С глухозаземленной нейтралью

Следовательно, обувь и пол могут существенно повлиять на исход поражения электрическом током. Например, при R_об = R_п= R_н = 25 кОм ток, проходящий через тело человека, составит:

мА, (3.26)

что может вызвать только явление ощущения тока.

Однако на защитные свойства обуви и пола рассчитывать при ведении аварийно-спасательных работ просто не приходится, так как там имеется большое количество машин, механизмов, железобетонных конструкций, непосредственно связанных с землей. В этих случаях путь тока не проходит через обувь или пол помещения, и тогда, как было рассмотрено выше, единственным элементом, ограничивающим ток, проходящий через человека, будет его сопротивление. То есть при R_об = R_п = R_н = 0:

. (3.27)

При однофазном включении человека в однофазные и трехфазные сети с заземленной нейтралью величина тока, проходящего через человека, также представляет смертельную опасность. Однако в ряде случаев – при наличии обуви с хорошей изоляцией и сухого деревянного пола – опасность поражения электрическим током может быть существенно снижена.

Однофазное включение в сеть с изолированной нейтралью представляет наименьшую опасность по фактору поражения электрическим током при соответствующем контроле за сопротивлением изоляции. Однако это преимущество снижается при росте емкости сети.

Что касается взрыво- и пожароопасности, то сети с изолированной нейтралью менее опасны по этому фактору, поскольку при пробое изоляции или замыкании фазы на землю в них проходят значительно меньшие токи.

Опасность поражения человека при растекании тока в земле. Пробой изоляции, замыкание электрической цепи на землю или преднамеренное соединение электрической цепи на землю вызывают растекание тока в земле. Оно обусловлено появлением разности потенциалов между отдельными точками земли или между заземленным электрооборудованием и землей.

В наиболее простом случае, например при замыкании токоведущего провода на землю, его можно рассматривать в виде контакта полусферы с землей, имеющей однородное удельное сопротивление ρ.

Принято считать, что линии тока в земле идут по радиусам от центра полусферы. Пространство вокруг полусферы (заземлителя), где наблюдается прохождение тока замыкания на землю, называется полем растекания.

Изменение потенциала φ вдоль линий тока на поверхности земли подчиняется закону:

, (3.28)

где r – линейное сопротивление грунта, Ом·м, х – расстояние вдоль линии тока, м.

График формулы (3.28) представляет собой гиперболу, в соответствии с которой определяется распределение потенциалов по поверхности земли (рис. 3.13). Такое распределение объясняется тем, что сечение земли, через которое проходит ток, возрастает во второй степени от длины радиуса полусферы.

Рис. 3.13. Распределение потенциалов при замыкании тока на землю

Наибольшее сопротивление растеканию тока оказывают слои земли вблизи заземлителя, поскольку ток здесь проходит по сечению малого размера. С увеличением расстояния по линии тока сечение возрастает, и сопротивление растеканию тока резко падает. Этим и объясняется, что наибольшее изменение потенциала j_max происходит в близи заземлителя. Точки почвы, удаленные от заземлителя более чем на 20 м, практически имеют нулевой потенциал (рис. 3.13).

Напряжение между полусферой и землей U_з при x = r составляет:

(3.29)

откуда:

(3.30)

Величина R₃ называется сопротивлением растеканию тока в землю. Напряжение прикосновения U_np в свою очередь будет определяться разностью потенциалов между точкой входа тока в землю и какой-либо точкой в поле растекания тока:

(3.31)

Из зависимости (3.31) и рис. 3.13 следует, что наибольшая величина напряжения прикосновения U_пр будет при х = ¥.

Таким образом, прикасаясь к электрооборудованию, находящемуся в аварийном состоянии и имеющему выносную связь с землей, человек может быть поражен напряжением прикосновения.

При нормальном режиме работы электроустановки допустимо значение U_пр = 2 В, а ток, проходящий через человека, I_ч ≤ 0,3 мА. В аварийном режиме, т.е. при пробое изоляции, допустимо значение напряжения прикосновения U_пр = 36 В, и тока, проходящего через человека, I_ч = 6 мА (при действии более 1 с). Для электробытовых установок эти параметры не должны превышать соответственно 12 В и I_ч = 2 мА.

Другим видом опасности при явлении растекания тока в земле может быть опасность шагового напряжения U_ш.

Шаговое напряжение определяется разностью потенциалов, над которой находятся ноги человека (рис. 2.13). Если одна нога человека касается земли на расстоянии х от точки контакта провода с землей, а другая находится на расстоянии х + а, то шаговое напряжение будет равно:

. (3.32)

Наибольшая опасность возникает, если одной ногой человек касается провода, а другая в это время стоит на земле. В этом случае напряжение шага будет иметь максимальное значение:

. (3.33)

По мере удаления от заземлителя опасность шагового напряжения снижается и на расстоянии 20 м не представляет опасности.

Опасность шагового напряжения может быть представлена следующим примером. Пусть радиус заземлителя r = 1м, удельное сопротивление грунта ρ = 100 Ом×м, ток короткого замыкания I₃ = 100 А, расстояние шага человека а = 0,8 м.

В соответствии с (3.30) сопротивление растеканию тока на землю будет:

Ом.

Напряжение относительно земли по зависимости (3.29) составит:

U₃ = I₃·R₃ = 100×15,9 = 1590 В.

Тогда наибольшее значение напряжения шага в соответствии с (3.33) составит:

В.