Características de funcionamiento y de protección eléctrica de los dispositivos de puesta a tierra

La principal función operativa de los dispositivos de puesta a tierra es proporcionar suficiente conductividad para que el circuito de protección del relé funcione para cerrar las partes vivas de la instalación eléctrica al marco puesto a tierra o tierra.

Por lo tanto, la característica eléctrica más importante del dispositivo de puesta a tierra es la conductividad de puesta a tierra Gzy o su valor inverso Rz — resistencia del dispositivo de puesta a tierra igual a Rzy = Rs + Rzp, donde Rz es la resistencia de la corriente que se propaga desde el electrodo de puesta a tierra hasta el tierra (resistencia del electrodo puesto a tierra), RZp — resistencia de los cables de puesta a tierra.

La resistencia de una corriente que se propaga desde el electrodo de puesta a tierra hacia el suelo está formada por toda la zona de propagación de la corriente: el volumen del suelo, a partir de la superficie del electrodo puesto a tierra, el potencial eléctrico φ que durante el paso de la corriente Азs en la tierra es φ3, ya la zona donde φ es prácticamente cero (zona de potencial cero).

De acuerdo con Ley de Ohm la resistencia de puesta a tierra es igual a la relación entre el potencial de los nodos en el punto de introducción de corriente al electrodo de puesta a tierra y la corriente Azz que deja el electrodo de puesta a tierra en el suelo Rs = φsmax /Азс

Tenga en cuenta que la onda potencial φ es numéricamente igual al voltaje del electrodo de puesta a tierra Uz. Por lo tanto, la fórmula suele escribirse en la forma Rs = Uc /Azc

La función de protección eléctrica del dispositivo de puesta a tierra consiste en limitar la tensión a los límites admisibles a los que una persona puede entrar en contacto con el cuerpo puesto a tierra de la instalación eléctrica (con las partes estructurales metálicas de la instalación eléctrica que normalmente no están energizadas) durante el cierre de la fase al recinto o tierra.

Considere un caso de cortocircuito en una red eléctrica por encima de 1 kV con un neutro efectivamente conectado a tierra (con altas corrientes de falla a tierra, Fig. 1). El circuito eléctrico incluye la fase del transformador de alimentación, el conductor del cable de alimentación, el cuerpo del transformador alimentado, su dispositivo de puesta a tierra, la tierra, el dispositivo de puesta a tierra del transformador de alimentación.

Una distribución del potencial φ en la superficie de la tierra en la zona de dispersión de la corriente corresponde a la dirección positiva generalmente aceptada para la corriente Azz que ingresa a la tierra desde el dispositivo de puesta a tierra del transformador de alimentación. El potencial de tierra tiene el mayor valor positivo φmax en un punto ubicado sobre uno de los electrodos centrales del electrodo de puesta a tierra.

Arroz. 1.Diagrama eléctrico de un cortocircuito a la vivienda en una red con una tensión superior a 1 kV con puesta a tierra neutra efectiva: 1 - transformador de potencia; 2 — receptor eléctrico; 3 - cable de puesta a tierra; 4 — electrodo de tierra; A — B y A ' — B' — zonas de dispersión actuales; a, b — puntos de posible contacto simultáneo de la persona con la carcasa puesta a tierra y el suelo; b, b'- puntos en la zona de propagación actual, en los que una persona puede pisar simultáneamente

Con la distancia desde el electrodo de puesta a tierra, el potencial en el suelo disminuye relativamente rápido, y a una distancia aproximadamente igual a 20 diagonales grandes del contorno del dispositivo de puesta a tierra, se vuelve menos del 2% del potencial de puesta a tierra φmax. A tal distancia del electrodo de puesta a tierra, el potencial generalmente se considera cero.

De manera similar, el potencial cambia cerca del dispositivo de puesta a tierra del transformador de suministro. En relación con la dirección asumida de la corriente, su potencial se considera negativo.

Hay dos situaciones peligrosas principales en las que una persona en el área de distribución de corriente puede energizarse. La primera situación: una persona se para en el suelo en subestaciones transformadoras, cuadros de distribución y otros dispositivos y toca las partes metálicas puestas a tierra de la instalación eléctrica.

