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上海晟皋電氣科技有限公司
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接地后，地球那么大，電流怎么知道流向哪里？
2021-6-23 閱讀(1862)
普通人特別是中學(xué)生喜歡用水來(lái)比喻電氣現(xiàn)象。盡管用水來(lái)比喻電氣現(xiàn)象會(huì)十分尷尬，因?yàn)樗鉀Q的問(wèn)題很少，帶來(lái)的問(wèn)題更多。然而提問(wèn)者已經(jīng)用了水來(lái)提問(wèn)了，我就用水來(lái)解答吧。我們來(lái)看題主的問(wèn)題描述：“覺(jué)得有點(diǎn)莫名奇妙，就像你在裝滿水的水箱里很多管道，水會(huì)自動(dòng)從一個(gè)管道口流向另一個(gè)特定的管道口一樣(萬(wàn)一某個(gè)遙遠(yuǎn)的地方有個(gè)壓強(qiáng)一樣的管道口了)”。其實(shí)，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(lái)剖析題主的問(wèn)題。我們看下圖：
圖1：題主的水箱模型圖1的水箱中，當(dāng)然是注滿了水了，而且水還可以不斷注入，確保水箱內(nèi)有水。
水箱內(nèi)*隨機(jī)地放入各種填充材料，有阻水的密實(shí)粘土，有透水的砂石，有揉成團(tuán)塊的碎塑料布團(tuán)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(wǎng)，目的是透水，還可以避免填充物流失。現(xiàn)在，我們把水箱底部的七個(gè)閥門(mén)打開(kāi)，我們來(lái)觀察閥門(mén)的出水情況。我們很容易推測(cè)，這些閥門(mén)的出水量肯定不一樣，某些閥門(mén)的出水量大，有些閥門(mén)出水量小，甚至還可能有不出水的閥門(mén)。這說(shuō)明什么？
圖1水箱內(nèi)的填充物*是隨機(jī)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(huì)自發(fā)地建立起透水通道和阻水通道。這些通道中水的流動(dòng)性只取決于阻水材料特性，與水本身是否具有選擇性毫無(wú)關(guān)系。水池中的水之所以會(huì)至上而下地從水池頂部注入，再?gòu)乃氐撞康拈y門(mén)中流出，是因?yàn)樗艿搅酥亓?，重力?chǎng)是決定水流方向的決定因素。在這里，我們沒(méi)有看到水具有思考能力。閥門(mén)中水流的大小*取決于水池中填充物的分布形式和阻水能力。我們?cè)倏聪聢D：
圖2：并聯(lián)電阻構(gòu)建的電流通道圖2中，我們看到電阻陣列中有5個(gè)并聯(lián)電阻R1~R5。我們?cè)O(shè)并聯(lián)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(gè)支路電阻上的電壓。記住我們的結(jié)論：并聯(lián)電阻陣列上的電壓是相等的。
再由這個(gè)結(jié)論，我們很容易推測(cè)出：由此得到我們的結(jié)論：支路電流的大小只與支路電阻有關(guān)。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?huì)流動(dòng)，是因?yàn)殡娫措妶?chǎng)的驅(qū)動(dòng)，使得電流運(yùn)動(dòng)有了方向。電流選擇哪個(gè)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?cè)倏聪聢D：
圖3：地下電流的流動(dòng)圖3中，我們看到電源電場(chǎng)已經(jīng)為電流指ding了方向，無(wú)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(zhì)含量也不同，再加上可能出現(xiàn)的地下鋼筋網(wǎng)，因此地下各地層的電阻也不盡相同，這恰恰就相當(dāng)于地層電阻的并聯(lián)。我們由圖2的結(jié)論可知，哪個(gè)地層的電阻小，則此地層的電流就相對(duì)較大。
應(yīng)當(dāng)說(shuō)明：圖3的配電方案在實(shí)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?yàn)榇蟮仉娮韬艽?，?huì)消耗大量的電源功率；二者會(huì)存在跨步電壓，有可能使得過(guò)往行人被電擊。因此，圖3反映的其實(shí)是配電系統(tǒng)的接地故障狀態(tài)，是接地故障電流流過(guò)大地的示意圖而已。
現(xiàn)在，我來(lái)總結(jié)一下：
1）地下的接地電流需要判斷流動(dòng)方向嗎？回答是：不需要，電源電場(chǎng)已經(jīng)指明了方向。并且，地下的電流方向只與電源電場(chǎng)有關(guān)，與地球的大小無(wú)關(guān)，與所處的位置無(wú)關(guān)。
2）電流需要來(lái)判斷走哪個(gè)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(lái)決定。
3）地下各地層或者電流通道的電流大小需要電流來(lái)思考、判斷和決定嗎？回答是：不需要，電流沒(méi)那么聰明，也無(wú)需電流來(lái)思考，電流是按并聯(lián)電阻支路電流分配原則來(lái)確定其大小的。本條其實(shí)就是第2條的延續(xù)：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(fù)雜，地層電阻也不盡相同，因此地網(wǎng)電阻往往采取測(cè)量的方式來(lái)確定。又由于地網(wǎng)電阻或者接地電阻對(duì)于供配電系統(tǒng)具有很重要的意義。因此在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中給出了具體的數(shù)值。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50054-2011《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》中，給出了建筑物接地電阻的大小，zui大是4歐。標(biāo)準(zhǔn)中同時(shí)給出了在設(shè)計(jì)中接地電阻的一般數(shù)值，是0.8歐。利用此接地電阻的數(shù)值，我們就可以設(shè)計(jì)接地系統(tǒng)的具體方案，以及漏電保護(hù)的具體措施和元器件規(guī)格。這方面的內(nèi)容非常豐富，牽涉到的理論和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也很多，再加上它與題主的問(wèn)題無(wú)關(guān)，此處忽略。
文章來(lái)源：知乎 文章整理：上海晟皋電氣科技有限公司
