当前课程知识点:电磁场工程应用 > 第2章 恒定电场 > 2.9别墅起火之谜--绝缘电阻 > 别墅起火之谜—绝缘电阻
同学们好
今天上课之前我们先来看一则报道
2017年的8月13号
扬州地区突降大雨
暴雨伴随着雷电
当地的一片别墅区就发生了起火
经调查发现
起火的原因是因为别墅遭了雷击
但是防雷中心的工程师经过调查
发现别墅的琉璃瓦下面是已经敷设防雷带的
那么既然已经铺了防雷带
为什么还会起火呢?
这就是今天我们要学习的内容——接地电阻
然后我们一起来解决别墅起火之谜
所谓接地指的是将电气设备与大地相连接
也就是说
通过金属导体把电气设备与大地相连接
就叫接地
接地的作用有两个:第一个保护接地
主要是保护人身和设备的安全
第二是为了工作的需要
它主要是把大地当成导线
或着说消除设备对大地的电压升高
接地的时候一定要用到接地体
为了接地而埋入地下的金属导体
就称之为接地体
接地体往往可以做成球形、棒形、柱形、或着网形的结构
或着说这几种结构的一个组合。比如图中的蓝色就代表着一个棒形的接地体
这一个图中
这一个金属片就是高压时的接地体
当把接地体埋入地下的时候
它就一定会有接地电阻
为什么呢
依然以刚才这个接地体为例
当接地设备有一定的电压的时候
那么它就有电流会向周围的地面辐射
这就是辐射的电流的方向
很显然
这个电流通过这一个接地体
会向周围的地面辐射
也就是说
这一个电流可能从这一个接地体流向另外一个接地体
也可能是从这一个接地体流向无限远处
但是这个电流在流的过程中一定会受到阻力
那么这一个阻碍作用就用接地电阻来描述
所以接地电阻实际上包含了接地体本身的电阻
而接地体很明显
需要通过接地导线来接地
因此
接地导线本身还存在电阻
第三部分接地体与土壤之间会有接地电阻
第四部分土壤电阻是最主要的
在土壤电阻也就是今天我们这里所讲到的接地电阻
换一句话说
今天我们这里所讲的接地电阻
实际上就指土壤的电阻
所以接地体之间或着接地体到无限远处的大地的电阻就称之为土壤电阻
下面我们就来计算这个土壤的电阻
它的计算方法有几种
第一种直接按它的定义式来计算
第二种可以用静电比拟的方法来求
其实一句话:就跟我们上一堂课讲到电导或着说绝缘电阻的计算方法是一样的
但是它在计算的时候大多都是采用近似计算
第二,我们在工程上希望实际的接地电阻越小就越好
第三
我们一般情况下会选无穷远处做为参考电位
下面我们就以这个条形接地器为例来示范接地电阻的计算
第一种方法直接通过场来计算
假设它的电流已知,也就是如图所示的蓝颜色的线
当电流从这个接地体留下来的时候
很显然它会向周围的土壤发生辐射
也就是它的辐射电流
就如图中的红颜色的箭头所示
很显然它是呈一个球面状向周围辐射的
因此设它的辐射半径为R的话
所以它的电流密度 J 就应该等于 I 除以球的表面积
因此也就是这一个表达式
所以 E 就可以求到了
因此设无限远处为电位的参考点
那么这一个球的电位就等于 E 的线积分
很显然
这里的积分应该从球的表面积到无限远处
积完以后是这样一个表达式
所以它的接地电阻就是这个表达式
很显然这一个球形接地器的接地电阻与球的半径有关
同时与土壤的电导率γ有关
第二种方法根据静电比拟法来求
从静电场中我们求得球形的电容器的电容是这一个表达式
而根据静电比拟的表达式 C/G 等于介电常数和电导率之比
很简单就可以得到这一个接地器的接地电阻
G等于这个表达式
所以它的电阻就是电导G的倒数
从这一个表达式中来看
要减少这一个球形接地器的接地电阻
也就是减少这里的 R 的话
很明显
两种方法:要么增大这里的 γ
要么增大这里的 a
所以第一种方法增大接地体的半径A
第二种方法就是使 γ 变大
而土壤的电导率是一定的
所以需要在接地体的附近插入一些电导率比较高的媒质
下面我们回到课前的内容:为什么别墅会发生起火
防雷中心的工程师经过调查发现
虽然琉璃瓦下面已经铺设了防雷带
但是这一个防雷带和接地装置的电气连接不良
也就是说
当发生雷击的时候
当强大的雷电流通过防雷带往下面传的时候
如果防雷的引下线和接地体直接接触是良好的话
那么雷电流会通过接地体迅速的向周围的地进行扩散
但是由于防雷带的引线和接地体之间接触不良
所以电流就缺乏了一个限流的通道
因此强大的雷电流就直接加在了别墅上
从而引起了别墅的起火
因此
从这个例子
我们知道在建造建筑物的时候
我们不仅要有防雷装置
也就是说在屋顶必须有避雷装置
然后必须有防雷的引下线
这个引下线还必须要和接地体保持良好的接触
在工程上
我们还可以利用接地电阻来做地震的预测
因为在地震的前夕
地壳的电阻率会发生改变
因此我们可以通过测量接地电阻来预测
因此我们可以将两个电极垂直或水平的放入地中通过测量两电极之间的电流