De hecho, los valores absolutos de los potenciales de los puntos de la superficie terrestre en la zona de propagación de corriente, incluido φmax, es siempre inferior al de las partes metálicas puestas a tierra de la instalación eléctrica, cuyo potencial, si ignoramos la tensión caída en los electrodos horizontales de un sistema de puesta a tierra complejo, es una onda φ.

Por tanto, cuando una persona se sitúa en la zona de distribución de corriente, por ejemplo en el punto b (Fig.1) y no toca el cuerpo puesto a tierra de la instalación eléctrica, entonces entre el cuerpo (punto a en la Fig. 1) y el punto b el llamado voltaje de contactoUdp, que puede considerarse como el voltaje de circuito abierto de un activo de dos red de terminales con una resistencia interna conocida (Fig. 2), numéricamente igual a la resistencia de una corriente que se propaga desde dos pies humanos hacia el suelo Rnp.

Arroz. 2. Por definición Un: a y b — puntos según la figura 1 que una persona toca con la mano (palma) y el pie (planta)

Si una persona está parada en el punto b"Tocando el punto a, entonces cae bajo un voltaje de contacto Up, igual al producto de la corriente de acuerdo con la ley de Ohm que pasa Azt, pero su cuerpo, en la resistencia de su cuerpo RT: Un = Azt x RT.

La corriente Azm es igual a la relación Udp a la suma de las resistencias Rt y Rnp: Azt = Udp /(Rt +Rnp), Upp = (UdpNS RT)/(Rt + Rnp)

Lo que significa que RT/(Rt + Rnp) generalmente se denota con la letra βp... Entonces Upp = Udp x βp. observe que βp siempre es menor que uno y, por lo tanto, Up es menor que Udp.

La segunda situación peligrosa está relacionada con el hecho de que en el área de propagación de la corriente, una persona suele pararse o caminar de modo que sus pies estén en puntos con diferentes potenciales, por ejemplo, en los puntos b y b' en la fig. 1. Para caracterizar la segunda situación de peligro, introducimos los conceptos de tensiones de paso y tensiones de paso.

Arroz. 3. Según definición UNC: b, b'- puntos según fig. 1., sobre el que se encuentra la persona.

El voltaje de paso Udsh es la diferencia de potencial entre dos puntos en el suelo en el área de distribución de corriente, sobre los cuales una persona puede pisar simultáneamente.

Por analogía con la primera situación peligrosa, el valor Udsh puede interpretarse como la tensión de circuito abierto de una red activa de dos terminales con una resistencia interna conocida (Fig. 3). Cuando una persona pisa los puntos entre los que actuó Udsh, la resistencia del cuerpo humano Rtsh a lo largo del camino "pie - pie" se incluye en el circuito bipolar.

En este caso, la resistencia interna de una red activa de dos terminales es la resistencia de disipación de corriente de paso Rtsh, que se puede simplificar como la suma de dos resistencias idénticas a la corriente que se propaga al suelo desde cada pierna humana.

La tensión de paso se define como sigue: Uw = Azt x Rtsh.

Los conceptos de tacto y estrés del paso también se aplican a los animales. En este caso, el voltaje de contacto se entiende como la diferencia de potencial entre el espejo de la nariz o el cuello y las piernas, y el voltaje del pie es entre las piernas delanteras y traseras.

Las principales características por las que es posible establecer las cualidades operativas y de protección eléctrica de los dispositivos de puesta a tierra son la resistencia del electrodo de puesta a tierra (Rz), la tensión de contacto (Up) y la tensión de paso (Ush) encontradas durante la temporada calculada en el valor calculado del Azz actual.

Los valores de Up y Ush dependen de los coeficientes del carácter del campo actual que deja los pies de la persona en el suelo, y de la resistencia del cuerpo de la persona, que es función de la corriente que pasa por su cuerpo, y de la resistencia Rz. Por lo tanto, para poder calcular la resistencia del dispositivo de puesta a tierra y tensiones de contacto y de paso, es necesario poder calcular los campos eléctricos de las corrientes que salen de los electrodos de tierra en el suelo.