Напряжение шага. Шаговое напряжение: причины возникновения, опасность и меры защиты

Что такое шаговое напряжение. Как оно возникает при аварийных ситуациях. Почему шаговое напряжение опасно для человека. Какие меры защиты применяются для минимизации риска поражения током.

Что такое шаговое напряжение и как оно возникает

Шаговое напряжение — это разность потенциалов между двумя точками на поверхности земли, находящимися на расстоянии шага человека (около 0,8 м). Оно возникает при растекании электрического тока в земле, например, при замыкании на землю оборванного провода высоковольтной линии.

Основные причины появления шагового напряжения:

• Обрыв и падение на землю провода линии электропередачи
• Пробой изоляции электрооборудования на корпус
• Удар молнии в землю
• Авария на подстанции с замыканием на землю

При протекании тока в земле вокруг точки замыкания образуется область растекания тока с убывающим по мере удаления потенциалом. Человек, оказавшийся в этой зоне, попадает под воздействие разности потенциалов между точками касания ног с землей.

Факторы, влияющие на величину шагового напряжения

На величину шагового напряжения влияют следующие основные факторы:

• Сила тока замыкания на землю
• Удельное сопротивление грунта
• Расстояние от точки замыкания
• Длина шага человека

Чем больше ток замыкания и удельное сопротивление грунта, тем выше шаговое напряжение. При удалении от точки замыкания оно снижается. Увеличение длины шага приводит к росту разности потенциалов между ногами.

Опасность шагового напряжения для человека

Шаговое напряжение представляет серьезную опасность для человека. Оно вызывает протекание тока через тело от одной ноги к другой. Основные поражающие факторы:

• Судорожное сокращение мышц ног, приводящее к падению
• Нарушение сердечной деятельности
• Остановка дыхания
• Термические ожоги в местах входа и выхода тока

Степень поражения зависит от величины тока, пути его протекания через тело и длительности воздействия. Даже относительно небольшие токи могут привести к серьезным последствиям из-за падения человека и невозможности самостоятельно покинуть опасную зону.

Распределение потенциала на поверхности земли

При стекании тока в землю потенциал на ее поверхности распределяется по гиперболическому закону. Наибольший градиент потенциала наблюдается вблизи точки замыкания. По мере удаления потенциал снижается:

• На расстоянии 1 м от заземлителя потенциал падает на 68%
• На расстоянии 10 м — на 92%
• На расстоянии 20 м потенциал практически равен нулю

Такое распределение объясняется увеличением объема земли, через который протекает ток, при удалении от заземлителя. Это приводит к уменьшению плотности тока и падения напряжения.

Меры защиты от шагового напряжения

Для защиты людей от поражения шаговым напряжением применяются следующие основные меры:

• Выравнивание потенциалов на территории электроустановок
• Применение изолирующих средств защиты (диэлектрические боты, галоши)
• Ограждение опасных зон
• Контроль изоляции электрооборудования
• Быстрое отключение поврежденных участков сети

Выравнивание потенциалов достигается прокладкой в земле сетки из металлических проводников, соединенных с заземляющим устройством. Это позволяет создать на поверхности земли зону с примерно одинаковым потенциалом.

Правила поведения в зоне шагового напряжения

При попадании в зону действия шагового напряжения необходимо соблюдать следующие правила:

1. Не делать широких шагов
2. Передвигаться мелкими шажками, не отрывая ног от земли
3. Покидать опасную зону короткими шагами в сторону удаления от источника тока
4. При потере равновесия сводить ноги вместе и падать на бок
5. Не касаться руками земли при передвижении

Соблюдение этих правил позволяет минимизировать разность потенциалов между ногами и снизить риск поражения током. Выходить из опасной зоны следует в сторону, противоположную месту замыкания на землю.

