Características operacionais e de proteção elétrica dos dispositivos de aterramento

A principal função operacional dos dispositivos de aterramento é fornecer condutividade suficiente para a operação do circuito de proteção do relé para fechar as partes vivas da instalação elétrica ao quadro ou terra aterrado.

Portanto, a característica elétrica mais importante do dispositivo de aterramento é a condutividade de aterramento Gzy ou seu valor inverso Rz — resistência do dispositivo de aterramento igual a Rzy = Rs + Rzp, onde Rz é a resistência da corrente que se espalha do eletrodo de aterramento para o terra (resistência do eletrodo aterrado), RZp — resistência dos fios de aterramento.

A resistência de uma corrente que se propaga do eletrodo de aterramento para o solo é formada por toda a zona de propagação da corrente - o volume do solo, a partir da superfície do eletrodo de aterramento, o potencial elétrico φ que durante a passagem da corrente Азs em a terra é φ3, e para a zona onde φ é praticamente zero (zona de potencial zero).

Conforme lei de ohm a resistência de aterramento é igual à razão entre o potencial dos nós no ponto de introdução da corrente no eletrodo de aterramento e a corrente Azz deixando o eletrodo de aterramento no solo Rs = φsmax /Азс

Observe que a onda φ de potencial é numericamente igual à tensão do eletrodo de aterramento Uz. Portanto, a fórmula geralmente é escrita na forma Rs = Uc /Azc

A função de proteção elétrica do dispositivo de aterramento consiste em limitar a tensão aos limites permitidos nos quais uma pessoa pode entrar em contato com o corpo aterrado da instalação elétrica (com as partes estruturais metálicas da instalação elétrica que normalmente não são energizadas) durante o fechamento da fase para o invólucro ou terra.

Considere um caso de curto-circuito em uma rede elétrica acima de 1 kV com um neutro efetivamente aterrado (com altas correntes de falta à terra, Fig. 1). O circuito elétrico inclui a fase do transformador de alimentação, o condutor do fio de alimentação, o corpo do transformador alimentado, seu dispositivo de aterramento, a terra, o dispositivo de aterramento do transformador de alimentação.

Uma distribuição do potencial φ na superfície da terra na zona de distribuição de corrente corresponde à direção positiva geralmente aceita para a corrente Azz entrando na terra do dispositivo de aterramento do transformador de alimentação. O potencial de terra tem o maior valor positivo φmax em um ponto localizado acima de um dos eletrodos centrais do eletrodo de aterramento.

Arroz. 1.Esquema elétrico de um curto-circuito no invólucro em uma rede com tensão superior a 1 kV com aterramento efetivo do neutro: 1 - transformador de potência; 2 — receptor elétrico; 3 — fio terra; 4 — eletrodo de aterramento; A — B e A ' — B' — zonas de dispersão de corrente; a, b — pontos de possível contato simultâneo da pessoa com o invólucro aterrado e o solo; b, b'- pontos na zona de propagação atual, na qual uma pessoa pode pisar simultaneamente

Com a distância do eletrodo de aterramento, o potencial no solo diminui relativamente rápido e, a uma distância aproximadamente igual a 20 grandes diagonais do contorno do dispositivo de aterramento, torna-se inferior a 2% do potencial de aterramento φmax. A tal distância do eletrodo de aterramento, o potencial é geralmente considerado zero.

Da mesma forma, o potencial muda perto do dispositivo de aterramento do transformador de alimentação. Em relação à direção assumida da corrente, seu potencial é considerado negativo.

Existem duas situações perigosas principais nas quais uma pessoa na área de distribuição de corrente pode ficar energizada. A primeira situação — uma pessoa fica no chão em subestações transformadoras, quadros de distribuição e outros dispositivos e toca as partes metálicas aterradas da instalação elétrica.

Com efeito, os valores absolutos dos potenciais dos pontos da superfície terrestre na zona de propagação da corrente, incluindo φmax, são sempre inferiores aos das partes metálicas da instalação elétrica aterradas, cujo potencial, se ignorarmos a tensão queda nos eletrodos horizontais de um sistema de aterramento complexo, é uma onda φ.

Portanto, quando uma pessoa está na área de distribuição de corrente, por exemplo, no ponto b (Fig.1) e não toca o corpo aterrado da instalação elétrica, então entre o corpo (ponto a na Fig. 1) e o ponto b a chamada tensão de toque Udp, que pode ser considerada como a tensão de circuito aberto de um ativo de dois rede terminal com uma resistência interna conhecida (Fig. 2), numericamente igual à resistência de uma corrente que se espalha de dois pés humanos no solo Rnp.

Arroz. 2. Por definição Un: aeb — pontos de acordo com a figura 1 que uma pessoa toca com a mão (palma) e pé (sola)

Se uma pessoa está no ponto b"Tocando o ponto a, então ela cai sob uma tensão de toque Up, igual ao produto da corrente de acordo com a lei de Ohm Azt passa, mas seu corpo, na resistência de seu corpo RT: Un = Azt x TR.

A corrente Azm é igual à razão Udp para a soma das resistências Rt e Rnp: Azt = Udp /(Rt +Rnp), Upp = (UdpNS RT)/(Rt + Rnp)

Significado RT/(Rt + Rnp) é geralmente denotado pela letra βp... Então Upp = Udp x βp. observe que βp é sempre menor que um e, portanto, Up é menor que Udp.

A segunda situação perigosa está relacionada ao fato de que na área de propagação da corrente, uma pessoa geralmente fica de pé ou caminha de forma que seus pés fiquem em pontos com potenciais diferentes, por exemplo, nos pontos b e b' na fig. 1. Para caracterizar a segunda situação perigosa, introduzimos os conceitos de tensões de passo e tensões de passo.

Arroz. 3. De acordo com a definição UNC: b, b'- pontos de acordo com a fig. 1., em que a pessoa está.

A tensão de passo Udsh é a diferença de potencial entre dois pontos no solo na área de distribuição de corrente, na qual uma pessoa pode pisar simultaneamente.

Por analogia com a primeira situação perigosa, o valor Udsh pode ser interpretado como a tensão de circuito aberto de uma rede ativa de dois terminais com uma resistência interna conhecida (Fig. 3). Quando uma pessoa pisa nos pontos entre os quais Udsh atuou, a resistência do corpo humano Rtsh ao longo do caminho "pé - pé" é incluída no circuito bipolar.

Nesse caso, a resistência interna de uma rede ativa de dois terminais é a resistência de dissipação de corrente Rtsh, que pode ser simplificada como a soma de duas resistências idênticas à corrente que se espalha para o solo de cada perna humana.

A tensão de passo é definida da seguinte forma: Uw = Azt x Rtsh.

Os conceitos de toque e passo também se aplicam aos animais. Neste caso, a tensão de toque é entendida como a diferença de potencial entre o espelho do nariz ou o pescoço e as pernas, e a tensão do pé é entre as pernas dianteiras e traseiras.

As principais características pelas quais é possível estabelecer as qualidades operacionais e de proteção elétrica dos dispositivos de aterramento são a resistência do eletrodo de aterramento (Rz), a tensão de toque (Up) e a tensão de passo (Ush) encontradas durante a estação calculada em o valor calculado do Azz atual.

Os valores de Up e Ush dependem dos coeficientes do caráter do campo de corrente deixando os pés da pessoa no chão, e da resistência do corpo da pessoa, que é função da corrente que passa por seu corpo, e da resistência Rz . Portanto, para calcular a resistência do dispositivo de aterramento e tensões de toque e passo, é necessário poder calcular os campos elétricos das correntes que saem dos eletrodos de aterramento no solo.