Caratteristiche di funzionamento e di protezione elettrica dei dispositivi di messa a terra

La principale funzione operativa dei dispositivi di messa a terra è fornire una conduttività sufficiente per il funzionamento del circuito di protezione del relè per chiudere le parti sotto tensione dell'impianto elettrico al telaio o alla terra messi a terra.

Pertanto, la caratteristica elettrica più importante del dispositivo di messa a terra è la conduttività di terra Gzy o il suo valore inverso Rz - resistenza del dispositivo di messa a terra pari a Rzy = Rs + Rzp, dove Rz è la resistenza della corrente che si propaga dall'elettrodo di messa a terra al terra (resistenza dell'elettrodo messo a terra), RZp — resistenza dei fili di messa a terra.

La resistenza di una corrente che si propaga dall'elettrodo di messa a terra nel terreno è formata dall'intera zona di propagazione della corrente - il volume del terreno, a partire dalla superficie dell'elettrodo di messa a terra, il potenziale elettrico φ che durante il passaggio della corrente Азs in il terreno è φ3, e alla zona in cui φ è praticamente zero (zona di potenziale zero).

Secondo Legge di Ohm la resistenza di messa a terra è uguale al rapporto tra il potenziale dei nodi nel punto di introduzione della corrente all'elettrodo di messa a terra e la corrente Azz che lascia l'elettrodo di messa a terra nel terreno Rs = φsmax /Азс

Si noti che l'onda potenziale φ è numericamente uguale alla tensione dell'elettrodo di messa a terra Uz. Pertanto, la formula è solitamente scritta nella forma Rs = Uc /Azc

La funzione di protezione elettrica del dispositivo di messa a terra consiste nel limitare la tensione ai limiti consentiti ai quali una persona può venire a contatto con il corpo dell'impianto elettrico messo a terra (con le parti strutturali metalliche dell'impianto elettrico normalmente non sotto tensione) durante la chiusura della fase al recinto o a terra.

Si consideri un caso di cortocircuito in una rete elettrica superiore a 1 kV con un neutro effettivamente messo a terra (con elevate correnti di guasto a terra, Fig. 1). Il circuito elettrico comprende la fase del trasformatore di alimentazione, il conduttore del cavo di alimentazione, il corpo del trasformatore alimentato, il suo dispositivo di messa a terra, la terra, il dispositivo di messa a terra del trasformatore di alimentazione.

Una distribuzione del potenziale φ sulla superficie terrestre nella zona di diffusione della corrente corrisponde alla direzione positiva generalmente accettata per la corrente Azz che entra nel terreno dal dispositivo di messa a terra del trasformatore di alimentazione. Il potenziale di terra ha il massimo valore positivo φmax in un punto situato al di sopra di uno degli elettrodi centrali dell'elettrodo di messa a terra.

Riso. 1.Schema elettrico di un cortocircuito all'alloggiamento in una rete con una tensione superiore a 1 kV con messa a terra effettiva del neutro: 1 - trasformatore di potenza; 2 — ricevitore elettrico; 3 - filo di messa a terra; 4 - elettrodo di terra; A — B e A ' — B' — zone di dispersione corrente; a, b — punti di possibile contatto simultaneo della persona con l'alloggiamento collegato a terra e il terreno; b, b'- punti nella zona di diffusione corrente, su cui una persona può contemporaneamente calpestare

Con la distanza dall'elettrodo di messa a terra, il potenziale nel terreno diminuisce in tempi relativamente brevi e, a una distanza approssimativamente pari a 20 grandi diagonali del contorno del dispositivo di messa a terra, diventa inferiore al 2% del potenziale di messa a terra φmax. A una tale distanza dall'elettrodo di messa a terra, il potenziale è generalmente considerato zero.

Analogamente, le variazioni di potenziale in prossimità del dispositivo di messa a terra del trasformatore di alimentazione. In relazione alla direzione presunta della corrente, il suo potenziale è considerato negativo.

Esistono due principali situazioni pericolose in cui una persona nell'area di distribuzione della corrente può diventare eccitata. La prima situazione: una persona si trova a terra nelle sottostazioni di trasformazione, nei quadri elettrici e in altri dispositivi e tocca le parti metalliche messe a terra dell'impianto elettrico.