以及电位的分布就可以判断电流流过该区域的地层情况
从而预测是不是会发生地震
-0.1 场与路
--场与路
--场与路
-0.2 矢量的基本运算
--矢量的基本运算
--矢量的基本运算
-0.3 场的直观表示--场线
--场的直观表示
--场的直观表示
-0.4 标量场的方向导数和梯度
-0.5.1 矢量场的通量和散度
-0.5.2 矢量场的环量和旋度
-0.6 散度和旋度
--散度和旋度
--散度和旋度
-0.7 亥姆霍兹定理
--亥姆霍兹定理
--赫姆霍兹定理
-第0章 场的概念--第0章习题
-1.1静电场的源
--静电场的源
--静电场的源
-1.2电场强度
--电场强度
--电场强度
-1.3电位
--电位
--电位
-1.4电偶极子
--电偶极子
--电偶极子
-1.5静电场中的导体和电介质
-1.6高斯定理
--高斯定理
--高斯定理
-1.7静电场的基本方程
--静电场的基本方程
--静电场的基本方程
-1.8静电场分界面的衔接条件
-1.9静电场的边值问题及求解
-1.10镜像法
--镜像法
--镜像法
-1.11电轴法
--电轴法
--电轴法
-1.12地球的电容-电容及求解
-1.13静电力与静电能量
--静电力与静电能量
--静电力与静电能量
-1.14高电压技术中的电场问题
-第1章 静电场--第1章习题
-2.1鱼塘大量死鱼之谜-电流及电流密度
-2.2三大定律
--三大定律
--三大定律
-2.3电源电动势和局外场强
-2.4恒定电场的基本方程和边界条件
-2.5电流为什么弯曲?--恒定电场边界条件的应用
-2.6恒定电场的边值问题
-2.7恒定电场与静电场的比拟
-2.8恒定电场的工程应用:电导和部分电导
-2.9别墅起火之谜--绝缘电阻
-2.10奶牛被严重击伤,人却安全无恙?--跨步电压
-第2章 恒定电场--第2章习题
-3.1磁感应强度
--磁感应强度
--磁感应强度
-3.2磁场中的物质--磁化
-3.3安培环路定理
--安培环路定理
--安培环路定理
-3.4恒定磁场基本方程及分界面的衔接条件
-3.5.1矢量磁位及其边值问题
-3.5.2标量磁位及其边值问题
-3.6恒定磁场中的镜像法
-3.7.1自感和互感的概念
-3.7.2自感和互感的计算
-3.8恒定磁场的能量
--恒定磁场的能量
--恒定磁场的能量
-3.9.2虚位移法
--磁场力-虚位移法
--磁场力-虚位移法
-3.9.3法拉第观点
-3.10磁路
--磁路
--磁路
-第3章 恒定磁场--第3章习题
-4.1电磁感应定律
--电磁感应定律
--电磁感应定律
-4.2感应电场
--感应电场
-4.3全电流定律
--全电流定律
-4.4麦克斯韦方程组
--麦克斯韦方程
-4.5.1坡印廷定律和坡印廷矢量
-4.5.2坡印廷定理的应用
-4.6.1 动态位的引入
--动态位的引入
-4.6.2 动态位的积分解
--动态位的积分解
-4.7.1时谐电磁场及其复数表示
-4.7.2麦克斯韦方程的复数形式
-4.7.3复介电常数
-4.7.4坡印廷定理的复数形式
-4.7.5时谐场的坡印廷矢量
-4.7.6时变场计算实例
--时变场计算实例
--时变场计算实例
-第4章 时变电磁场--第4章习题
-5.1 均匀平面电磁波的概念
-5.2.1 无界理想介质中平面波的方程
-5.2.2 无界理想介质中的平面波传播特性
-5.3.1导电媒质中均匀平面波的方程
-5.3.2导电媒质中均匀平面波的传播特性
-5.3.3 4G手机能否用于煤矿的井上下通信?
--4G手机
-5.3.4潜艇通信困难?
--海水潜艇通信困难
-5.3.5良导体和良介质中均匀平面波的传播特性
-5.3.6趋肤效应
--趋肤效应
--趋肤效应
-5.3.7趋肤效应的工程应用2例
-5.4.1 电磁波的极化
--电磁波的极化
--电磁波的极化
-5.4.2 圆极化的旋向判断
--圆极化的旋向判断
--极化旋向判断
-5.4.3 极化的工程应用举例—立体电影
-第5章 均匀平面电磁波--第5章习题
-6.1.1平面电磁波对一般导电媒质的垂直入射
-6.1.2均匀电磁波对理想导体平面的垂直入射
-6.1.3均匀平面波对理想介质分界面的垂直入射
-6.1.4易拉罐增强WiFi信号?
--易拉罐增强WiFi信号?--理想导体平面对电磁波的全反射
--易拉罐增强WiFi信号?--理想导体平面对电磁波的全反射
-6.2.1平面波在理想介质分界面上的斜入射
-6.2.2雷达测距和雷达低空盲区
-6.2.3光纤的传输原理—电磁波在理想介质表面的全反射
-6.2.4电磁波在理想介质表面的全透射
-第6章 平面电磁波的反射和透射--第6章习题