Особенности шагового напряжения в различных условиях

Характер распределения шагового напряжения зависит от условий среды:

• В сухом грунте зона растекания тока меньше, но градиенты потенциала выше
• Во влажном грунте зона растекания больше, но градиенты ниже
• На неоднородном грунте возможно искажение распределения потенциалов
• На скальных породах шаговое напряжение практически отсутствует
• В воде зона растекания тока значительно больше, чем в земле

Учет этих особенностей важен при оценке опасности и выборе защитных мер в конкретных условиях. Например, в условиях высокой влажности опасная зона может быть значительно шире.

Напряжение шага и прикосновения., действующие на человека. Меры защиты.

Напряжение прикосновения – это напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек. При прикосновении человека к заземленному корпусу, имеющему контакт с одной из фаз, часть тока замыкания на землю проходит через человека, а если корпус не заземлен, то через человека проходит весь ток замыкания на землю (однополюсное прикосновение). Наиболее опасным для человека является прикосновение к корпусу, находящемуся под напряжением и расположенному вне поля растекания.

Потенциалы на поверхности грунта при замыкании тока на корпус любого потребителя распределяются по гиперболической кривой. Напряжение прикосновения равно разности потенциалов корпуса электрооборудования и точек почвы, на которых находятся ноги человека. Чем дальше электродвигатель находится от заземлителя, тем под большее напряжение прикосновения человек попадает, и наоборот, чем ближе к заземлителю, тем меньше напряжение прикосновения U .

За пределами зоны растекания тока напряжение прикосновения равно напряжению на корпусе оборудования относительно земли. Снизить напряжение прикосновения и силу тока можно за счет малого сопротивления системы защитного заземления или увеличения потенциала поверхности в зоне растекания тока на землю.

Для защиты людей от напряжения прикосновения применяется уравнивание потен­циалов, а также использование дополнительных изолирующих электрозащитных средств (изолирующих подставок; изолирующих ковриков).

Шаговое напряжение – напряжение, обусловленное электрическим током, протекающим в земле или токопроводящем полу, и равное разности потенциалов между двумя точками поверхности земли (пола), находящимися на расстоянии одного шага человека. Значение напряжения шага зависит от ширины шага и удаленности человека от места замыкания на землю. По мере удаления от места замыкания напряжение шага уменьшается.

Наибольшее напряжение шага будет вблизи заземлителя и особенно, когда человек одной ногой стоит над заземлителем, а другой – на расстоянии шага от него. Если человек находится вне поля растекания на одной эквипотенциальной линии, то напряжение шага равно нулю.

На расстоянии 1 м от места стекания тока на землю потенциал снижается на 68%, на расстоянии 10 м снижение достигает 92%, а на расстоянии 20 м потенциал точек земли практически равен нулю. Такое распределение потенциалов объясняется тем, что вблизи заземлителя площадь проводника-земли малая, поэтому здесь земля оказывает большое сопротивление прохождению тока. По мере удаления от заземлителя сечение проводника-земли увеличивается, сопротивление его уменьшается, следовательно, и падение напряжения уменьшается. На расстоянии более 20 м от места замыкания тока земля практически не оказывает сопротивления прохождению тока. Оказавшись в зоне напряжения шага, выходить из нее следует небольшими шагами (гусиными скользящими шагами) в сторону, противоположную месту предполагаемого замыкания на землю и, в частности, лежащего на земле провода.

Основные меры защиты

1. Изоляция токоведущих частей с устройствами непрерывного контроля. Различают виды изоляции:

рабочая – обеспечивает нормальную работу электроустановок и защиту от поражения током

дополнительная – предусматривается на случай повреждения рабочей изоляции, рабочая+дополнительная=двойная изоляция

усиленная – улучшенная изоляция, которая обеспечивает ту же степень защиты, что и двойная изоляция.

Нормирование изоляции: характеристика – сопротивление изоляции. Контроль изоляции: периодически осуществляется мегаомметрами, при приемосдаточных испытаниях электроустановок после монтажа, ремонта, при обнаружении дефекта, а также в установленные нормативные сроки. Постоянный контроль осущ. приборами, включенными в цепь электроустановки, они подают сигнал о снижении сопротивлении изоляции.

