第3章恒定电场汇编.ppt

富兰克林的风筝试验 1752年6月的一天，阴云密布，电闪雷鸣，一场暴风雨就要来临了。富兰克林和他的儿子威廉一道，带着上面装有一个金属杆的风筝来到一个空旷地带。富兰克林高举起风筝，他的儿子则拉着风筝线飞跑。由于风大，风筝很快就被放上高空。刹那，雷电交加，大雨倾盆。富兰克林和他的儿子一道拉着风筝线，父子俩焦急的期待着，此时，刚好一道闪电从风筝上掠过，富兰克林用手靠近风筝上的铁丝，立即掠过一种恐怖的麻木感。他抑制不住内心的激动，大声呼喊：“威廉，我被电击了！”随后，他又将风筝线上的电引入莱顾瓶中。回到家里以后，富兰克林用雷电进行了各种电学实验，证明了天上的雷电与人工摩擦产生的电具有完全相同的性质。富兰克林关于天上和人间的电是同一种东西的假说，在他自己的这次实验中得到了光辉的证实。 风筝实验的成功使富兰克林在全世界科学界的名声大振。英国皇家学会给他送来了金质奖章，聘请他担任皇家学会的会员。他的科学著作也被译成了多种语言。他的电学研究取得了初步的胜利。然而，在荣誉和胜利面前，富兰林没有停止对电学的进一步研究。 1753年，俄国著名电学家利赫曼为了验证富兰克林的实验，不幸被雷电击死，这是做电实验的第一个牺牲者。血的代价，使许多人对雷电试验产生了戒心和恐惧。但富兰克林在死亡的威胁面前没有退缩，经过多次试验，他制成了一根实用的避雷针。他把几米长的铁杆，用绝缘材料固定在屋顶，杆上紧拴着一根粗导线，一直通到地里。当雷电袭击房子的时候，它就沿着金属杆通过导线直达大地，房屋建筑完好无损。 1754年，避雷针开始应用，但有些人认为这是个不祥的东西，违反天意会带来旱灾。就在夜里偷偷地把避雷针拆了。然而，科学终于将战胜愚昧。一场挟有雷电的狂风过后，大教堂着火了；而装有避雷针的高层房屋却平安无事。事实教育了人们，使人们相信了科学。避雷针相继传到英国、德国、法国，最后普及世界各地。 3.5.2 多电极系统的部分电导 有三个及以上的良导体电极组成的系统，任意两个电极之间的电流不仅要受到它们自身间电压的影响，还要受到其他电极间电压的影响。电压与电流的关系，不能再仅用一个电导来表示，需要引入部分电导的概念。 线性、各向同性导电媒质中有（n+1）个电极，它们的电流分别为I0、I1、?、Ik、?、In，且有关系 I0+I1+?+Ik+?+In=0 电流与电压的关系，用线性方程组表示为 Gkj称为多电极系统中电极间的部分电导， G10、G20、?、Gk0、?、Gn0称为自有部分电导， G12、?G23、?Gkn、?等称为互有部分电导 。 部分电导只与电极的几何形状、尺寸、相互位置及导电媒质的电阻率有关，其数值都是正值，且Gkj=Gjk。 在(n+1)个电极组成的多极系统中，共应有n(n+1)/2个部分电导。 右图表示三个电极与地之间的6个部分电导。 部分电导与静电场中的部分电容形成相互比拟的关系。 3.5.3 接地电阻 安全接地与工作接地的概念 接地电阻 接地器电阻 接地器与土壤之间的接触电阻 土壤电阻（接地电阻以此为主） 保护接地——为了保护工作人员及电气设备的安全而接地； 工作接地——以大地为导线或为消除电气设备导电部分对地电压的升高而接地。 常把接地体等效为一个半径为R的导体球电极，并以无限远处作为零电位点，接地体电位?R与接地体电流I的比值，即为接地电阻。 1. 深埋球形接地器 深埋接地器可不考虑地面影响,其电流场可与无限大区域的孤立圆球的电流场相似。 解法一 直接用电流计算 解法二 静电比拟法 深埋球形 接 地 器 实际电导 即 2. 直立管形接地器 直立管形接地器 解： 考虑地面的影响，可用镜像法 静电比拟 考虑地面的影响 应用镜像法处理 3.非深埋的球形接地器 非深埋的球形接地器 实际电导 接地器接地电阻 4.浅埋半球形接地器 考虑地面的影响 可用镜像法处理 浅埋半球形接地器 静电比拟 3.4.4 跨步电压 电力系统中的接地体中有大电流通过时，由于存在接地电阻，可能使地面行走的人两足间的电压（跨步电压）很高，超过安全值就会达到致命的危险。 假设半球形接地体的半径为R，由接地体流入大地的电流为I，则在距球心r远处的电流密度 电场强度 B A j (r) l r b U BA 图 3 - 15 R 人的两脚A、B之间的跨步电压 跨步电压超过安全值，达到对人体危险。 实际上直接危及安全的是通过人体的电流。当通过人体的工频电流超过8mA时，有可能发生危险，超过30mA时将危及生命。 电位 许多山区或周边环境比较恶劣的变电站所处位置的土壤电阻率比较大;某些建在城市中的变电站接地系统设计则受到面积限制