Научный форум dxdy
Помогите разобраться. Почему, когда например, при обрыве провода воздушной ЛЭП, он находится в контакте с землей, говорят что ток стекает в землю. Объясните, как замыкается контур, охватывающий провод и землю по которому путешествует ток.
Re: Явления при стекании тока в землю
03.02.2011, 21:17
Как это понимаю я:
На обоих концах ЛЭП стоят трансформаторы, у которых обмотки, соединяемые с линиями ЛЭП собраны по схеме «звезда». Средние точки этих трансформаторов явным образом соединяются с землей (устраивается специальное заземление средней точки трансформаторов). Дальше все ясно — обравается фаза (или рабочий ноль) ЛЭП, падает на землю, на которой потенциал средней точки трансформатора. Начинает протекать ток с учетом всех импедансов (средняя точка трансформатора->место котакта разорванного провода с землей; импеданс линии ЛЭП от трансформатора до разрыва; импеданс обмотки трансформатора ну и прочие импедансы если есть).
Учитывая, что в точке контакта разорванного провода с землей будет практически потенциал разорванной фазы (принимаем сопротивление земли значительно большим, чем сопротивление проводника ЛЭП), и что поверхность земли весьма распределена, возможно, надо еще учитывать емкостные токи между поверхностью земли под ЛЭП и рабочими проводниками. Но учитывается ли это на практике — не знаю, возможно эти явления пренебрежимо малы.
Лично я практически не работал с сетями 100+ kV, там свои особенности.
Re: Явления при стекании тока в землю
03.02.2011, 23:38
Спасибо. То как вы понимаете суть явление очень даже похоже на правду. Только если линия, например, километров 100, и обрыв строго посередине (т.е. току придется проделать большой путь в земле до нейтрали тр-ра) ток доберется до нейтрали тр-ра? Или у грунта очень большая проводимость? И еще. Если взять сеть с изолированной нейтралью, или обмотки тр-ра соеденины треугольником? Тогда ток будет ли протекать? Ведь для него не будет замкнутого контура. Но даже если ток не будет течь, шаговое напряжение возникнет в месте контакта провода с землей?
Re: Явления при стекании тока в землю
03.02.2011, 23:57
Ток не течет по земле.
Но земля обладает сверхъемкостью и поэтому забирает заряд и переменный ток на себя.
При обрыве провода и коротком заземлении энергия уходит на сопротивление земли.
Ток течет только по проводу — это фаза.
Провода с нулем идут к конечному потребителю и идут они от глубокого заземления возле трансформатора низкого напряжения.
ЛЭП не имеют проводов с нулем, это лишний бессмысленный расход провода.
Никакого замыкания в обычном понимании плюс-минус нет.
Переменный ток замыкается на емкость земли.
— Пт фев 04, 2011 00:23:30 —
Написал сначала, что земля обладает сверхиндуктивностью, может быть это тоже что и емкость, а может и нет. Не знаю.
— Пт фев 04, 2011 00:31:13 —
Нет все же так: индуктивность это магнитное поле, а емкость — заряд. И это совсем разные вещи.
Земля берет любой заряд и это емкость. А катушка трансформатора и линия передачи — индуктивность.
— Пт фев 04, 2011 00:35:26 —
А вообще-то потребителю не нужен ноль. Он всегда может пустить ток по цепи фаза-прибор-заземление.
Но наверное, ноль всегда подводят для того, чтобы от доморощенного заземления никого током не ударило.
Re: Явления при стекании тока в землю
04.02.2011, 01:25
Еще подумал:
наверное, при обрыве провода и заземлении не происходит потеря энергии,
но просто мощность падает на линии.
Я конечно, не электрик.
Re: Явления при стекании тока в землю
04.02.2011, 12:13
HuanCarlos писал(а):
Только если линия, например, километров 100, и обрыв строго посередине (т.е. току придется проделать большой путь в земле до нейтрали тр-ра) ток доберется до нейтрали тр-ра? Или у грунта очень большая проводимость?