2. Ограждение и недоступность токоведущих частей. Оградительные устройства применяются с целью исключения возможности прикосновения к токоведущим цепям. Выполняются в различном исполнении.

3. Эл. разделение сетей. Сети большой протяженности имеют значительные емкости, и даже однофазное прикосновение в таких сетях опасно. Поэтому их разделяют разделительными трансформаторами на отдельные участки, что уменьшает их емкостную составляющую и опасность поражения тока.

4. Применение малых напряжений. Малое напряжение – до 42 В, которое используется для питания инструментов, а также для переносных светильников и местного освещения на станках в помещениях с особой и повышенной опасностью.

5. Электрозащитные средства. Служат для выполнения ремонтных и пусконаладочных работ в действующих электроустановках. По назначению они делятся на изолирующие, ограждающие и вспомогательные. Изолирующие служат для изоляции человека от токоведущих деталей. Бывают основными (изоляция длительно выдерживают рабочее напряжение, для установок до 1000В – изолирующие штанги, изолирующие клещи, диэлектрические перчатки, слесарно-монтажный инструмент, боты, указатели напряжения; свыше 1000В – изолирующие штанги, указатели напряжения, клещи) и дополнительные (применяются совместно с основными – коврики, галоши, изолирующие подставки).

   Ограждающие средства служат для ограждения токоведущих частей и ошибочных операций в коммутационном оборудовании – переносные ограждения, переносные заземления. Вспомогательные служат для защиты от падений с высоты, вспышек света, механических повреждений – пояса, канаты, когти, очки, рукавицы, противогазы.

6. .Защитные заземления -преднамеренное соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением. Заземлению подлежат корпуса приборов, станков, станины, опоры и др.

Принцип действия: снижение уровней напряжений прикосновения относительно земли до допустимых пределов.

Причины оказания корпусов под напряжением:

· самоиндукция, индукция

· блуждающие токи

Пробой изо Заземление состоит из защитного заземляющего устройства ( стержневые электроды, которые размещаются по контуру или в линию), к которому подключены все производственные помещения, а к ним крепится оборудование. Все параметры заземления рассчитываются специальными методами.

7. Зануление– преднамеренное эл. сопротивление с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Принцип действия: зануление превращает замыкание на корпус в однофазное короткое замыкание, в результате которого срабатывает защита (автомат или предохранитель или реле), которая селективно отключает поврежденный участок сети. Нулевой защитный проводник нельзя путать с нейтралью, который служит для питания потребителя. Для надежного отключения и срабатывания защита проводимость проводов выбирается такой, чтобы ток короткого замыкания был как минимум в 3 раза больше номинального тока ближайшего реле, автомата или предохранителя. Нулевой провод через 20-30 метров повторно заземляется с целью уменьшения напряжения на корпусе в момент кз. Зануление контролируется аналогично заземлению мегаомметрами.

8. 8. Защитное отключение

Это быстродействующая защита, применяемая в тех случаях, когда все другие виды защиты трудноосуществимы, ненадежны или когда к электроустановке предъявляются повышенные требования безопасности. Особенности – быстродействие, чувствительность, помехоустойчивость.

Шаговое напряжение. Виды и работа. Применение и особенности

Шаговое напряжение появляется между двумя точками на поверхности земли, которые находятся друг от друга на расстоянии шага человека. Чаще всего оно возникает рядом с оборвавшимся и касающимся землю высотным кабелем либо проводом. В результате оно растекается по земле и образует потенциал между точками. Человек, который передвигается и делает шаг, попадает под это напряжение, вследствие чего через него начинает течь ток.

