Явления при стекании тока в землю. Напряжение прикосновения и шага

Причины поражения электрическим током и основные меры защиты.

Основные причины несчастных случаев от воздействия электри­ческого тока следующие.

1. Случайное прикосновение или приближение на опасное рас­стояние к токоведущим частям, находящимся под напряжением.

2. Появление напряжения на металлических конструктивных частях электрооборудования - корпусах, кожухах и т. п. - в результате повреждения изоляции и других причин.

3. Появление, напряжения на отключенных токоведущих частях, на которых работают люди, вследствие ошибочного включения установки.

4. Возникновение шагового напряжения на поверхности земли в результате замыкания провода на землю.

Основными мерами защиты от поражения током являются: обеспечение недоступности токоведущих частей, находящихся под напряжением, для случайного прикосновения; защитное разделение сети;

устранение опасности поражения при появлении напряжения на корпусах, кожухах и других частях электрооборудования, что достигается применением малых напряжений, применением двойной изоляции, выравниванием потенциала, защитным заземлением, занулением, защитным отключением и др.; применение специальных защитных средств - переносных приборов и приспособлений; организация безопасной эксплуатации электроустановок.

Стекание тока в землю происходит только через проводник, находящийся в непосредственном контакте с землей. Такой контакт может быть случайным или преднамеренным. Например, во дворе Вашего дома оборвался электрический провод и упал на землю. Или на одном из электрических двигателей оборвался и коснулся земли провод, подводящий электроэнергию. В последнем случае проводник, находящийся в контакте с землей, называется заземлителем или электродом.

При стекании тока в землю происходит резкое снижение потенциала заземлившейся токоведущей части до значения j_з (В), равного произведению тока, стекающего в землю I_з (А) на сопротивление, которое этот ток встречает на своем пути R_з (Ом): j_з = I_з R_з.

Это явление, весьма благоприятное по условиям безопасности, используется как мера защиты от поражения током при случайном появлении напряжения на металлических токоведущих частях, которые с этой целью заземляют. Однако наряду с понижением потенциала заземлившейся токоведущей части при стекании тока в землю возникают и отрицательные явления, а именно, появление потенциалов на заземлителе и находящихся в контакте с ним металлических частях, а также на поверхности грунта вокруг места стекания тока в землю, что может представлять опасность для жизни человека.

Характер распределения потенциалов на поверхности земли, т. е. изменение величины потенциала при изменениях расстояния до заземлителя, можно оцепить, рассмотрев случаи отекания тока I_з (А) в землю через наиболее простой заземлитель - полушар радиу­сом r (м) (рис. 1.6).Для упрощения считаем, что земля во всем своем объеме одно­родна, т. е. в любой точке обладает одинаковым удельным сопротив­лением r(Ом-м). В этом случае ток в земле будет растекаться во все стороны по радиусам полушара и плотность его в земле будет убы­вать по мере удаления от заземлителя. На расстоянии х от центра полушара плотность тока j (А/м²) будет: ( 15 )

где – I_з – сила тока в точке замыкания,

x – расстояние от точки замыкания заземлителя.

В объеме земли, где растекается ток, возникает так называемое поле растекания тока. Теоретически оно простирается до бесконечности. Однако в действительных условиях уже на расстоянии 20 м 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 заземлителя.

11.3.2. Сопротивление заземлителя растеканию тока.

Ток, проходящий через заземлитель в землю, преодолевает сопротивление, называемое сопротивлением заземлителя растеканию тока, или просто сопро­тивлением растекания. Оно имеет три слагаемых: сопротивление самого заземлителя, переходное сопротивление между заземлителем и грунтом и сопротивление грунта.

Две первые части по сравнению с третьей весьма малы, поэтому ими пренебрегают и под сопротивлением заземлителя растеканию тока понимают сопротивление грунта растеканию тока.

Сопротивление растеканию любого заземлителя R_з (Ом) определяется по выражению (1) как частное от деления потенциала заземлителя j_з (В) на ток J_з (А), протекающий в землю через заземлитель.

Так, например, сопротивление растекания одиночного полушарового заземлителя, потенциал которого определяется выражением (16), будет:

(16)

По условиям безопасности заземление должно обладать относительно малым сопротивлением. Поэтому в практике применяется, как правило, групповой заземлитель, т.е. заземлитель, состоящий из нескольких параллельно включенных одиночных заземлителей (электродов).

При больших расстояниях между электродами (более 40 м) ток каждого электрода проходит по «своему», отдельному участку земли, в котором токи других заземлителей не проходят. В этом случае вокруг каждого одиночного заземлителя возникают самостоятельные потенциальные кривые, взаимно не пересекающиеся. При одинако­вых размерах, а следовательно, при одинаковых сопротивлениях одиночных заземлителей R₀ сопротивление группового заземлителя R_гр будет: (17)

где n — количество одиночных заземлителей.

При малых расстояниях между электродами (менее 40 м) поля растекания токов как бы накладываются одно на другое, а потенциальные кривые взаимно пересекаются и, складываясь, образуют суммарную потенциальную кривую (рис. 1.7).

В этом случае в общих участках земли, по которым проходят токи нескольких электродов, увеличивается плотность тока, что приводит к увеличению сопротивления растекания заземлителей.

Если человек оказался в зоне действия одиночного заземлителя и приближается к месту замыкания и растекания тока, то его ноги подвергаются действию разности потенциалов, возникающих на расстояниив один шаг. Разность потенциалов двух точек на расстоянии в один шаг ности название шагового напряжения. Из схемы видно, что разность потенциалов на кривой распределения плотности тока будет тем больше, чем ближе человек подойдет к месту замыкания.

* Примечание. Приближаться к месту замыкания ближе, чем на 20 м опасно, на 3-5 м – запрещено ввиду чрезвычайной опасности.

Если человек находится на некотором расстоянии от места замыкания и не приближается к нему, но он касается металлических частей, связанных с местом замыкания, то он подвергается действию разности потенциалов между потенциалом корпуса электроустановки и потенциалом на поверхности земли в месте его нахождения. Эта разность потенциалов носит название напряжение прикосновения, эта разность будет тем больше, чем дальше находится человек.

Дата добавления: 2014-01-07