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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(1969)
普通人特別是中學生喜歡用水來比喻電氣現(xiàn)象,。盡管用水來比喻電氣現(xiàn)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(jīng)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：
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(nèi)有水,。
水箱內(nèi)*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(wǎng)，目的是透水,，還可以避免填充物流失?，F(xiàn)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(nèi)的填充物*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(fā)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*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：
圖2：并聯(lián)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(lián)電阻R1~R5。我們設并聯(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支路電阻上的電壓。記住我們的結論：并聯(lián)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?。环粗?，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(jīng)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(xiàn)的地下鋼筋網(wǎng),，因此地下各地層的電阻也不盡相同,，這恰恰就相當于地層電阻的并聯(lián)。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(tǒng)的接地故障狀態(tài),，是接地故障電流流過大地的示意圖而已,。
現(xiàn)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(jīng)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(lián)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(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雜,，地層電阻也不盡相同,，因此地網(wǎng)電阻往往采取測量的方式來確定。又由于地網(wǎng)電阻或者接地電阻對于供配電系統(tǒng)具有很重要的意義。因此在國家標準中給出了具體的數(shù)值,。在國家標準GB50054-2011《低壓配電設計規(guī)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(shù)值,，是0.8歐。利用此接地電阻的數(shù)值,，我們就可以設計接地系統(tǒng)的具體方案,，以及漏電保護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