Шаговое напряжение находится в непосредственной зависимости от сопротивления земли, а также силы тока, протекающей в ней. Если человек сделает большой шаг (стандартный шаг составляет порядка 0,8 метров), то это может представлять довольно серьезную опасность для него. Вызвано это тем, что чем больше расстояние между точками, то тем больше будет разность потенциалов. В особенности риск увеличивается, если по земле течет ток большой силы. Именно поэтому всем рекомендуется при попадании в такую ситуацию передвигаться маленькими шашками, чтобы исключить протекание тока через тело человека.

Шаговое напряжение

 бывает нулевым, наименьшим или самым большим показателем:

1. Нулевой показатель можно наблюдать тогда, когда живое существо, к примеру, человек, находится на линии равноценного потенциала, либо в месте, где нет линий прохождения электротока.
2. Самый малый показатель данного напряжения можно наблюдать в случае наибольшего удаления от заземляющего материала. Получается это практически за пределами течения электротока, то есть свыше 2-х десятков метров.
3. Самое большое значение напряжения можно наблюдать в случае, когда одна точка располагается прямо на заземляющем материале, а вторая точка находится на длине шага. Вызвано такое положение вещей тем, что потенциал относительно заземляющего материала движется по вогнутым кривым. В результате образуется большой перепад, в большинстве случаев прямо в начале данной кривой.

При наличии нескольких заземлителей напряжение будет существенно слабее, чем при одном.

Устройство

Шаговое напряжение способно возникать между 2-мя точками контура электротока, которые находятся между ними на длине шага. Оно, прежде всего, зависит от сопротивления земли, по которой движется ток, в том числе силы тока. Также может появляться в месте нахождения заземляющих устройств, в том числе в аварийных местах, где провода под напряжением соприкасаются непосредственно с землей.

Напряжение шага можно определить с помощью расстояния между 2-мя точками. Данный показатель находится в непосредственной зависимости от характера кривой напряжения. Говоря простыми словами оно зависит от типа заземлителя. К примеру, на земле в точке «А» имеется один заземлитель в виде электрода из металла, через который протекает электроток замыкания. Рядом с этим заземлителем образуется определенная область рассеивания электротока в земле. Это земля, за границами которой потенциал условно равняется нулю, что вызывается электротоками защитного заземления.

Главная причина этого явления кроется в том, что количество земли увеличивается по степени ухода от заземляющего устройства. В то же время ток рассеивается по земле на длине в двух десятков метров и больше, от заземляющего устройства. Объем земли в то же время повышается на порядок, в результате чего плотность электротока становится необратимо малой, а само напряжение между указанными точками уже практически не проявляется.

Принцип действия

Шаговое напряжение человек может испытать на себе, при обрыве фазных кабелей и касания их с землей. Если ток аварийными службами не отключается, а сами линии не ремонтируются, то существует большой риск того, что человек попадет именно под это напряжение. Земля отлично проводит электрический ток, в результате чего она является как бы своеобразным проводом, по которому может протекать ток.

Каждая точка земли, в которой имеется некоторый потенциал, будет уменьшаться по мере увеличение расстояния от точки касания проводом с землей. Но электроток начнет действовать на человека лишь в момент, когда его ноги соприкасаются с землей в двух точках, которые имеют разные потенциалы.

Применение

Шаговое напряжение может представлять существенную опасность для здоровья и жизни людей. Поэтому для его нивелирования применяются различные средства. Одним из эффективных средств уменьшения данного напряжения является использование поверхностных заземлителей. На практике места, где возможны аварии с замыканием фаз на землю, используют выравнивание потенциалов. Для этого поверхность земли оборудуется сеткой из заземленных кабелей, их закладывают непосредственно в верхнем грунте.

Функционирует данная система довольно-таки просто: во всех точках этой системы потенциал проводника имеет одинаковый показатель. В результате, если человек находится на данной сетке, то он просто не сможет попасть под напряжение. К примеру, ремонтник сможет спокойно подойти к месту обрыва, чтобы выполнить ремонт или починить провод.

