CCF20110310017

Rys.6.2. Elementy obwodów rażeniowych zasilanych napięciem Ust i U_Ss: R, - opór przejścia między ręką a dotykaną częścią, na której pojawiło się napięcie Ust, Rb - opór ciała człowieka na drodze ręka (ręce) - stopy, R„ - opór przejścia między stopą a ziemią, R_B opór ciała człowieka na drodze noga -noga, I_BS - prąd rażeniowy (płynący w obwodzie rażeniowym a w tym przez ciało człowieka) na drodze ręka - stopy, I_Bs - prąd rażeniowy na drodze noga - noga.

Dla wyjaśnienia terminu rezystancja uziemienia konieczne jest wyjaśnienie terminu ziemia odniesienia. W dziale 195 normy PN-IEC 60050 [N-7] zapisano: ziemia odniesienia to część Ziemi (planety) rozpatrywanej jako ośrodek przewodzący, którego potencjał elektryczny jest przyjmowany umownie jako równy zeru, pozostającego poza strefą wpływu jakichkolwiek instalacji uziemiających.

Termin ziemia odniesienia można wyjaśnić porównując rysunek 4.1 z rysunkiem 6.1 b). Rozkład potencjałów na powierzchni gruntu, wywołany przepływem przez uziom prądu uziomowego I_E, przedstawiony na rysunku 6.1 b) uzyskany został przez odczytanie wartości potencjałów zobrazowanych na rysunku 4.1 liniami ekwipotencjalnymi stykającymi się z powierzchnią ziemi. Wraz ze wzrostem odległości od uziomu linie ekwipotencjalne oznaczają coraz mniejsze wartości potencjałów. W pewnej odległości od uziomu potencjały wywołanych prądem uziomowym są tak małe, że nie różnią się od potencjału gruntu, gdy z uziomu nie spływa do ziemi prąd I_E. Miejsca takie na powierzchni gruntu i w jego objętości nazywa się „ziemią odniesienia”. Jeżeli potencjał w tych miejscach nie jest podwyższony w wyniku przepływu prądu uziomowego I_E przez inny (nie rozpatrywany) uziom to przyjmuje się, że jest on równy zero.

Rezystancja uziemienia to rezystancja występująca między głównym zaciskiem uziemiającym a ziemią odniesienia.

W praktyce, podczas pomiarów, mierzy się rezystancje metalu i ziemi, przy czym rezystancja metalu stanowi niewielką część procenta rezystancji ziemi (gruntu). Dlatego w obliczeniach rezystancji uziemienia pomija się rezystancję metalu a uwzględnia się jedynie rezystancję ziemi (gruntu).

Rezystancja uziemienia, w skład której wchodzi jedynie uziom prosty zależy od:

32

Podręcznik ifsjse

•    rezystywności gruntu p,

•    powierzchni styczności uziomu z gruntem S,

•    zbliżenia uziomu do powierzchni gruntu t (patrz rys. 4.3),

Zależności te można prześledzić rozpatrując rezystancję uziomu w postaci metalowej kuli umieszczonej w przestrzeni przewodzącej a następnie w półprze-strzeni przewodzącej o rezystywności p. W rzeczywistości mamy do czynienia jedynie z uziomami umieszczonymi w półprzestrzeni przewodzącej (nie stosuje się uziomów w postaci kuli) ale rozpatrywane przypadki mają prosty obraz linii ekwipotencj alnych.

Z podstaw elektrotechniki wiadomo, że obraz płaski pola elektryczngo metalowej kuli umieszczonej w przestrzeni przewodzącej (nieograniczonej) o rezystywności p można przedstawić za pomocą linii ekwipotencj alnych kulistych, a rezystancja takiej kuli o promieniu r można zapisać wzorem:

(6.1)

Rezystancja kuli jest więc wprost proporcjonalna do rezystywności przestrzeni przewodzącej i odwrotnie proporcjonalna do powierzchni kuli (wyrażenie 4 r jest proporcjonalne do powierzchni kuli S = 4ttr²).

Jeżeli kulę tę umieścić w półprzestrzeni przewodzącej (np. w gruncie), na głębokości t obraz pola nie będzie tak symetryczny jak dla przestrzeni przewodzącej. Granica półprzestrzeni przewodzącej (gruntu) i półprzestrzeni nieprzewo-dzącej (powietrze) zakłóca rozkład linii ekwipotencj alnych i prądowych taka jak to pokazano na rysunku 4.3. Rezystancję kuli (uziomu kulistego) pogrążonej na głębokości t można obliczać stosując metodę odbicia zwierciadlanego rozpatrując przestrzeń przewodzącą, w której znajdują się dwie kule w odległości 2t i z każdej kuli spływa prąd I_E . Obie kule będą wtedy oddziaływały na siebie a obraz pola wokół każdej z nich będzie wyglądał tak jak obraz pola kuli umieszczonej w półprzestrzeni przewodzącej. Rezystancja jednej kuli wyniesie wtedy:

(6.2)

_p _ P(2t + r)

8 rat

Na rysunku 6.3 przedstawiono zależność rezystancji R_E uziomu kulistego o promieniu r = 0,1 m od głębokości t jego umieszczenia w ziemi o rezystywności p = 100 £2m.

Wnioski ogólne dotyczące rezystancji uziemienia R_E, wynikające z analizy zależności przedstawionej wzorem (6.2) i wykresu zamieszczonego na rysunku 6.3, są słuszne nie tylko dla uziomów kulistych ale i dla uziomów prostych o innych kształtach, najczęściej uziomów pionowych lub uziomów poziomych. Można je sformułować następująco:

I. Wartość rezystancji uziemienia R_E jest wprost proporcjonalna do rezystywności gruntu jednorodnego oraz odwrotnie proporcjonalna do powierzchni styczności uziomu z ziemią (gruntem).

33

Zeszyt 12