Электрический ток никуда не добирается. Некорректно говорить об электрическом токе, как о физическом объекте, он по сути есть некая абстракция, более-менее точно описываемая формулами, и проявляющая себя косвенно (закон Ампера, например).
Что касается Вашего вопроса, то длина пути здесь непричем, имеет значение только импеданс цепи, частота и амплитуда напряжения. Величина тока установится согласно этим параметрам.
HuanCarlos писал(а):
Или у грунта очень большая проводимость?
Имеет значение прежде всего сопротивление в месте контакта провода и грунта. У самого же грунта цифр я не назову, но знаю (читал где-то), что например в деревне с глухозаземленной нейтралью трансформатора подстанции вполне реально, вкопав на пару метров ведро, и подключив к нему нулевой проводник (фазу взять, ессесно, со счетчика), подключить нагрузку около 1 кВт без существенного (до 30В) падения входного напряжения 220В.
Червяки, шахтеры и соседи при этом, конечно, охреневают :). Такое подключение — по сути и есть падение проводника на землю, протевиречит технике безопасности, на всякий случай предупреждаю.
HuanCarlos писал(а):
Если взять сеть с изолированной нейтралью, или обмотки тр-ра соеденины треугольником? Тогда ток будет ли протекать? Ведь для него не будет замкнутого контура.
Нет, не будет, за исключением емкостных явлений, о которых я написал. Являются ли они значимыми — не знаю, погуглите, и напишите пожалуйста в этой теме, если найдете.
HuanCarlos писал(а):
Но даже если ток не будет течь, шаговое напряжение возникнет в месте контакта провода с землей?
Если ток не течет по земле, соответственно, между ногами не будет разности потенциалов из-за падения напряжения на импедансе почвы, соответственно не будет шагового напряжения. Опять таки, могут существовать емкостные явления.
Re: Явления при стекании тока в землю
04.02.2011, 12:26
Не понятно как-то.
Цитата:
Но земля обладает сверхъемкостью
Что вы вкладываете в понятие сверхъемкость? Кроме того, земля, грунт — вещество. Вещество не обладает емкостью, как я понимаю. Вы говорите о емкости мнимого конденсатора фаза-воздух-земля?
Цитата:
ЛЭП не имеют проводов с нулем, это лишний бессмысленный расход провода.
А как же ЛЭП 0,4 кВ?
Цитата:
Но наверное, ноль всегда подводят для того, чтобы от доморощенного заземления никого током не ударило.
Ноль подводят чтобы: 1. можно было получить фазное напряжение. 2. чтобы не допустить появления несимметричных режимов (что достаточно просто в сетях 0,4 кВ из-за разброса нагрузок по величине, статическим и динамическим характеристикам) 3. в некоторых типах сетей нулевой проводник совмещен с защитным.
Остальное в вашем посте еще более не понятно. В любом случае спасибо за высказанное мнение.
— Пт фев 04, 2011 12:44:34 —
Цитата:
Что касается Вашего вопроса, то длина пути здесь непричем, имеет значение только импеданс цепи
Это и имелось ввиду мною. Разве импеданс не будет зависеть от длины пути тока (как в формуле для расчета сопротивления проводника)?
Цитата:
Имеет значение прежде всего сопротивление в месте контакта провода и грунта. У самого же грунта цифр я не назову, но знаю (читал где-то), что например в деревне с глухозаземленной нейтралью трансформатора подстанции вполне реально, вкопав на пару метров ведро, и подключив к нему нулевой проводник (фазу взять, ессесно, со счетчика), подключить нагрузку около 1 кВт без существенного (до 30В) падения входного напряжения 220В.
Червяки, шахтеры и соседи при этом, конечно, охреневают 🙂
Очень интересно. А релейная защита не должна в таком случае срабатывать? И что касается червяков, соседей и шахтеров — речь идет о шаговом напряжении или еще о каких-то явлениях от которых они охреневают?
Цитата:
Если ток не течет по земле, соответственно, между ногами не будет разности потенциалов из-за падения напряжения на импедансе почвы, соответственно не будет шагового напряжения.
