9. Явление растекания тока в земле.

Замыкание на землю называется случайное электрическое соединение частей электроустановки, находящейся под напряжением с землей.

Замыкание на землю может произойти вследствие появления контакта между токоведущими частями и заземленным корпусом, при падении на землю оборванного провода, при нарушении изоляциии оборудования и тому подобное.

Во всех случаях ток от частей, находящихся под напряжением, проходит в землю через элементы оборудования, имеющие контакт с землей, или специальный металлический электрод, который принято называть заземлитель.

Электрические свойства почвы могут быть разными, особенно при наличии в месте замыкания нескольких слоев грунта с различными удельными сопротивлениями.

Р ассмотрим случай, когда ток стекает в землю через одиночный заземлитель полусферической формы, погруженный в однородный и изотропный грунт с удельным сопротивлением ρ, который значительно больше удельное сопротивление материала заземлителя(рис. 1).

Если рядом с заземлителем нет других электродов, то линии тока вблизи исследования заземлителя направленны по радиусу от центра полусферы.

При этом линии тока перпендикулярные как к поверхности самого заземлителя, так и к любой полусферы в почве, концентрической с ним.

Ток распределяется по этой поверхности равномерно. Плотность тока δ в точке А на поверхности почвы на расстоянии х от заземлителя определяется как отношение тока замыкания на землю к площади поверхности полушария радиусом х:

В цепи замыкания на землю наибольшим потенциалом обладает заземлитель. Точки, лежащие на поверхности почвы, имеют тем меньший потенциал, чем дальше они находятся от заземлителя. Область поверхности почвы, потенциал которой равен нулю, называется электротехнической землей(при х=20м).

Область почвы, лежащая вблизи заземлителя, где потенциалы не равны нулю, называют полем растекания (тока). Сопротивление заземлителя растекания тока может быть определено как суммарное сопротивление почвы от заземлителя к любой точке с нулевым потенциалом. Для полусферического заземлителя:

10. Напряжение прикосновения и шага. Меры снижения напряжения прикосновения.

Поражение током возможно при прикосновении к заземленному корпусу электрооборудования, на которое произошло замыкание. В этом случае, когда человек касается одновременно корпуса, оказавшегося под напряжением, и земли, на которой стоит, он может оказаться под напряжением прикосновения U .

Напряжение прикосновения - разность потенциалов между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, т.е.

Напряжение прикосновения в поле растекания заземлителя любой конфигурации определяется по формуле: , где - напряжение относительно земли; - коэффициент напряжения прикосновения.

Минимальное напряжение прикосновения будет в случае, когда оборудование находится непосредственно у заземлителя. По мере удаления от заземлителя это напряжение возрастает и при значительном расстоянии (х=20м) практически равно напряжению на заземлители. Коэффициент зависит от расстояния между точкой на которой стоит человек, и заземлителем. Если человек находится над заземлителем (x=r3), то α=0, если человек находится вне поля растекания (x>20м), то α=1.

Напряжение шага возникает вокруг места перехода тока от поврежденной электроустановки в землю.

Напряжение шага - это напряжение между двумя точками на поверхности земли, которые находятся друг от друга на расстоянии шага и на которых одновременно стоит человек.

Характер распределения потенциалов на земной поверхности подчиняется гиперболическому закону.

Напряжение шага определяется как разность потенциалов между точками А и В: , где - напряжение относительно земли; - коэффициент напряжения шага .

Коэффициент напряжения шага зависит от формы и конфигурации заземлителя и положения относительно заземлителя точки в которой он определяется.

Чем ближе к заземлителю, тем больше коэффициент β. Если человек находится непосредственно у заземлителя, коэффициент β принимает максимальное значение. Человек, находящийся вне поля растекания тока, вообще не попадает под напряжение шага, так как β=0.

Снизить напряжение прикосновения и силу тока можно за счет малого сопротивления системы защитного заземления или увеличения потенциала поверхности в зоне растекания тока на землю.