Явления при отекании тока в землю

Стекание тока в землю происходит через проводники, имеющие непосредственный контакт с землей. Это могут быть специально ус­тановленные заземлители корпусов электроустановок, случайно упавшие на землю поврежденные электрические провода, электро­проводные опорные части оборудования, установленного на землю. Причиной появления тока на корпусах машин и агрегатов могут быть пробой изоляции и замыкание токоведущих частей на корпус.

Стекание тока в землю сопровождается образованием в фунте вок­руг элемента, связывающего электроустановку с землей (чаще всего заземлителя), потенциала, величина которого убывает с увеличением расстояния от места стекания тока, так как земля имеет сопротивле­ние. Приняв для простоты анализа, что зазсмлитель имеет полусфери­ческую форму, а фунт во всем объеме однороден и имеет, следователь­но, одинаковое электрическое сопротивление, получим картину изме­нения потенциала в земле вокруг заземлителя (рис. 2.6).

(2.1)

Ток в земле растекается от заземлителя во все стороны простран­ства одинаково равномерно, а ее потенциал изменяется по мере удаления от места стекания тока в любой вертикальной плоскости, проходящей через ось заземлителя, по зависимости

Ф* =Ф, -Г/х,

Рис. 2,6. Распределение потенциала на поверхности земли вокруг полушарового

заземлителя

где — потенциал земли на расстоянии х от места стекания тока на землю; ф₃ = /₃ • /?_р— потенциал заземлителя; /_з — ток замы­кания на землю; /? — сопротивление растеканию тока в земле; Т — радиус заземлителя.

Изменение потенциала земли от места стекания тока на землю описывается уравнением гиперболы (2.1). Пространство изменения указанного потенциала описывается телом вращения, образуемым гиперболой относительно вертикальной оси (см. рис. 2.6).

На расстоянии более 20 м от места стекания тока на землю даль­нейшим уменьшением потенциала земли можно пренебречь. Это расстояние принято называть зоной нулевого потенциала — т. е. часть земли, находящаяся вне зоны влияния какого-либо заземлителя, элек­трический потенциал которой принимается равным нулю.

179 2. Обеспечение безвредных условий труда

—м— •rrr 'il'ill-'-'nfll'lll I"I- I II .nriHii«.ltni.«-rtTHriminj

Напряжение прикосновения U для человека, стоящего на земле и касающегося руками оборудования, имеющего связь с землей, например, через заземление, определяется выражением

где U — потенциал рук; <7 — потенциал ног.

Потенциал рук равен потенциалу на корпусе установки, которого работающий касается, а ног — потенциалу основания (земли), на ко­тором он стоит. В нормальных условиях эксплуатации {/ = U = 0.

При пробое изоляции токоведущих частей корпус оказывается под напряжением (/, соответственно U = <У. Потенциал ног различен для рабочих мест, расположенных на разном расстоянии от места стекания тока на землю. В непосредственной близости от него £/ = / ■ /?, а на больших расстояниях U = 0. Поэтому величина напряжения прикос­новения минимальна в первом и максимальна во втором случае. График изменения напряжения прикосновения с увеличением рас­стояния от места стекания тока на землю приведен на рис. 2.7. На­пряжений прикосновения определяет силу тока в петле руки-ноги. Напряжение прикосновения — напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном при­косновении к ним человека или животного (ПУЭ-6,7).

Напряжение шага также связано с изменением потенциала земли при стекании тока на землю. При нахождении человека в зоне с изменяющимся потенциалом земли каждая из его ног оказывается под разным напряжением (рис. 2.8). Напряжение шага определяется

^иш⁼ Ф. “ 4W

где <р_х — потенциал ноги, находящейся на расстоянии х от места стекания тока; <р_>+а — потенциал ноги, находящейся на рассто­янии х+а от места стекания тока; а — величина шага. Так как между двумя точками земли, которых касаются ноги человека в зоне растекания тока, появилась разность потенциалов, возни­кает электрическая цепь нога-нога.

Напряжение шага — напряжение между двумя точками на повер­хности земли, на расстоянии 1 м одна от другой, которое принимает­ся равным длине шага человека.

Рис. 2,7, Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе:

I - потенциальная кривая; II - кривая, характеризующая изменение напряжения прикосновения при изменении расстояния от заземлителя