Напряжения прикосновения и шага

Рисунок 8 - Растекание тока в земле через полусферический заземлитель.

Протекание тока через землю может происходить только при наличии замкнутого контура, т.е. соединения с землей, как минимум двух точек сети с разными потенциалами.

Потенциал токоведущей части относительно земли, j₃, определяется выражением

j₃ = I_зr_з (1.10)

где I_З – ток замыкания, r_З – сопротивление растеканию тока. При этом вокруг точки замыкания на поверхности грунта происходит снижение потенциала по закону, представленному на рисунке 1.6 Нахождение человека на расстоянии менее 20 м опасно для человека, т.к. он может попасть под опасную разность потенциалов (шаговое напряжение).

По мере удаления от места замыкания токоведущей части на землю значение потенциала грунта снижается и становится равным нулю теоретически в бесконечности. Практически на расстоянии 20 м от места замыкания потенциал грунта принимают равным нулю. Более точно форма потенциальной кривой определяется удельным сопротивлением грунта и формой заземлителя. Для сферического заземлителя потенциальная кривая представляет собой гиперболу.

Напряжение прикосновения. Напряжением прикосновения U_пр [В] называется разность потенциалов между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, или, другими словами, падение напряжения на сопротивлении тела человека R_h. Если пренебречь сопротивлением обуви и основания, на котором стоит человек, то

U_пр = I_h×R_h, (1.11)

где I_пр - ток, проходящий через человека.

В устройствах защитных заземлений, занулений и т.п. одна из этих точек имеет потенциал заземлителя j_З, а другая - потенциал основания j_ос (см. рисунок 9). Тогда

U_пр = j₃ - j_ос = j₃ (1 - )

или

U_пр = j₃ × a, (1.12)

где a - коэффициент напряжения прикосновения.

a = 1 - . (1.13)

В зависимости от расстояния человека до заземлителя коэффициент напряжения прикосновения может принимать значения 0,1 ¸ 1, однако в реальных условиях он близок к единице, поэтому в расчетах для одиночных заземлителей принимается a = 1.

Из рисунка видно, что из двух случаев расположения заземлителей случай I оказывается более опасным, так как напряжение прикосновения получается более высоким (U_пр1 > U_пр2). Наиболее опасный случай прикосновения будет если человек находится на расстоянии ³ 20 м от заземлителя.

Рисунок 9

Напряжение шага. Напряжением шага называется напряжение между двумя точками на поверхности грунта, находящимися одна от другой на расстоянии шага, которое принимается равным 0,8 м (см. рисунок 10).

Рисунок 1.8

U _ш = I _ш× R_ch, (1.14)

где I _ш - ток,, проходящий по пути “нога-нога”, R_ch - сопротивление цепи “человек-земля”. Если выразить напряжение шага через разность потенциалов, имеем

. (1.15)

Чтобы выразить j_х и j_х+а через j_з, разделим обе части (1.15) на j_з .

, или

, (1.16)

где .

Коэффициент b называется коэффициентом напряжения шага (коэффициентом шага), и учитывает форму потенциальной кривой. Значения b лежат в диапазоне 0,15 ¸ 0,6.