Prize de pamant

Prize de pamant

Prizele de pamant pot fi naturale, artificiale sau mixte.

Prizele de pamant naturale utilizeaza elementele conductoare ale constructiilor aflate in legatura directa permanenta cu pamantul, a caror retea prezinta continuitate electrica: armaturi metalice ale fundatiilor, stalpi metalici sau din beton armat, conducte pentru fluide necombustibile (de exemplu, conducte de apa), invelisuri metalice ale cablurilor electrice pozate in pamant. Aceste prize nu necesita deci investitii suplimentare in instalatii.

Prizele de pamant artificiale sunt instalatii special realizate, constituite dintr-un electrod (priza simpla) sau un ansamblu de electrozi ingropati in pamant, legati conductiv intre ei (priza multipla). Se folosesc electrozi metalici de forme diferite (teava, bara, placa). O atentie deosebita trebuie acordata protectiei anticorosive a componentelor prizelor. In functie de modul de dispunere a electrozilor in pamant se deosebesc prizele verticale, orizontale sau combinate, solutia depinzand in principal de rezistivitatea solului in zona de amplasare.

In practica se folosesc frecvent prizele mixte, obtinute prin legarea in paralel a prizelor naturale si artificiale

Priza de pamant simpla este constituita dintr-un singur electrod.

In vederea simplificarii calculelor explicative, o priza de pamant simpla este modelata printr-un electrod emisferic de raza r, cu baza la suprafata solului (fig. 14.3.1), prin care se scurge la pamant curentul I_p si un electrod emisferic de raza infinita prin care se inchide circuitul. Solul se considera omogen , cu rezistivitatea constanta .

Curentul I_p se distribuie in pamant uniform si simetric, in directie radiala, iar densitatea de curent la o anumita distanta x de centrul electrodului

(14.3.1)

scade rapid cu cresterea distantei.

Intensitatea campului electric (stationar) care ia nastere in pamant, caracterizat prin diferente de potential intre diversele puncte, este data de gradientul de potential si este proportionala cu densitatea de curent j_p si cu rezistivitatea solului r_p (legea conductiei electrice) :

(14.3.2)

Liniile intensitatii campului electric coincid cu liniile densitatii de curent si cu razele sferei. Suprafetele echipotentiale in sol sunt emisfere iar liniile echipotentiale pe suprafata solului sunt cercuri concentrice cu electrodul.

Potentialul unui punct de pe suprafata solului, la distanta x de centrul electrodului

(14.3.3)

REFERAT: Ce sa faceti inainte de inundatie? REFERAT: Executarea si receptionarea ancorajelor metalice tip inel-con si dorn

variaza dupa o lege hiperbolica intre valoarea maxima (pe electrod) si zero (la distanta foarte mare de electrod). Practic, aproape intreg potentialul se distribuie pe o distanta de 20 m fata de electrod (delimitand asa-numita zona de influenta a prizei de pamant), dincolo de care se poate considera o zona de potential nul (in care densitatea de curent in sol devine neglijabila).

Conductorul de legatura cu pamantul se va gasi deci la potentialul V_p, care poate fi periculos in cazul cand o persoana vine in contact cu acesta. Diferentele de potential ale punctelor de pe suprafata solului poate prezenta, de asemenea un pericol pentru oameni si animale ale caror picioare ating pamantul in doua puncte aflate la o anumita distanta. Se defineste tensiunea de pas ca diferenta de potential intre doua puncte situate la o distanta egala cu pasul unui om (0,8 m). O asemenea diferenta de potential este periculoasa pentru animalele a caror marime a 'pasului' este importanta; in cazul cailor, pericolul este accentuat de prezenta potcoavelor care realizeaza un contact bun cu solul. Tensiunea de pas este maxima in vecinatatea electrodului si scade pe masura indepartarii de electrod.

Tensiunea dintre electrod si zona de potential nul este denumita tensiunea prizei de pamant U_p.