То есть шаговое напряжение, а точнее распределение потенциалов на поверхности земли зависит именно от падения напряжения на импедансе почвы? И еще. В сетях с изолированной нейтралью замыкание на землю является безопасным пока, стоя на земле, не дотронешься до «здоровой» фазы?
Re: Явления при стекании тока в землю
04.02.2011, 12:55
HuanCarlos в сообщении #408892 писал(а):
Что вы вкладываете в понятие сверхъемкость? Кроме того, земля, грунт — вещество. Вещество не обладает емкостью, как я понимаю. Вы говорите о емкости мнимого конденсатора фаза-воздух-земля?
Наверное, емкость получается в результате контакта провода и земли: на конце провода может накапливаться сколь угодно большой заряд. То есть, сама земля не емкость, но провод на земле — емкость.
А если провод удалить от земли то емкость упадет и на конце провода не будет накапливаться заряд и переменный ток по такому проводу не течет.
Цепь переменного тока состоит из катушки индуктивности -провода, емкости для заряда — конденсатора и прибора потребителя.
У нас есть провод фазы, смотанный в катушку трансформатора, один конец провода фазы закопан в землю, вместо конденсатора, другой конец фазы идет к потребителю, который замыкает его на прибор, второе замыкание прибора — провод ноль, этот провод идет до трансформатора и там тоже закопан в землю.
Получается цепь из одного провода с катушкой, на который навешаны полезные сопротивления, два конца этого одного провода закопаны в землю и играют роль двух больших емкостей.
Энергия подводится к цепи через индуктивность катушки трансформатора.
Re: Явления при стекании тока в землю
04.02.2011, 13:03
Последний раз редактировалось e2e4 04.02.2011, 13:30, всего редактировалось 5 раз(а).
Цитата:
Это и имелось ввиду мною. Разве импеданс не будет зависеть от длины пути тока (как в формуле для расчета сопротивления проводника)?
Цитата:
А релейная защита не должна в таком случае срабатывать?
Только если на подстанции стоит дифавтомат. Если честно, я таковых на силовых подстанциях не встречал, хотя и не работал с ними (подстанциями) особо. А без него все нормально — автоматические выключатели никакого превышения допустимого тока не заметят, трансу тоже все равно — так или иначе, но закон Кирхгофа-то соблюдается.
Цитата:
И что касается червяков, соседей и шахтеров — речь идет о шаговом напряжении или еще о каких-то явлениях от которых они охреневают?
О шаговом напряжении.
Цитата:
То есть шаговое напряжение, а точнее распределение потенциалов на поверхности земли зависит именно от падения напряжения на импедансе почвы?
Конечно. Собственно, как и любое напряжение — разница потенциалов двух точек. А потенциалы на поверхности земли вокруг упавшего провода изменяются — можно даже построить эквипотенциальные линии — они будут иметь сложные замкнутые контуры, «выпячиваясь» в сторону направления на подстанцию.
Важно учитывать, что это падение напряжения будет только при условии протекания тока, если тока нет — потенциал везде будет равен потенциалу упавшего провода.
Цитата:
В сетях с изолированной нейтралью замыкание на землю является безопасным пока, стоя на земле, не дотронешься до «здоровой» фазы?
Так точно. Ну или до нуля, тряхнет меньше, но тряхнет.
В специальных случаях (не на гражданских объектах), допускается не землить ноль, в частности для того, чтобы сохранить работоспособность комплекса при попадании одной фазы на землю. Но это «не земление» должно быть хорошо обосновано.
P.S. Фактически, заземление нуля подразумевает, что тряхнет в любом случае, если схватиться за фазу, только напряжение будет в раз меньше линейного, если схватиться за фазу, стоя на земле. Заземленный ноль позволяет диагностировать КЗ фазы на землю с помощью относительно простых автоматических выключателей и отключить сеть, а также позволяет применить дифавтоматы для защиты человека и противопожарной.