Подобные системы очень действенны, однако не каждый столб с проводом может быть оборудован подобной системой. Поэтому людям необходимо знать способ, как можно безопасно выбраться из ситуации, когда они попадают в зону напряжение шага. Здесь нет ничего сложного, нужно запомнить только одну вещь: если Вы попали под шаговое напряжение, то нужно сохранять хладнокровие. Не нужно сразу же бежать из этого места, ведь чем больше шаг, тем сильнее будет напряжение и сила тока, с которой Вас может ударить.

Наоборот действовать нужно медленно: следует постараться выйти из зоны поражения простым гусиным шагом. Для этого нужно переставлять пятку ноги к носку ноги и маленькими шагами медленно идти. В результате ноги будут располагаться почти в одной точке, которая будет иметь один электрический потенциал. Это значит, что напряжения между ногами не будет. Также можно прыгать на одной ноге, но делать это нужно с крайней осторожностью. А лучше не делать этого вовсе. Если Вы упадете, то можете попасть под напряжение и уже самостоятельно из данной области не сможете выбраться.

Понять, что Вы располагайтесь в области возможного действия напряжения шага можно благодаря своим ощущениям. Если Вас «пощипывает», то стоит остановиться и приглядеться к ближайшим столбам, в особенности во время дождя. Как только Вы выйдете из области поражения, стоит связаться с ремонтниками, чтобы они быстрее отремонтировали данный участок.

Лошадиная авария

В 1928 году произошел курьезный случай. На мосту растрескался изолятор, вследствие чего мост попал под напряжение. Людей, которые шли через мост «потряхивало», а лошадь убило. Автомат в течение двух секунд разъединил цепь. Но чтобы проверить причину, дежурный вновь подал ток. В результате появилось напряжение шага, которое убило еще пару лошадей. Объяснение было простое – ноги лошадей были на расстоянии 1,5 метров и имели железные подковы.

Похожие темы:

• Пусковой ток. Типы и работа. Применение и особенности
• Фаза и ноль. Принцип действия. Методы определения. Цветовка
• Ток и напряжение. Виды и правила. Характеристики и принцип действия
• Трехфазные и однофазные сети. Отличия. Преимущества и недостатки
• Глухозаземленная нейтраль
• Изолированная нейтраль. Устройство и принцип действия
• Наведенное напряжение. Причины возникновения и опасность
• Атмосферное электричество. Что это. Виды и особенности
• Электричество. Электрический ток
• Перекос фаз. Причины возникновения и устранение. Защита
• Электролитическое заземление. Устройство и установка. Применение
• Устройство заземления. Правила, виды и особенности. Монтаж
• Уравнивания потенциалов. Виды и применение. Установка

Испытание ступенчатым напряжением HIPOT — высоковольтный тестер HIPOT

Испытание ступенчатым напряжением Hipot

Испытание ступенчатым напряжением Hipot рекомендуется для ИУ с рабочим среднеквадратичным напряжением 2300 В и выше. Это делается для двигателей с любым рабочим напряжением, когда требуется больше информации, чем дает 1-минутный тест Hipot.

В тесте ступенчатого напряжения Hipot напряжение обычно повышается с равными шагами. На каждом этапе напряжение и измеренный ток записываются через 1 минуту в соответствии со стандартом IEEE 9.5. Количество ступеней определяется оператором испытания и может составлять от 5 до 30 и более ступеней напряжения. 10 ступеней являются общими для двигателей среднего напряжения; для высоковольтных двигателей можно использовать больше ступеней. Профили для испытаний ступенчатым напряжением программируются в iTIG III D, включая количество шагов, время задержки на каждом шаге и скорость изменения напряжения.

Ступенчатые тесты предоставляют больше информации

Hipot Ступенчатые тесты напряжения предоставляют гораздо больше информации, чем 1-минутный тест Hipot, поскольку данные записываются по мере повышения напряжения. Изобразив кривую зависимости тока от напряжения, обычно можно определить, является ли ток утечки в основном следствием загрязненных грязных обмоток или пробоем изоляции, как показано на рисунках ниже.

