Caractéristiques de fonctionnement et de protection électrique des dispositifs de mise à la terre

La principale fonction de fonctionnement des dispositifs de mise à la terre est de fournir une conductivité suffisante pour le fonctionnement du circuit de protection du relais afin de fermer les parties sous tension de l'installation électrique au châssis ou à la terre mis à la terre.

Par conséquent, la caractéristique électrique la plus importante du dispositif de mise à la terre est la conductivité de mise à la terre Gzy ou sa valeur inverse Rz - résistance du dispositif de mise à la terre égale à Rzy = Rs + Rzp, où Rz est la résistance du courant qui se propage de l'électrode de mise à la terre au masse (résistance de l'électrode mise à la terre), RZp — résistance des fils de mise à la terre.

La résistance d'un courant qui se propage de l'électrode de mise à la terre dans le sol est formée par toute la zone de propagation du courant - le volume du sol, à partir de la surface de l'électrode mise à la terre, le potentiel électrique φ qui lors du passage du courant Азs dans le sol est φ3, et à la zone où φ est pratiquement nul (zone de potentiel nul).

Selon Loi d'Ohm la résistance de mise à la terre est égale au rapport entre le potentiel des nœuds au point d'introduction du courant dans l'électrode de mise à la terre et le courant Azz quittant l'électrode de mise à la terre dans la terre Rs = φsmax /Азс

A noter que le potentiel d'onde φ est numériquement égal à la tension de l'électrode de masse Uz. Par conséquent, la formule est généralement écrite sous la forme Rs = Uc /Azc

La fonction de protection électrique du dispositif de mise à la terre consiste à limiter la tension aux limites admissibles auxquelles une personne peut entrer en contact avec le corps mis à la terre de l'installation électrique (avec les parties structurelles métalliques de l'installation électrique normalement hors tension) pendant la fermeture de la phase à l'enveloppe ou à la terre.

Considérons un cas de court-circuit dans un réseau électrique supérieur à 1 kV avec un neutre effectivement mis à la terre (avec des courants de défaut à la terre élevés, Fig. 1). Le circuit électrique comprend la phase du transformateur d'alimentation, le conducteur du fil d'alimentation, le corps du transformateur alimenté, son dispositif de mise à la terre, la terre, le dispositif de mise à la terre du transformateur d'alimentation.

Une répartition du potentiel φ à la surface de la terre dans la zone d'étalement du courant correspond au sens positif généralement admis pour le courant Azz entrant dans la terre depuis le dispositif de mise à la terre du transformateur d'alimentation. Le potentiel de terre a la plus grande valeur positive φmax en un point situé au-dessus d'une des électrodes centrales de l'électrode de mise à la terre.

Riz. 1.Schéma électrique d'un court-circuit au boîtier dans un réseau de tension supérieure à 1 kV avec mise à la terre effective du neutre : 1 — transformateur de puissance ; 2 — récepteur électrique ; 3 - fil de terre ; 4 — électrode de masse ; A — B et A ' — B' — zones de dispersion des courants ; a, b — points de contact simultané possible de la personne avec le boîtier mis à la terre et le sol ; b, b'- points dans la zone d'épandage actuelle, sur lesquels une personne peut marcher simultanément

Avec la distance de l'électrode de mise à la terre, le potentiel dans la terre diminue relativement rapidement, et à une distance environ égale à 20 grandes diagonales du contour du dispositif de mise à la terre, il devient inférieur à 2% du potentiel de mise à la terre φmax. À une telle distance de l'électrode de mise à la terre, le potentiel est généralement considéré comme nul.

De même, le potentiel change à proximité du dispositif de mise à la terre du transformateur d'alimentation. Par rapport au sens supposé du courant, son potentiel est considéré comme négatif.

Il existe deux principales situations dangereuses dans lesquelles une personne dans la zone de distribution de courant peut devenir sous tension. La première situation - une personne se tient au sol dans les sous-stations de transformation, les tableaux de distribution et autres appareils et touche les parties métalliques mises à la terre de l'installation électrique.