В случае с изолированной нейтралью можно хвататься за фазу, стоя на земле, без последствий. Однако попадание одной фазы на землю не диагностируется, и схватившийся за другую фазу человек при уже попавшей другой фазе на землю получает полное линейное напряжение. КЗ возможно диагностировать только при попадании двух и более фаз (или нуля и фазы) на землю, дифавтоматы при такой схеме неприменимы.
Конечно, я имею ввиду по диагностированию КЗ на землю случай, когда например фаза падает на стально пол, явно соединенный с нулем, или на корпус прибора. Если фаза падет на почву, то сопротивление почвы в общем случае слишком велико для срабатывания защитного автомата.
Почему ток уходит в землю
Почему электрический ток уходит в землю? А ведь данный вопрос можно обратить отнюдь не ко всем электрическим цепям, поэтому давайте несколько усложним его. В каких случаях и почему ток уходит в землю?
Начнем с простого примера. Наверняка каждому из нас приходилось наблюдать такое природное явление как молния. Молния — есть ни что иное, как кратковременный электрический ток уходящий их грозовой тучи в землю. Почему это происходит?
Из школьного курса физики известно:
1 — что заряды противоположных знаков стремятся притянуться друг к другу;
2 — за направление тока в проводнике принимается направление, противоположное направлению движения отрицательно заряженных частиц — электронов (для ионизированных газов или электролитов — противоположное направлению движения отрицательных ионов, а для полупроводников — противоположное направлению движения «дырок»).
Так вот, применительно к молнии можно сказать, что когда грозовая туча заряжена положительно, а поверхность земли под тучей — отрицательно (бывает и наоборот! см.рисунок), при определенных условиях (температура, давление, влажность) происходит пробой воздуха в атмосфере, при котором электроны из земли устремляются к положительно заряженной грозовой туче, значит в данном конкретном случае ток действительно «уходит в землю» просто потому, что притягиваются заряды противоположных знаков.
Зарядите конденсатор, и пусть его отрицательно заряженная обкладка будет символизировать землю, а положительно заряженная — грозовую тучу. Замкните выводы отверткой — получите ток, «уходящий в землю» — миниатюрный аналог разряда молнии из тучи — в землю. Если бы заряд земли был равен заряду грозовой тучи (аналогия — разряженный конденсатор), то разряда бы не произошло, и ток бы «в землю не ушел».
Поговорим теперь об электрических сетях переменного тока, используемых на большинстве производств, в зданиях где работают люди, а также в наших домах для бытового электроснабжения. Это так называемые «сети с глухозаземленной нейтралью».
Под нейтралью, применительно к данным сетям, понимается обязательно заземленный вывод вторичной обмотки промышленного трехфазного трансформатора (он стоит на подстанции), от которого наши квартиры получают те самые 220 вольт на фазе в розетке.
Проводник связанный с глухозаземленной нейтралью называется «PEN». Фазные проводники, по сути, — противоположные выводы данной трехфазной обмотки, «нулевая точка» которой заземлена согласно требованиям обеспечения безопасности — это принятый в электротехнике стандарт.
Что же произойдет, если один из фазных проводников случайно окажется в контакте с проводящим корпусом какого-нибудь устройства, при условии что этот корпус соединен с проводником PEN?
Замкнется цепь фаза-корпус-проводник PEN (соединенный с землей и с нейтралью трансформатора на подстанции), при этом должно сработать защитное устройство, как правило установленное во всех добросовестно спроектированных электрических сетях. Можно ли сказать, что в данном случае «ток ушел в землю»? Лишь условно, если назвать землей место соединения с землей нейтрального вывода трансформатора на подстанции.
Но что если проводник PEN практически отсутствует, а вместо него используется местное заземление, грубо говоря металлический штырь или контур помещенный в землю? Что тогда?
При аналогичной ситуации с попаданием фазы на корпус — ток устремится к тому самому заземленному на подстанции выводу трансформатора, причем этот ток потечет именно по почве, буквально через землю, прокладывая путь наименьшего сопротивления от местного заземления — к заземленным проводникам, соединенным с той самой нейтралью на подстанции.
