3) Прикосновение к открытым проводящим частям, оказавшимся под напряжением (косвенное прикосновение)
Открытые проводящие части электроустановки (корпуса, панели, шасси, кронштейны, оболочки кабелей и т.д.) нормально не находятся под напряжением, но могут оказаться под ним в результате повреждения изоляции. В этом случае прикосновение будет косвенным.
В случае прикосновения
человека к заземленному корпусу (рис.
3 а) ток через его тело зависит от общего
тока замыкания на землю
,
но как правило значительно меньше его
(не превышает порогового ощутимого
тока). В случае прикосновения к
незаземленному корпусу через тело
человека проходит как правило весь ток
замыкания на землю. С точки зрения
опасности поражения этот случай
равноценен однополюсному прикосновению
к токоведущим частям (прямому
прикосновению).
а б
Рисунок 3 – Косвенное прикосновение к корпусу (а - заземленному; б - незаземленному), оказавшемуся под напряжением
Во всех случаях включения человека в цепь напряжение прикладывается ко всей цепи (тело человека, обувь, пол или грунт, на котором стоит человек и т. д.) Напряжение прикосновения приложено только к телу человека.
Напряжение прикосновения – разность потенциалов между проводящими частями (одна из которых может быть землей) при одновременном прикосновении к ним человека или животного.
.
(4)
4) Включение на напряжение шага
Если человек находится на грунте вблизи места растекания тока на землю, в том числе заземлителя, с которого стекает ток, часть этого тока может ответвляться и замыкаться через человека по нижней петле («нога-нога», см. рис. 4). Ток через тело человека равен
.
(5)
Рисунок 4 - Включение на напряжение шага
Напряжение шага - напряжение между двумя точками на поверхности локальной земли, расположенными на расстоянии 1м одна от другой, что соответствует длине большого шага человека.
Растекание тока на землю. Закон распределения потенциалов в
грунте для одиночного полусферического заземлителя
Растекание тока на землю представляет для человека опасность поражения электротоком. Она вызвана тем, что человек может оказаться под напряжением прикосновения или под напряжением шага. Для оценки этой опасности рассмотрим закон распределения потенциалов на поверхности грунта на примере полусферического заземлителя (см. рис. 5).
На практике полусферический заземлитель не используется, так как для его изготовления потребовалось бы слишком много металла и большой объем земляной работы. Он будет рассмотрен нами лишь условно (гипотетически), что позволит получить простое с математической точки зрения и достаточно точное представление о процессе растекания тока в грунте.
Рисунок 5 - Растекание тока (сверху) и закон распределения потенциалов (снизу) на поверхности грунта
Так как форма заземлителя полусферическая и грунт однородный, то ток растекается во всех направлениях равномерно. Выделим на расстоянии х от оси заземлителя элементарный слой толщиной dx в форме полусферы. Плотность тока в каждой его точке равна
,
(6)
где
- ток замыкания на землю.
Запишем закон Ома в дифференциальной форме:
,
(7)
где Е
- напряженность электрического поля в
точке слоя;
- удельное электрическое сопротивление
грунта (
).
Приравняв уравнения (6) и (7), получим
.
(8)
Падение напряжение на элементарном слое dx будет равно
.
(9)
Для того, чтобы определить потенциал любой точки на поверхности грунта, нужно проинтегрировать выражение (9):
,
где
.
Таким образом получено уравнение гиперболы. Так как x не может быть меньше r, максимальное значение потенциала имеют точки грунта, соприкасающиеся с поверхностью заземлителя:
.
Можно записать так:
.
(10)
По мере удаления от заземлителя потенциал точек на поверхности грунта убывает по гиперболическому закону. Область грунта вблизи заземлителя, где потенциалы не равны нулю, называется полем растекания тока (локальной землей). Для реальных грунтов поле растекания находится в радиусе 20 м.
Область грунта, потенциал которой равен нулю, называется электротехнической землей (относительной землей).
На практике применяются заземлители иной формы (преимущественно вертикальные или горизонтальные стержни), создающие на поверхности грунта иные законы распределения потенциалов. Однако эти законы по мере удаления от заземлителя также стремятся к гиперболическому. Использовав полусферическую модель заземлителя, мы существенно упростили математические действия и при этом получили достаточно точный результат.