Краткие теоретические сведения. Стекание тока при замыкании на землю происходит через проводник, находящийся в непосредственном контакте с землей

Стекание тока при замыкании на землю происходит через проводник, находящийся в непосредственном контакте с землей. Такой контакт может быть случайным – при касании одной из фаз сети с землей (обрыв провода или замыкание его на опору линии высоковольтной передачи) или преднамеренным –при искусственном заземлении корпусов электрооборудования в случае пробоя изоляции и замыкания одной из фаз на заземленный корпус.

Растекание тока в однородном грунте происходит через полусферы, а на поверхности земли – через окружности с центром в точке «О» стекания тока «I₃» в землю (рис. 1).

Рис. 1. Схема растекания тока в грунте от места замыкания

(точка «О») с данными для расчета напряжения шага.

Плотность тока «j» в любой точке «N» (рис. 1) на расстоянии «х» от точки замыкания определяется по формуле

ј = , А/м² (1)

где I_з – ток замыкания на землю, А;

х – расстояние от места замыкания, м.

Плотность тока – это отношение силы тока к площади сечения проводника, в данном случае грунта, через которую он протекает.

В объеме земли, где проходит ток, возникает так называемое «поле растекания тока». Теоретически оно простирается до бесконечности. Однако в действительных условиях уже на расстоянии 20 метров от точки замыкания провода на землю или от заземлителя сечение слоя земли, по которому проходит ток, оказывается столь большим, что плотность тока здесь практически равна нулю. Следовательно, и поле растекания можно считать распространяющимся лишь на расстояние 20 м от точки замыкания или от заземлителя.

Напряженность электрического поля «Е» в точке «N» будет

, в / м (2)

где р – удельное сопротивление грунта, Ом • м.

Напряженность электрического поля и потенциал поверхности грунта в точке «N» связаны между собой рядом зависимостей, решение которых дает выражение для расчета потенциала:

(3)

Из данного выражения видно, что по мере удаления на расстояние «х» от места замыкания тока на землю (точка «О») потенциал будет уменьшаться обратно пропорционально расстоянию «х», изменяясь по гиперболическому закону от максимального значения до нуля. Практически область нулевого потенциала на поверхности земли начинается обычно на расстоянии 20 метров от места замыкания.

Шаговое напряжение, т.е. напряжение между ступнями ног, возникает только в том случае, если ноги человека, оказавшегося в поле растекания тока, находятся в точках с разными потенциалами, т. е. одна нога в точке «N», удаленной от места замыкания на расстояние «х», а другая – в точке «М» на расстоянии «х + а».

Потенциал в точке «М» будет

(4)

где: «а» – величина шага, м.

(Для расчетов величина шага «а» обычно принимается равной 0,8 м). Тогда шаговое напряжение «U_ш» равно разности потенциалов в точках опоры одной и другой ноги человека, т. е.

(5)

или окончательно:

(6)

Из этого выражения и рис. 1 следует, что чем дальше человек находится от места замыкания тока на землю, тем меньше шаговое напряжение (при равном значении шага «а»). Наглядно это видно из характера выполаживания гиперболической кривой распределения потенциалов на поверхности земли (рис. 1).

Техническим мероприятием по предотвращению возникновения шагового напряжения является устройство защитного заземления, сопротивление которого не должно превышать 10 Ом.

Индивидуальная защита заключается в удалении от места стекания тока в землю прыжками на одной ноге или двух, сомкнутых вместе ногах.