En effet, les valeurs absolues des potentiels des points à la surface de la terre dans la zone d'étalement du courant, y compris φmax, sont toujours inférieures à celle des parties métalliques mises à la terre de l'installation électrique, dont le potentiel, si l'on ignore la tension chute dans les électrodes horizontales d'un système de mise à la terre complexe, est une onde φ.

Par conséquent, lorsqu'une personne se tient dans la zone de distribution du courant, par exemple au point b (Fig.1) et ne touche pas le corps mis à la terre de l'installation électrique, puis entre le corps (point a sur la Fig. 1) et le point b la tension dite de contact Udp, qui peut être considérée comme la tension en circuit ouvert d'un actif deux- réseau terminal avec une résistance interne connue (Fig. 2), numériquement égale à la résistance d'un courant se propageant de deux pieds humains dans le sol Rnp.

Riz. 2. Par définition Un : a et b — points selon la figure 1 qu'une personne touche avec la main (paume) et le pied (semelle)

Si une personne se tient au point b"Touchant le point a, alors elle tombe sous une tension de contact Up, égale au produit du courant selon la loi d'Ohm Azt passe, mais son corps, sur la résistance de son corps RT : Un = Azt x RT.

Le courant Azm est égal au rapport Udp sur la somme des résistances Rt et Rnp : Azt = Udp /(Rt +Rnp), Upp = (UdpNS RT)/(Rt + Rnp)

Le sens RT/(Rt + Rnp) est généralement noté par la lettre βp... Alors Upp = Udp x βp. notez que βp est toujours inférieur à un et donc Up est inférieur à Udp.

La deuxième situation dangereuse est liée au fait que dans la zone de propagation du courant, une personne se tient ou marche généralement de manière à ce que ses pieds soient à des points avec des potentiels différents, par exemple aux points b et b' de la fig. 1. Pour caractériser la deuxième situation dangereuse, nous introduisons les notions de tensions de pas et de tensions de pas.

Riz. 3. Selon la définition UNC : b, b'- points selon fig. 1., sur lequel la personne se tient.

La tension de pas Udsh est la différence de potentiel entre deux points au sol dans la zone de distribution du courant, sur laquelle une personne peut marcher simultanément.

Par analogie avec la première situation dangereuse, la valeur Udsh peut être interprétée comme la tension en circuit ouvert d'un réseau actif à deux bornes avec une résistance interne connue (Fig. 3). Lorsqu'une personne marche sur les points entre lesquels Udsh a agi, la résistance du corps humain Rtsh le long du chemin "pied - pied" est incluse dans le circuit bipolaire.

Dans ce cas, la résistance interne d'un réseau actif à deux bornes est la résistance de dissipation de courant de pas Rtsh, qui peut être simplifiée comme la somme de deux résistances identiques au courant se propageant au sol depuis chaque jambe humaine.

La tension de pas est définie comme suit : Uw = Azt x Rtsh.

Les concepts de stress au toucher et au pas s'appliquent également aux animaux. Dans ce cas, la tension de contact est comprise comme la différence de potentiel entre le miroir du nez ou le cou et les jambes, et la tension du pied est entre les jambes avant et arrière.

Les principales caractéristiques permettant d'établir les qualités de fonctionnement et de protection électrique des dispositifs de mise à la terre sont la résistance de l'électrode de mise à la terre (Rz), la tension de contact (Up) et la tension de pas (Ush) trouvées pendant la saison calculée à la valeur calculée de l'Azz actuel.

Les valeurs de Up et Ush dépendent des coefficients du caractère du champ de courant laissant les pieds de la personne dans le sol, et de la résistance du corps de la personne, qui est fonction du courant traversant son corps, et de la résistance Rz. Par conséquent, afin de calculer la résistance du dispositif de mise à la terre et des tensions de contact et de pas, il est nécessaire de pouvoir calculer les champs électriques des courants sortant des électrodes de masse dans le sol.