Опасность напряжения шага и растекание тока при замыкании на землю

Электрическим замыканием на землю называют случайное электрическое соединение частей электрооборудования, которое находится под напряжением, непосредственно с грунтом или с металлическими нетокопроводящими частями, не изолированными от земли.

Замыкание на землю может возникнуть вследствие появления контакта между токопроводящими частями и заземленным корпусом или конструктивными частями оборудования, при падении на землю оборванного провода, при пробое изоляции оборудования высокого напряжения и т.п. Во всех этих случаях ток от частей, которые находятся под напряжением, проходит в землю сквозь электрод, который осуществляет контакт из грунтом. Специальный металлический электрод называют заземлителем.

Размеры электрода могут быть разными (от нескольких до десятков и сотен метров); его форма бывает очень сложной, и тогда закон распределения потенциалов в электрическом поле электрода определяется сложной зависимостью. Состав, а также электрические качества грунта – неоднородные, особенно если принять во внимание пластовое строение грунту.
С целью упрощения картины электрического поля и его анализа сделаем предположение, что ток стекает к земле сквозь отдельный заземитель погруженный в однородный и изотропный грунт с удельным сопротивлением ρ, который во много раз превышает удельное сопротивление материала заземлювача

Для такого заземлителя, при условии однородности и электрической изотропности грунта, можно считать, что ток во всех направлениях будет растекаться равномерно - как показано стрелками на рисунке, а его величина в любом поперечном сечении проводника "земля" будет равняться І_зз. Каждая точка поверхности земли будет под определенным потенциалом.

При перемещении человека в зоне растекания тока в земле его ноги будут затрагивать участки земли с разными потенциалами, а на человека будет действовать напряжение, которое определяется разностью этих потенциалов и известное под названием напряжение шага (U_К) - разность потенциалов между двумя точками на поверхности земли в зоне растекания тока которые находятся на расстоянии шага (0,8 м) одна от одной. С приближением к месту замыкания на землю величина напряжения шага будет возрастать, и она может достичь опасных для человека значений уже при напряжению электроустановок 0,4 кВ, а в сырую погоду и при увлажненном грунте и при меньшем напряжению. Поэтому Правила безопасной эксплуатации электроустановок потребителей при наличии замыкания на землю запрещают приближаться к месту замыкания ближе 8 м вне помещения и 4 м в помещении без применения средств защиты - диэлектрические боты, галоши, сухая доска, сухая резиновая обувь и т.п.

Численно шаговое напряжение равняется разности потенциалов точек, на которых находятся ноги человека U_К = φ_1-φ2 =βU_ф

где β коэффициент шагового напряжения, который зависит от вида заземлителей, расстояния от заземлителя и ширины шага (чем ближе к заземлителю и чем более широкий шаг, тем большая величина β. Коэффициент шагового напряжения β<0,3

Напряжение прикосновения — это напряжение между двумя точками сети, которых одновременно затрагивает человек. Численно она равняется разности потенциалов корпуса φ_к и точек грунту, в которых находятся ноги человека φ _н U_дот =φ_к -φ _н =αU_ф.

U_дот =φ_к -φ _н =αU_ф. Где α- коэффициент напряжения прикосновения(α<1,0).