Предотвращение дуги

При проверке шаговым напряжением тестер двигателя может завершить проверку до возникновения дуги, используя предел ROC (текущий предел ускорения). Оператор-испытатель также может вручную прервать испытание, если ток утечки увеличивается.

Современные тестеры Hipot и электродвигателей имеют функцию обнаружения дуги, которая немедленно останавливает испытание при обнаружении дуги вместо того, чтобы продолжать повышать напряжение при все более и более сильном дуговом разряде.

К сожалению, дуга может возникнуть вскоре после того, как ток утечки начнет увеличиваться. В соответствии с IEEE 95 ускорение может начинаться на 5 % или менее ниже напряжения дуги. В этих случаях внезапного пробоя изоляции момент ускорения тока может быть не обнаружен.

Чистый проход A: прямой, слаботочный

Чистый проход A: прямой, слаботочный

Хороший результат; Двигатель 3300 В, испытательное напряжение 7600 В: 

Кривая исправных обмоток представляет собой более или менее прямую линию, как показано на графике. Ток зависит от того, насколько загрязнены обмотки. В этом случае ток и уровень загрязнения низкие с общим током утечки менее 1,4 мкА.

 

 

4 испытания одного и того же двигателя с повышением уровня загрязнения

Результат OK; Двигатель 4000 В, испытательное напряжение 9000 В: 

С течением времени были проведены четыре испытания ступенчатого напряжения по 10 точкам. Две нижние кривые первых двух тестов очень хороши.

Красная и синяя кривые следующих двух тестов показывают незначительное ускорение тока. Но максимальный ток по-прежнему относительно низок и составляет 11 мкА, а ускорение начинается выше 7000 В, что значительно выше пикового рабочего напряжения.

Повышенная общая утечка в основном связана с увеличением загрязнения поверхности обмотки (включая влагу) по результатам предыдущих испытаний.

Если бы ускорение тока было значительным и синяя линия сместилась ближе к вертикали, это указывало бы на пробой изоляции.

 

Опасность: Начало пробоя изоляции при превышении пикового рабочего напряжения, сильное загрязнение

Опасность; Двигатель 6000 В, испытательное напряжение 11 700 В :

Тест, представленный синей кривой, не завершил тест досрочно, потому что максимальный ток около 25 мкА не достиг предела общего тока утечки, а ускорение тока было недостаточно высоким, чтобы превысить выбранный предел ROC, равный 2 ( текущая скорость изменения между шагами напряжения).

Однако ускорение тока утечки и уровень тока в конце испытания указывают на слабую изоляцию, которая начинает разрушаться. Текущее ускорение начинается медленно примерно при 6000 В, поэтому состояние двигателя вызывает беспокойство, но все еще в порядке.

Во время теста дуга не обнаружена, так как это привело бы к преждевременному прекращению теста. При более низком пределе ROC испытание было бы остановлено до достижения полного испытательного напряжения.

 

Проблема: пробой изоляции при пиковом рабочем напряжении

Проблема: двигатель 4160 В, испытательное напряжение 9320 В:

отключается в конце шага 7 при напряжении около 6500 В, поскольку ускорение измеренного тока превысило предел ROC от шага 6 до шага 7.

При быстром ускорении тока вероятность возникновения дуги значительно возрастает, но здесь этого не произошло. Пробой происходит при пиковом рабочем напряжении 5882 В. В результате двигатель может работать какое-то время, но находится на пути к полной поломке.

В целом любое отклонение от плавной кривой следует рассматривать как потенциальное предупреждение. Очень резкое падение тока проводимости встречается редко, но когда оно происходит выше пикового рабочего напряжения для обмотки, это может указывать на приближающееся повреждение изоляции. Механическое истирание и растрескивание могут привести к резкому и неожиданному пробою изоляции.

