Явления возникающие при стекании тока в землю.
Стекание тока в землю происходит при контакте проводника с грунтом. Такой контакт может быть:
Случайным (например, при обрыве провода)
Преднамеренным (в этом случае проводник называется заземлителем)
Причины стекания тока
Основными причинами являются:
Замыкание токоведущих частей на заземленный корпус оборудования
Падение провода на землю
Использование земли в качестве проводника
Основные явления
При стекании тока возникают следующие эффекты:
Снижение потенциала заземлившейся части до значения, определяемого по формуле:
φз=Iз⋅Rз,
где φз — потенциал заземлившейся части, Iз — ток, стекающий в землю, Rз — сопротивление растеканию тока.
Поле растекания тока — зона вокруг заземлителя, где присутствует электрический потенциал. Теоретически простирается до бесконечности, но практически на расстоянии 20 метров от заземлителя плотность тока становится нулевой.
Сопротивление растекания
Сопротивление растекания включает три составляющие:
Сопротивление самого заземлителя
Переходное сопротивление между заземлителем и грунтом
Сопротивление грунта (преобладающий фактор)
Особенности распределения потенциала
При использовании нескольких заземлителей:
На малых расстояниях (менее 40 м) происходит наложение полей растекания
Формируется общая потенциальная кривая
Создается эффект выравнивания потенциала
Напряжение шага.
Шаговое напряжение – разность потенциалов между двумя точками на поверхности земли в зоне растекания тока, которые находятся на расстоянии шага (0,8 м).
Если ноги человека удалены на различное расстояние от точки сте-кания тока (на размер шага), то они будут находиться под разными потенциалами. Причиной появления шагового напряжения является образование электрических потенциалов на поверхности земли в пределах поля растекания тока (замыкание в грунте, возникающее при падении электрического провода на землю, замыкание токоведущих частей на заземленный корпус, между точками земли или другой поверхности, на которой стоит человек обеими ногами) (рис. 3).
Рис. 3. Схема формирования напряжения шага
Шаговое напряжение зависит от:
· силы тока;
· распределения потенциала по поверхности земли;
· длины шага;
· положения (расстояния) человека относительно заземления;
· направления по отношению к месту замыкания.
Шаговое напряжение считается безопасным, если оно не превышает 40 В.
Чем ближе будет находиться человек к месту прикосновения провода с землей, тем под большим шаговым напряжением он окажется.
Наибольшую величину потенциалы имеют у заземлителя (в месте падения провода), а по мере удаления от места контакта провода с землей заметно падают. Практически установлено, что на расстоянии более 20 м от места замыкания токоведущей части на землю потенциал снижается весьма значительно.
Если человек оказался под действием шагового напряжения, то выходить из зоны растекания электрического тока необходимо мелким шагами (на длину ступни), скользя подошвой обуви по земле, не поднимая ног.
Напряжение прикосновения.
Согласно нормативным документам напряжение прикосновения – это напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека или животного.
Другими словами напряжением прикосновения (для человека) Uпр называется напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, или падение напряжения в сопротивлении тела человека, В:
Uпр = Ih Rh, (2.35)
где Ih — ток, проходящий через человека по пути "рука - ноги", A; Rh — сопротивление тела человека, Ом.
В области защитных заземлений, занулений и т. п. одна из этих точек имеет потенциал заземлителя з, а другая — потенциал основания в том месте, где стоит человек, осн. При этом напряжение прикосновения:
Uпр = з осн. (2.36)
Если принять во внимание характер изменения потенциала по поверхности грунта и пренебречь сопротивлением растеканию тока основания, то Uпр = з1,
где 1 — коэффициент, называемый коэффициентом напряжения прикосновения или просто коэффициентом прикосновения, учитывающим форму потенциальной кривой:
(2.37)
Поскольку напряжение прикосновения зависит от значения потенциала заземлителя и от характера его потенциальной кривой, опасность для человека будет различной при использовании различных типов одиночных заземлителей и групповых заземлителей:
Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе;
Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе
Пусть мы имеем оборудование, например электродвигатели, которые заземлены с помощью одиночного заземлителя (электрода) (рис. 2.12). При замыкании на корпус одного из этих двигателей на заземлителе и всех присоединенных к нему металлических частях, в том числе на корпусах двигателей, появится потенциал з. Поверхность земли вокруг заземлителя также будет иметь потенциал, изменяющийся по кривой, зависящей от формы и размеров заземлителя (электрода).
Рис. 2.12. Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе :
1 — потенциальная кривая: 2 — кривая, характеризующая изменение Uпр при изменении х.