В данной ситуации ток действительно уйдет от фазы — в землю, но земля будет служить лишь проводником, поскольку практически ток будет направлен к нейтрали трансформатора далеко на подстанции, и этот ток потечет по земле лишь потому, что эта нейтраль заземлена, то есть ток будет вынужден в данном случае «уйти в землю» в поисках пути наименьшего сопротивления.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Что такое заземление и зачем оно нужно?
Это когда какую-либо точку электрической сети или прибор специально соединяют с заземляющим устройством, которое находится в контакте с землей. Земля отлично поглощает электрический ток. Нужно все это для того, чтобы при повреждении провода вас не ударило током, чтобы электричество уходило в этот прибор и через него — в землю. При большом напряжении в сети, если есть заземление, ток идет в землю, а автоматы в квартире или доме отключаются и электричество пропадает. Заземление защищает также сами электроприборы. Выделяют два основных вида заземления: рабочее и защитное. Первое служит для обеспечения нормальной работы электроприбора, на корпусе которого не должно быть даже минимального электрического потенциала. Защитное же заземление обеспечивает электробезопасность. Благодаря такой защите электроустановки устойчивы к воздействию повышенного напряжения. Также это защищает и людей, работающих с подобными объектами. Опасные импульсы тока могут возникнуть как от разряда молнии, так и при неправильной эксплуатации или поломке.
Как выглядит заземляющий провод?
Если вскрыть любой домашний электроприбор (светильник, системный блок и т. д.), вы увидите желто-зеленый провод. Один его конец винтом прикреплен к металлическому корпусу. Это и есть заземляющий провод.
Что такое заземление, или просто о простом
Давно читаю ресурс, хорошая штука. Решил привнести и я немного ясности в нашу жизнь, а именно — в простую, казалось бы, вещь — заземление.
Навеяно статьей, но после прочтения комментариев у меня закрались сомнения — а всем ли понятно о сути заземления? Захотел добавить кое-что от себя, простыми словами, безо всяких ПУЭ. Ведь заземление — это защита, а стало быть — важно.
Итак:
Заземление — 2 вида по функционированию
1.
Электропроводяшие части корпуса оборудования (шкафы, etc.) соединены с нулем. Это, как правильно подсказывают, называется «занулением». Работает таким образом: корпус оборудования соединен с нулем и при попадании фазы на корпус происходит КЗ и вышибает автомат. Никто не пострадал.
2.
Если есть контур заземления, то электропроводящие части корпуса оборудования и etc., к которым может прикоснуться человек (и любой читатель этого топика), соединены с этим контуром. Как работает? Ток не «утекает» и не «впитывается» в землю, не утекает в среднюю точку обмоток трансформатора, с ним мало чего происходит. При пробое на корпус все, в т.ч. и контур здания становится под тем же напряжением, что и корпус. Контур соединен и с землей (той, по которой ходим), а значит, человека не ударит током — в цепи уравнены потенциалы. Все становится под фазой.
Почему не довольствоваться одними лишь автоматами? Да потому, что время срабатывания не равно нулю у любого суперавтомата. Земля действует быстрее любого УЗО!
Про молниезащиту
Немаловажную роль в этом играет заземление (не буду писать слово «грамотно выполненное по всем ГОСТ» — топик рассчитан на простое понимание основы заземления, а не на изучение нормативов). Здесь цепь выглядит по-другому: в облаках скапливается потенциал по отношению к земле и при достижении определенной величины он разрядится (а вот здесь — да, ток уходит в землю, выравнивая потенциалы неба и земли, ибо такая цепь). Через проводящие материалы. Здесь важно, чтобы не через людей и оборудование. Делают молниеотводы, и их подключают к контуру. Толстыми железяками, чтобы уменьшить сопротивление, чтобы максимум тока потекло через наименьшее сопротивление. Но все равно — на протяженные провода и кабели ток наведется — и не мало вольт. Ток с вольтами могут пожечь все. Здесь помогают УЗИПы. Там стоят разрядники, которые при срабатывании на возросшее напряжение/ток замыкают все жилы кабеля на землю.
Такой вот краткий топик основ.
З.Ы. Здесь есть отличные иллюстрации