CCF20110310019

Na podstawie rysunku 6.2 można zapisać, że:

(6.6)

u_T _ R_t

U ST ^Rr + R_T ⁺ °'^5Rn

lub

TJ - r r _Rt__

^{T ST}R_r+R_T+0,5R„    (6.7)

Obliczanie napięć dotykowych spodziewanych i krokowych oraz napięć dotykowych rażeniowych i krokowych rażeniowych nie jest proste. Dlatego zwykle wyznacza się je na drodze pomiarowej.

Podobne zależności można, na podstawie rysunku 6.2, napisać dla napięcia krokowego rażeniowego.

6.2. Parametry elektryczne uziemień przy prądach uziomowych o przebiegach fali udarowej

Opisane wcześniej zależności konduktywności (rezystywności) gruntu od jego wilgotności, zasolenia a także natężenia pola elektrycznego wpływają na rezystancję statyczną uziemienia (dotyczą stacjonarnego pola elektrycznego) jeżeli charakteryzują się:

•    brakiem procesów przejściowych,

•    takimi natężeniami pola elektrycznego, przy których właściwości gruntu

pozostają nieznane (strefa 1 przedstawiona na rysunku 4.8).

Taki zakres charakterystyk gruntów jest w pełni uzasadniony dla uziemień niewielkich rozmiarów przy prądzie przemiennym o częstotliwości 50 Hz i przy założeniu, że natężenie pola elektrycznego w gruncie nie przekracza kilku kilo-woltów na metr.

Uziemienie wykonanie lub wykorzystywane dla celów ochrony odgromowej, może wymagać wyznaczenia impedancji udarowej uwzględniającej występowanie procesów przejściowych i uwzględnienie własnych parametrów materiału, z którego wykonane jest uziemienie. Wyładowania piorunowe charakteryzują się bowiem krótkim czasem (kilka ps) i bardzo dużym prądem wywołującym duże natężenie pola elektrycznego w gruncie.

Na rysunku 6.4 przedstawiono schemat elektryczny zastępczy prostego uziomu, przez który płynie do ziemi prąd w postaci fali udarowej. Wszystkie parametry jego schematu są nieliniowe.

Pojemność C' uziomu względem ziemi odniesienia zmienia się w czasie pojawienia się fali udarowej w związku ze zmianą napięcia i częstotliwości impulsu, a także dielektrycznej przenikalności gruntu. Konduktancja poprzeczna G' zależy od zmieniającego się natężenia pola elektrycznego. Podłużna indukcyjność uziomu L' zmienia się dla uziomów wykonanych ze stali wraz ze zmianą wartości prądu, od którego zależy magnetyczna przenikalność stali. Zależy ona również od częstotliwości. Podłużna rezystancja R', ze względu na występujący efekt naskórkowości, jest zależna od częstotliwości. Należy przy tym zauważyć, że

36

Podręcznik

wzdłuż uziomu przedstawione parametry zmieniają się również ze względu na przepływ (lub brak przepływu) fali udarowej.

Przepływ prądu wyładowania w układzie przedstawionym na rysunku 6.4, można opisać systemem równań, które praktycznie są trudne do rozwiązania. Dlatego wprowadza się zwykle w tym schemacie uproszczenia. Pomija się rezystancje wzdłużną R¹, gdyż jest ona dwukrotnie lub więcej razy mniejsza od rezystancji uziomu. W określonych warunkach można także pominąć C'. Jest to możliwe [P-l], gdy długość czoła fali x_f > 2 ps i przenikalność dielektryczna gruntu e = 8. Przy takich Xf i £ w gruncie o p < 2500 £2m błąd wynikający z pominięcia C¹ nie przekracza 10 %. Tej wartości błąd wystąpi również przy pominięciu C dla p < 500 £2m i x_f > 3,5 ps.

Istotnymi charakterystykami uziemienia wpływającymi na impedancję udarową są charakterystyki konduktancji G’ i indukcyjność L'. To one określają charakter procesu przejściowego, którego stała czasowa T jest od tych parametrów zależna.

Przy długości czoła fali udarowej x_f większym lub równym stałej czasowej T można nie uwzględniać indukcyjności elektrody uziomowej L' i rozpatrywać uziom jako skupiony. W tym przypadku konduktancja uziomu jest zmienna głównie ze względu na nieliniowość gruntu wynikającą z możliwość wystąpienia wokół uziomu wyładowań iskrowych i łukowych.

Przy x_f zbliżonym do stałej czasowej T przebiegu, istotnym parametrem schematu przedstawionego na rysunku 6.4 oprócz konduktancji G'jest też indukcyjność L'.

Można więc stwierdzić, że zmiany konduktancji gruntu G', gdy pojawiają się wyładowania iskrowe i łukowe, prowadzi do obniżenia się rezystancji uziomu w stosunku do rezystancji statycznej uziomu zaś konieczność uwzględniania indukcyjności uziomu zwiększa rezystancję uziemienia w stosunku do rezystancji statycznej uziemienia.

W praktyce impedancja udarowa Z_Eu może mieć wartość mniejszą, równą lub większą od rezystancji statycznej tego samego uziemienia R_E. Zależność między Z_EU i Rr można przedstawić w następujący sposób:

Zeu = a_u . R_e    (6.8)

w której otu - współczynnik udarowy, którego wartość może być równa, mniejsza lub większa od 1.

37

L' R'    L' R'

Rys. 6.4. Zastępczy schemat elektryczny pojedynczego uziomu, z którego spływa prąd udarowy

Zeszyt 12