1.3. Заземлитель с протяженным трубчатым электродом на поверхности

У этого вида заземлителя, находящегося на поверхности земли и заглубленного так, что его продольная ось совпадает с поверхностью земли, изменения потенциальной кривой различны в различных направлениях.

Рис. 2.4 - Распределение потенциала на поверхности земли вокруг заземлителя с протяженным трубчатым электродом:

а) потенциальная кривая вдоль оси заземлителя;

б) потенциальная кривая в плоскости, перпендикулярной оси заземлителя и пересекающей его в середине;

в) эквипотенциальные кривые на поверхности земли вокруг протяженного заземлителя.

Наиболее резко потенциал падает вдоль оси заземлителя, а наиболее плавно – поперек оси по линии, проведенной через его середину.

Уравнение потенциальных кривых этого заземлителя имеют следующий вид:

а) вдоль оси заземлителя (по оси х),

φх = , (11)

где l и d – длина и диаметр сечения заземлителя.

б) поперек оси заземлителя (по оси у),

φу = , (12)

Потенциал заземлителя будет при наименьшем значении х, т. е. при х = 0,5l, если φз вычисляется из (11), или при наименьшем значении у, т. е. при у = 0,5 d, если φз вычисляется из (12), т. е

φз = , (13)

Эквипотенциальные линии на поверхности земли вокруг протяженного заземлителя приближаются по форме к эллипсам; на большом расстоянии от заземлителя они переходят в окружности (рис.2.4 в)

1.4. Напряжение прикосновения

Напряжение прикосновения для человека, касающегося заземленного корпуса электрооборудования и стоящего на земле (случай 3 на рис. 2.5), определяется отрезком АВ и зависит от формы потенциальной кривой и расстояния х между человеком и заземлителем (чем дальше от заземлителя находится человек, тем больше U_ПР и наоборот). Так, при наибольшем расстоянии, т. е. при х →∞, практически при х ≥ 20 м (случай 1 на рис. 2.5) напряжение прикосновения имеет наибольшее значение:Uпр = φз; при этом коэффициент прикосновения α1 = 1. Это — наиболее опасный случай прикосновения.

Рис.2.5 - Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе:

I - потенциальная кривая; II – кривая, характеризующая изменение uпр при изменении х

При наименьшем значении х, т. е. когда человек стоит непосредственно на заземлителе (случай 2 на рис. 2.5), Unp = 0 и α1 = 0. Это — безопасный случай, так как человек не подвергается воздействию напряжения, хотя он, и находится под потенциалом заземлителя φз.

При других значениях х в пределах 0 – 20 м (случай 3 на рис. 2.5) U_ПР плавно возрастает от 0 до φ_З, а α1 — от 0 до 1.

В практике устройства защитных заземлений необходимо знать максимальные напряжения прикосновения.

Для примера проанализируем изменение Unp и α1, при одиночном полусферическим заземлителе радиусом r. В этом случае потенциал любой точки на поверхности земли вокруг заземлителя описывается уравнением φ = rφз/х , поэтому

Unp = φз - , (14)

а коэффициент прикосновения

α1 = 1-, (15)

При х → ∞, а практически при х ≥ 20 м (случай 1 на рис. 2.5) . Напряжение прикосновения и коэффициент прикосновения будут иметь максимальные значения: Unp max = φз; α1 = 1.

При x = r (случай 2 на рис. 2.5) = 1, поэтому Unp = 0 и α1 = 0.

При промежуточных значениях х от r до 20 м Unp и α1 определяются из выражения (14) и (15).

При заземлителе с вертикальным трубчатым электродом выражение для расчета Unp и α1 можно получить, вычитая уравнение потенциала некоторой точки основания из уравнения потенциала заземлителя

Unp = φз - φосн = , (16)

α1= 1-, (17)

Максимальные Unp и α1 будут при х = ∞.