Напряжение прикосновения для человека, касающегося заземленного корпуса двигателя и стоящего на земле (см. случай 3 на рис. 2.12), определяется отрезком АВ и зависит от формы потенциальной кривой и расстояния х между человеком и заземлителем (чем дальше от заземлителя находится человек, тем больше Uпр и наоборот).
Так,
при наибольшем расстоянии, т. е. при х 
,
а практически при х
20 м (случай 1 на рис. 2.12) напряжение
прикосновения имеет наибольшее
значение: Uпр= з;
при этом 1 =
1.
Это — наиболее опасный случай прикосновения.
При наименьшем значении х, т. е. когда человек стоит непосредственно на заземлителе (случай 2 на рис. 2.12), Uпр = 0 и 1 = 0.
Это — безопасный случай, т.к. человек не подвергается воздействию напряжения, хотя он и находится под потенциалом заземлителя з.
При других значениях х в пределах 0 — 20 м (случай 3) Uпр плавно возрастает от 0 до з, a 1 — от 0 до 1.
В практике устройства защитных заземлений интерес представляют максимальные значения напряжений прикосновения.
Для примера проанализируем изменение Uпр и 1
При одиночном полушаровом заземлителе радиусом r потенциал любой точки на поверхности земли вокруг заземлителя описывается уравнением (2.10), поэтому напряжение прикосновения:
(2.38)
а коэффициент прикосновения:
.
При х
,
а практически при х
20 м (случай 1 на рис. 2.12) r/x 0,
поэтому напряжение прикосновения и
коэффициент прикосновения будут иметь
максимальные значения: 
;
1 =
1.
При х = r (случай 2) r/x = 1, поэтому Uпр = 0 и 1 = 0.
При промежуточных значениях х от r до 20 м Uпр и 1 определяются из выражения (2.38). Так, если х = 10 r (случай 3), то 1 = 1 r/10, r = 0,9, а Uпр = з 1 = 0,9з.
При одиночном стержневом вертикальном заземлителе выражения для Uпр и 1 можно получить, вычтя уравнение потенциала некоторой точки основания (2.12) из уравнения потенциала заземлителя (2.13):
(2.39)
(2.40)
Максимальные значения для Uпр и 1 будут при х = (практически при х 20 м):
1max =1.
В этом случае мы пренебрегли дробными выражениями в (2.39) и (2.40), поскольку их числитель при х > l и l >>d весьма мал по сравнению со знаменателем.
Напряжение прикосновения с учетом падения напряжения в сопротивлении основания, на котором стоит человек. Ток, стекающий в землю через человека, стоящего на земле, полу или другом основании, преодолевает сопротивление не только тела человека, но и этого основания, вернее, тех его участков, с которыми имеют контакт подошвы ног человека (сопротивление обуви в данном случае во внимание не принимается).
Сопротивление основания, на котором стоит человек, правильнее называть (аналогично сопротивлению заземлителя) сопротивлением растеканию тока основания ног; нередко это сопротивление именуют также сопротивлением растеканию тока основания или сопротивлением растеканию тока ног человека.
Все положения, рассмотренные выше, справедливы для случаев, когда сопротивление растеканию основания, на котором стоит человек, равно нулю. В действительных условиях это сопротивление не равно нулю и в ряде случаев бывает довольно велико.
Следовательно, разность потенциалов (з осн) = з1, В, оказывается приложенной не только к сопротивлению тела человека Rh, Ом, но и к последовательно соединенному с ним сопротивлению основания Rосн, Ом, на котором стоит человек (рис. 2.14): з1= Ih (Rh +Rосн).
Основные виды прикосновений
В трехфазных сетях существуют следующие виды прикосновений:
Однофазное прикосновение - контакт с одним проводом сети
Двухфазное прикосновение - контакт с двумя проводами сети одновременно
Степень опасности различных видов прикосновений
По степени опасности для человека:
Наименее опасно - однофазное прикосновение к проводу сети с изолированной нейтралью
Более опасно - однофазное прикосновение при замыкании одной из фаз на землю
Наиболее опасно - двухфазное прикосновение (при любом режиме нейтрали)
Факторы риска
Основные факторы, влияющие на опасность поражения:
Сила тока - главный фактор опасности
Длительность воздействия тока на организм
Путь протекания тока через тело человека
Состояние окружающей среды (влажность, температура)
Последствия поражения током
Меры защиты
Для предотвращения поражения током применяются:
Защитное заземление оборудования
Зануление металлических частей
Автоматическое отключение питания
Изоляция токоведущих частей
Средства индивидуальной защиты (диэлектрические перчатки, боты, коврики)
Предупреждающие плакаты и знаки безопасности
Важно помнить, что при напряжении выше 50 В переменного тока обязательно должны применяться защитные меры от косвенного прикосновения к токоведущим частям.