатывают, когда ток превышает какое-то значение.

· Применение блокировок и сигнализаций на опасных участках.

· Применение маркировки и специальной окраски для распознавания частей электроустановок по напряжению, току и по назначению.

· Применение понижающего напряжения, например, электромонтажный инструмент, который питается от сети не может превышать 36 В, а в опасном помещении не более 12 В.

Защита человека от воздействия опасного напряжения прикосновения при замыкании токоведущих частей на металлические не токоведущие части установки. (замыкание на корпус)

Есть три метода защиты:

· Защитное заземление

· Защитное зануление

· Защитное отключение

Защитное заземление.

- это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей конструкции, которые могут оказаться под напряжением.

Назначение защитного заземления: снижение до безопасного значения напряжения прикосновения, обусловленного замыканием на корпус.

Область применения: в сетях, напряжением до 1000 В. Это сети с изолированной нейтралью. В сетях с напряжением выше 1000 В, применяется с любым режимом нейтрали.

Принципиальная схема для сетей до 1000 В. <вставить картинку>

Принцип действия заключается в снижении напряжения прикосновения обусловленного замыканием на корпус. Достигается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования, а также путем выравнивания потенциала основания, на котором стоит человек и заземленного оборудования (подъемом потенциала основания, на котором стоит человек, до значения близкого к значению потенциала заземленного оборудования).

Заземляющее устройство состоит из заземляющего проводника и заземляющего электрода. Заземляющий проводник может быть искусственным и естественным. Искусственный заземляющий проводник – специально проложенный провод по зданию. Естественный заземляющий проводник, это когда для нужд заземляющего проводника используются какие-то металлические конструкции здания (например батареи). Металлический электрод может быть естественным и искусственным. Если это искусственный электрод – то это закопанный металлический предмет, самое главное чтобы верхний уровень был на 0.5 метра глубже уровня промерзания грунта. Используют свинцовые обмотки кабелей или железобетонные стержни зданий в качестве естественных заземлителей.

Заземляющие устройства в зависимости от того как они расположены могут быть выносными и контурными. Выносные это когда выбирается грунт с наименьшим сопротивлением – туда и закапывают электрод. Контурное заземление лучше. Наибольшее допустимое значение заземляющего устройства устанавливается правилами устройства электроустановок (ПУЭ), не более 4 Ом для сетей с напряжением меньше 1000 В, если мощность сети неизвестна или больше 100 КилоВольтАмпер. (В ЗАДАЧАХ ИСПОЛЬЗОВАТЬ ВСЕГДА 4 ОМ).

Защитное зануление.

- это преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей конструкции, которые могут оказаться под напряжением, с заземленной нейтральной точкой.

Назначение защитного зануления: устранение опасности поражения человека электрическим током в случае прикосновения к металлическим нетоковедущим частям, которые оказались под напряжением в следствии замыкания на корпус.

Принцип действия: превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание, т.е. замыкание между фазным и нулевым проводом, с целью вызвать большой ток, который обеспечит срабатывание защиты и тем самым автоматически отключит поврежденную электроустановку от сети. Такой защитой является предохранители, автоматы тока и другие устройства. Поскольку через зануленный провод корпус заземлен, то до автоматического отключения проявляется свойство защитного заземления.

Область применения: сети с напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью.

Принципиальная схема: <вставить картинку>

Через каждые 3-5 метра нейтральный провод заземляют. Отключающее устройство – например, предохранитель.

Назначение повторного заземления: в случае обрыва защитного провода, зануление работать не будет, а повторное заземление будет обеспечивать защитное заземление.

Защитное отключение.

- это быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения человека током. Защитное отключение предусматривает защиту человека при прикосновение к фазным проводам, находящимся под напряжениям, а также к металлическим нетоковедущим частям, которые оказались под напряжением в случае замыкания на корпус. Если при прикосновении человека к корпусу оборудования или к фазному проводу, напряжение прикосновения или ток через человека превысит допустимые значения и возникнет угроза поражения человека током, то одним из способов защиты мот быть быстрый разрыв цепи тока через человека, т.е. отключение участка цепи, в которой находится человек.

Область применения: любая сеть. Но особенно целесообразно применять тогда, когда

1. Невозможно устроить защитное заземление (переносная установка, скальный грунт)

2. Если в установках с заземленной нейтралью невозможно подсоединиться к нулевому проводу

3. Если имеется большая вероятность прикосновения человека к открытым токоведущим частям.

Основные элементы защитного отключения: прибор, который воспринимает входную величину, реагирует на ее изменение и при определенных значениях дает сигнал на отключение выключателю. Еще один основной исполнительный орган – автоматический выключатель.

Принцип работы: произошло замыкание на корпус, реле замкнулось.. и пошла свистопляска!

….забил на лекцию!

Пожарная безопасность.

….

Параметры, которые характеризуют опасности пожаров и взрывов.

1. Не всякая молекула может вступить в химическую реакцию, а только активная молекула, т.е. молекула, обладающая достаточным запасом энергии для того чтобы сблизиться с другой частицей не смотря на действие сил отталкивания. Эта энергия называется энергией активации. С точки зрения энергии, все химические реакции делятся на два типа: эндотермические, идущие с поглощением тепла, и экзотермические, выделяющие тепло (опасные).

2. Температура горючей смеси. Скорость химической реакции

коэффициент, R – газовая постоянная, T – температура воспламеняющейся жидкости.

Пламенное горение, без стороннего источника, происходит самовоспламенение как результат возрастания скорости экзотермической реакции. Скорость образования тепла, в результате экзотермической химической реакции, пропорциональна скорости химической реакции:

- скорость теплообразования в результате химической реакции

Скорость теплоотдачи в окружающую среду зависит от следующих параметров:

- коэф. теплопроводности

Температура самовоспламенении, это такая температура, при которой:

3. Концентрационные пределы: НКП, ВКП. Зависимость температуры самовоспламенения от концентрации

Тсв

Область горения

НКП ВКП С%

НКП – нижний концентрационный предел, это минимальная концентрация горючего в горючей смеси, с которой возможно воспламенение.

ВКП – верхних концентрационный предел, это максимальная концентрация горючего в горючей смеси, с которой возможно вопспламенение.

Ниже НКП и выше ВКП то не горит. Чем ниже НКП, тем более опасно с точки зрения пожара – горючее вещество.

4. Температура вспышки. Пусть имеется резервуар с горючей жидкостью, и жидкость в нем находится в точке замерзания (паров над ней нет). Мы начинаем греть этот резервуар, а сверху поджигаем. За счет того, что мы греем – идут пары, но не поджигается. Потом вспыхивает и тутже гаснет. Вспыхнуло такак достигли температуры НКП.

Температура горючей жидкости при которой концентрация паров над ее поверхностью достигла нижнего концентрационного предела называется температурой вспышки. Температура жидкости, при которой скорость выгорания паров равна скорости образования горючей смеси называется температурой воспламенения.

Жидкости по температуре вспышки делятся на 2 класса: на те у кого температура вспышки меньше 45 и больше 45 градусов.

Когда может вспыхнуть жидкость? Если температура жидкости >= температуры вспышки.

Если температуры ниже она не вспыхнет.