Corespunzator acestei tensiuni se defineste rezistenta de dispersie a prizei de pamant r_p, la trecerea unui curent electric,

, (14.3.4)

reprezentata prin rezistenta electrica a solului intre electrozii prizei de pamant si zona de potential nul (rezistenta electrodului si eventuala rezistenta de contact intre electrod si sol sunt neglijabile).

In cazul electrodului emisferic :

(14.3.5)

Pentru alte configuratii ale electrozilor, expresiile de calcul al rezistentei prizei sunt diferite, toate insa fiind de forma :

, (14.3.6)

unde K este un factor geometric care tine seama de forma, dimensiunile si amplasarea electrodului. Distributia potentialelor si forma liniilor echipotentiale se modifica, de asemenea, in imediata vecinatate a electrodului, apropiindu-se de cele corespunzatoare electrodului emisferic numai la distante mari.

De exemplu, rezistenta de dispersie pentru un electrod cilindric (teava) cu diametru d si lungimea l >> d, ingropat vertical in pamant, la distanta h₀ > 0,5 m fata de suprafata solului (fig. 14.3.2) se calculeaza cu expresia :

(14.3.7)

in care h = h₀ + l/2. In cazul h₀ = 0, se foloseste relatia :

(14.3.8)

Pentru o placa metalica de diametru d, asezata pe sol :

(14.3.9)

Ca ordin de marime, de exemplu, rezistenta unei prize verticale formate dintr-o teava cu diametrul de 5 cm si de lungime 2 m poate varia intre 2 W si 40 W in functie de rezistivitatea solului. Pentru situatiile uzuale, chiar la valorile medii ale rezistivitatii solului, aceasta rezistenta este mult prea mare in raport cu cerintele de functionare a instalatiei.

Priza de pamant multipla, formata din mai multi electrozi legati paralel, constituie solutia uzuala, obtinandu-se rezistente echivalente ale prizei de pamant mici cu un consum minim de material, precum si o nivelare a distributiei potentialelor in zona de montare. La distante mari intre electrozi (practic, peste 40 m), distributiile de potential ale electrozilor sunt independente (fig. 14.3.3). La distante mici intre electrozi, campurile de dispersie ale curentilor se suprapun, iar potentialul fiecarui electrod este constituit din potentialul propriu, dat de curentul care il parcurge si potentialele induse de campurile celorlalti electrozi, rezultand in final o curba a potentialului rezultant al prizei multiple, a carei forma depinde de distanta dintre electrozi precum si de forma, numarul si dispunerea electrozilor (fig.14.3.4). Datorita legaturii electrice dintre electrozi, potentialele lor sunt totdeauna aceleasi. Rezistenta echivalenta a prizei multiple, formata din n electrozi identici, neglijand rezistenta conductoarelor de legatura, este data de relatia :

, (14.3.10)

in care u < 1 este factorul de utilizare care ia in considerare cresterea rezistentei de dispersie a electrozilor datorita interactiunii campurilor (cresterea densitatii de curent pe portiunile dintre electrozi). Factorul de utilizare depinde de forma, dimensiunile, numarul si dispunerea electrozilor, valoarea sa scazand la cresterea numarului de electrozi si la micsorarea distantei dintre acestia. Factorii de utilizare se gasesc tabelati pentru structurile practice.

La prizele multiple se recomanda ca distanta dintre electrozi sa fie cat mai mare (peste dublul lungimii electrodului, valoarea minima egala cu lungimea electrodului constituind un caz de exceptie), pentru a diminua efectul de ecranare reciproca intre electrozi.

Prizele de pamant naturale pot fi apreciate uneori, din punctul de vedere al rezistentei, prin asimilare cu prizele artificiale. De exemplu, un stalp metalic sau de beton armat se asimileaza cu o priza verticala cu sectiune circulara echivalenta (numai diametrul echivalent al partii metalice), folosind relatia (14.3.9).

Prizele de pamant mixte, obtinute prin legarea in paralel a unei prize artificiale (de rezistenta R_pa) si unei prize naturale (de rezistenta R_pn) au rezistenta echivalenta :

(14.3.11)