Повышение потенциала заземления, потенциал шага и касания – возмущение напряжения

Повышение потенциала заземления [GPR]

Повышение потенциала заземления (GPR) в соответствии со стандартом IEEE Std 80 определяется как » Максимальный электрический потенциал Сетка заземления подстанции может достигать относительно удаленной точки заземления , которая, как предполагается, находится на потенциале удаленной земли. Это напряжение, известное как GPR, равно максимальному току сети, умноженному на сопротивление сети»9.0096 .

Рис. 1: Пример графика повышения потенциала земли

В нормальных условиях потенциал заземленного объекта будет таким же, как и потенциал удаленной земли (0 В). Когда ток короткого замыкания течет в землю или течет от земли к объекту, локальный потенциал земли повышается. Это связано с тем, что местная земля (или земля) имеет конечное сопротивление. Поток тока заземления в это сопротивление создает повышение потенциала относительно удаленной точки на земле . График имитации повышения потенциала земли показан на рисунке 1. В этом примере видно, что локальный потенциал земли повышается до 75 В относительно удаленной земли.

Георадарные исследования часто проводятся для определения градиентов напряжения вокруг пострадавшего оборудования. Этим оборудованием могут быть вышки сотовой связи, электрические подстанции, опоры ЛЭП и т. д. Во время неисправности энергосистемы, связанной с заземлением, локальный потенциал земли относительно удаленной земли может значительно возрасти (тысячи вольт). Все заземленное оборудование в этом месте (металлические объекты, площадки связи и т. д.) также будет повышено до этого высокого напряжения. Кабель связи, который проходит от этой точки к удаленному местоположению (при 0 В), может испытывать значительный ток из-за этой разности потенциалов и часто повреждается, если не будут приняты меры предосторожности.

Рассмотрим случай заземляющего электрода (заземляющего стержня), погруженного в землю на глубину 10 футов с удельным сопротивлением грунта 25,25 Ом·м.

Рисунок 2: Заземляющий электрод

С помощью калькулятора сопротивления заземления мы можем рассчитать, что ожидаемое сопротивление заземления для данной установки составляет 8,16 Ом. Предположим, что ток силой 100 А подается на землю через заземляющий электрод. Ожидаемый GPR в этом случае будет 100A*8.16Ω=816V.

Калькулятор сопротивления заземления

Рисунок 3: Повышение потенциала заземления

На рисунке выше пунктирная красная линия указывает профиль георадара от заземляющего электрода до удаленной «удаленной земли», которая, как предполагается, находится при нулевом напряжении. Обратите внимание, что профиль георадара очень крутой вблизи электрода и постепенно «выравнивается» по мере того, как он достигает удаленной земли.

Два термина, связанные с георадаром, — это шаговой потенциал и сенсорный потенциал. Обратите внимание, что и шаговый потенциал, и потенциал прикосновения являются прямым результатом повышения потенциала земли .

Ступенчатый потенциал

Ступенчатый потенциал определяется как « Разность поверхностных потенциалов человека, преодолевающего расстояние в 1 метр ногами без контакта с каким-либо заземленным объектом » в соответствии со стандартом IEEE-Std 80 .

Рисунок 4: Ступенчатый градиент потенциала

Обратите внимание на две воображаемые точки, обозначенные на рисунке 3 выше как P1 и P2. Напряжение P1 относительно удаленной земли равно V1, а напряжение P2 равно V2. Если расстояние между P1 и P2 составляет 1 м, и человек ставит одну ногу на P1, а другую на P2, то он испытает шаговое напряжение (V2-V1).

В качестве примера заземляющего электрода (заземляющего стержня), вбитого в землю на глубину 10 футов с удельным сопротивлением почвы 25,25 Ом·м, можно построить ступенчатый потенциал, как показано на рис. 4. Обратите внимание, что по мере того, как человек переходит из одной зоны в другую, он испытывать разницу потенциалов и, следовательно, шок. Ступенчатый потенциал приведет к прохождению тока от ноги к ноге . В центре рисунка находится заземляющий электрод. Видно, что шаговое напряжение не является постоянным и будет меняться в зависимости от расстояния от центра электрода. Чем ближе человек к электроду, тем круче или хуже ступенчатый потенциал будет .