Infatti, i valori assoluti dei potenziali dei punti sulla superficie terrestre nella zona di diffusione della corrente, compreso φmax, è sempre inferiore a quello delle parti metalliche messe a terra dell'impianto elettrico, il cui potenziale, se si ignora la tensione caduta negli elettrodi orizzontali di un complesso sistema di messa a terra, è un'onda φ.

Pertanto, quando una persona si trova nell'area di distribuzione della corrente, ad esempio nel punto b (Fig.1) e non tocchi il corpo messo a terra dell'impianto elettrico, quindi tra il corpo (punto a di Fig. 1) e il punto b la cosiddetta tensione di contatto Udp, che può essere considerata come la tensione a vuoto di una coppia attiva rete terminale con una resistenza interna nota (Fig. 2), numericamente uguale alla resistenza di una corrente che si diffonde da due piedi umani nel terreno Rnp.

Riso. 2. Per definizione Un: a e b - punti secondo la figura 1 che una persona tocca con una mano (palmo) e un piede (pianta del piede)

Se una persona si trova nel punto b"Toccando il punto a, cade sotto la tensione di contatto Su, uguale al prodotto della corrente secondo la legge di Ohm passa Azt, ma il suo corpo, sulla resistenza del suo corpo RT: Un = Azt x RT.

La corrente Azm è pari al rapporto Udp alla somma delle resistenze Rt e Rnp: Azt = Udp /(Rt +Rnp), Upp = (UdpNS RT)/(Rt + Rnp)

Significato RT/(Rt + Rnp) è solitamente indicato dalla lettera βp... Quindi Upp = Udp x βp. si noti che βp è sempre minore di uno e quindi Up è minore di Udp.

La seconda situazione di pericolo è legata al fatto che nella zona di propagazione della corrente una persona solitamente sta in piedi o cammina in modo tale che i suoi piedi si trovino in punti con potenziali diversi, ad esempio nei punti b e b' di fig. 1. Per caratterizzare la seconda situazione pericolosa, introduciamo i concetti di tensioni di gradino e tensioni di gradino.

Riso. 3. Secondo la definizione UNC: b, b'- punti secondo fig. 1., su cui sta la persona.

La tensione di gradino Udsh è la differenza potenziale tra due punti a terra nell'area di distribuzione della corrente, su cui una persona può contemporaneamente calpestare.

Per analogia con la prima situazione di pericolo, il valore Udsh può essere interpretato come la tensione a vuoto di una rete attiva a due terminali con una resistenza interna nota (Fig. 3). Quando una persona calpesta i punti tra i quali ha agito Udsh, la resistenza del corpo umano Rtsh lungo il percorso "piede-piede" è inclusa nel circuito bipolare.

In questo caso, la resistenza interna di una rete attiva a due terminali è la resistenza di dissipazione della corrente di gradino Rtsh, che può essere semplificata come somma di due resistenze identiche alla corrente che si propaga a terra da ciascuna gamba umana.

La tensione di passo è definita come segue: Uw = Azt x Rtsh.

I concetti di stress tattile e da passo si applicano anche agli animali. In questo caso, la tensione di tocco è intesa come la differenza di potenziale tra lo specchietto del naso o il collo e le gambe, e la tensione del piede è tra le gambe anteriori e posteriori.

Le principali caratteristiche con cui è possibile stabilire le qualità operative e di protezione elettrica dei dispositivi di messa a terra sono la resistenza dell'elettrodo di messa a terra (Rz), la tensione di contatto (Up) e la tensione di passo (Ush) rilevate durante la stagione calcolata a il valore calcolato della corrente Azz.

I valori di Up e Ush dipendono dai coefficienti del carattere del campo di corrente che lascia i piedi della persona nel terreno, e dalla resistenza del corpo della persona, che è una funzione della corrente che attraversa il suo corpo, e dalla resistenza Rz. Pertanto, al fine di calcolare la resistenza del dispositivo di messa a terra e le tensioni di contatto e di passo, è necessario poter calcolare i campi elettrici delle correnti uscenti dagli elettrodi di terra nel terreno.