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    接地后,地球那么大,電流怎么知道流向哪里?

    發布時間:2021-06-23      點擊量:385

    接地后,地球那么大,電流怎么知道流向哪里?

     

        普通人特別是中學生喜歡用水來比喻電氣現象。盡管用水來比喻電氣現象會十分尷尬,因為它解決的問題很少,帶來的問題更多。然而提問者已經用了水來提問了,我就用水來解答吧。我們來看題主的問題描述:“覺得有點莫名奇妙,就像你在裝滿水的水箱里很多管道,水會自動從一個管道口流向另一個特定的管道口一樣(萬一某個遙遠的地方有個壓強一樣的管道口了)”。其實,題主感到困惑的是:水是否具有思考能力?它能選擇合適的通道?類似地,接地電流是否也具有這種能力?我來剖析題主的問題。我們看下圖:

    接地后,地球那么大,電流怎么知道流向哪里?

        圖1:題主的水箱模型圖1的水箱中,當然是注滿了水了,而且水還可以不斷注入,確保水箱內有水。

       水箱內完全隨機地放入各種填充材料,有阻水的密實粘土,有透水的砂石,有揉成團塊的碎塑料布團塊,還有石塊。這些填充材料混雜在一起。水箱的底部有一層透水的金屬絲網,目的是透水,還可以避免填充物流失?,F在,我們把水箱底部的七個閥門打開,我們來觀察閥門的出水情況。我們很容易推測,這些閥門的出水量肯定不一樣,某些閥門的出水量大,有些閥門出水量小,甚至還可能有不出水的閥門。這說明什么?

        圖1水箱內的填充物完全是隨機地放入的,但這些填充物的阻水和透水效果不同,于是在水箱中會自發地建立起透水通道和阻水通道。這些通道中水的流動性只取決于阻水材料特性,與水本身是否具有選擇性毫無關系。水池中的水之所以會至上而下地從水池頂部注入,再從水池底部的閥門中流出,是因為水受到了重力,重力場是決定水流方向的決定因素。在這里,我們沒有看到水具有思考能力。閥門中水流的大小完全取決于水池中填充物的分布形式和阻水能力。我們再看下圖:

    接地后,地球那么大,電流怎么知道流向哪里?

        圖2:并聯電阻構建的電流通道圖2中,我們看到電阻陣列中有5個并聯電阻R1~R5。我們設并聯電阻陣列的總電阻為Rz,由:我們可以求出總電阻的阻值。然后再由  確定電阻陣列中各個支路電阻上的電壓。記住我們的結論:并聯電阻陣列上的電壓是相等的。

       再由這個結論,我們很容易推測出:由此得到我們的結論:支路電流的大小只與支路電阻有關。支路電阻越大,支路電流就越??;反之,支路電阻越小,支路電流就越大。記?。弘娏髦詴鲃?,是因為電源電場的驅動,使得電流運動有了方向。電流選擇哪個路徑,并非電流具有“思考“能力,而是由支路電阻唯yi決定的。我們再看下圖:

        圖3:地下電流的流動圖3中,我們看到電源電場已經為電流指ding了方向,無需電流作任何判斷。由于地下地層的含水率不同,地層電解質含量也不同,再加上可能出現的地下鋼筋網,因此地下各地層的電阻也不盡相同,這恰恰就相當于地層電阻的并聯。我們由圖2的結論可知,哪個地層的電阻小,則此地層的電流就相對較大。

        應當說明:圖3的配電方案在實際配電線路中是不可取的。我們不能把大地作為配電通路。一者因為大地電阻很大,會消耗大量的電源功率;二者會存在跨步電壓,有可能使得過往行人被電擊。因此,圖3反映的其實是配電系統的接地故障狀態,是接地故障電流流過大地的示意圖而已。

    接地后,地球那么大,電流怎么知道流向哪里?

       現在,我來總結一下:

    1)地下的接地電流需要判斷流動方向嗎?回答是:不需要,電源電場已經指明了方向。并且,地下的電流方向只與電源電場有關,與地球的大小無關,與所處的位置無關。

    2)電流需要來判斷走哪個地層或者電流通道嗎?回答是:不需要,由地層電阻或者電流通道電阻來決定。

    3)地下各地層或者電流通道的電流大小需要電流來思考、判斷和決定嗎?回答是:不需要,電流沒那么聰明,也無需電流來思考,電流是按并聯電阻支路電流分配原則來確定其大小的。本條其實就是第2條的延續:地層電阻或者電流通道的電阻決定了通路電流的大小。

        由于地下地層的分布復雜,地層電阻也不盡相同,因此地網電阻往往采取測量的方式來確定。又由于地網電阻或者接地電阻對于供配電系統具有很重要的意義。因此在國家標準中給出了具體的數值。在國家標準GB50054-2011《低壓配電設計規范》中,給出了建筑物接地電阻的大小,zui大是4歐。標準中同時給出了在設計中接地電阻的一般數值,是0.8歐。利用此接地電阻的數值,我們就可以設計接地系統的具體方案,以及漏電保護的具體措施和元器件規格。這方面的內容非常豐富,牽涉到的理論和國家標準也很多,再加上它與題主的問題無關,此處忽略。

     

    文章來源:知乎  文章整理:上海晟皋電氣科技有限公司

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