Рисунок 5: #57 Гранитный камень

Ступенчатые потенциалы необходимо контролировать на подстанции для обеспечения безопасности персонала. Как правило, это делается путем проведения инженерного анализа грунта. Обычная практика заключается в том, чтобы «заставить» ток заземления течь под поверхностью либо путем закапывания глубоких заземляющих проводников, либо путем нанесения на поверхность слоя щебня с высоким удельным сопротивлением класса подстанции (гранит № 57 или аналогичный).

Прочтите: Роль щебня в заземлении подстанции

Потенциал прикосновения

Потенциал прикосновения определяется как » Разность потенциалов между повышением потенциала земли [GPR] и потенциалом поверхности в точке, где стоит человек в то же время имея руку в контакте с заземленной конструкцией ». согласно IEEE-Std 80 .

При возникновении неисправности на подстанции и протекании тока заземления в заглубленную заземляющую сеть потенциал заземляющей сети на подстанции повышается до значения, равного GPR. Поскольку все металлические объекты на подстанции подключены к одной и той же заземляющей сети, все металлические объекты (стальные балки, корпуса трансформаторов и т. д.) также получают напряжение георадара. Теперь поверхностный потенциал (потенциал там, где стоит человек) может иметь другой потенциал в зависимости от профиля георадара (форма кривой георадара от точки разлома до удаленного участка земли). В зависимости от профиля георадара может быть разница в потенциале (напряжении) между металлическим объектом, к которому прикасается человек, и потенциалом поверхности, на которой он стоит. Эта разница потенциалов называется потенциалом прикосновения или напряжением прикосновения.

Рис. 6. Потенциал шага и прикосновения Иллюстрированный

Потенциал прикосновения приведет к переходу тока от руки к ноге . Необходимо свести к минимуму потенциал прикосновения на подстанции для безопасности персонала. Это достигается за счет того, что поверхностные потенциалы внутри подстанции остаются одинаковыми. Было показано, что добавление слоя измельченной породы с высоким удельным сопротивлением минимизирует потенциалы прикосновения.

Как уменьшить величину повышения потенциала грунта (GPR)?

GPR можно свести к минимуму, контролируя следующие переменные:

* Уменьшение сопротивления заземляющей сетки : Наиболее эффективным способом уменьшения сопротивления заземляющей сетки является увеличение площади сетки, установка глубинных заземляющих стержней, химическая обработка или любой другой подходящий способ. методы.

* Путь управления током короткого замыкания : Если значительное количество тока короткого замыкания может быть отведено от затронутого заземляющего стержня, тогда можно управлять GPR. Примером этого может служить многозаземленная распределительная система, в которой нейтраль заземлена на каждом отдельном полюсе. Таким образом, GPR любого отдельного полюса уменьшается, поскольку ток короткого замыкания может иметь несколько параллельных путей.

* Управление величиной тока неисправности : Контролируя величину тока неисправности, можно удерживать GPR ниже требуемых пределов. Примером этого может быть вставка сопротивления или реактивного сопротивления в соединение нейтрали с землей распределительных трансформаторов. Ток замыкания на землю обычно ограничивается менее 400 А (обычно), что сводит к минимуму GPR на распределительных участках для замыкания фазы на землю.

Сведение к минимуму повреждения оборудования из-за повышения потенциала грунта (GPR)

Ниже приведены некоторые идеи по предотвращению повреждения дорогостоящего коммуникационного оборудования на подстанции из-за георадара:

*Используйте оптический изолятор или преобразователь медь-оптоволокно, чтобы разорвать заземление из точки А в точку Б.