Определение величины тока однофазного замыкания на землю

Электрическим замыканием на землю называется случайное электрическое соединение токоведущей части непосредственно с землей или нетоковедущими проводящими конструкциями, или предметами, не изолированными от земли.

Током замыкания на землю называется ток, проходящий через место замыкания на землю.

Рис.2. Схема измерения; величины тока однофазного замыкания на землю

Величина тока однофазного замыкания на землю в общем случае зависит от режима нейтрали (изолированная или глухозаземленная нейтраль), мощности, протяженности и конструкции сети (воздушная или кабельная), состояния изоляции и емкости проводов и т.п.

Некоторые параметры электрических сетей в процессе их эксплуатации изменяются. Поэтому определить величину тока однофазного замыкания на землю аналитическим путём довольно трудно. На практике обычно величину тока замыкания на землю определяют путем измерения с помощью амперметра, включенного в заземляющий провод непосредственно через трансформатор тока (рис.2).

В целом токи замыкании на землю в сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В обычно невелики. В установках и помещениях без повышенной опасности, с нормальными условиями среды этот ток не превышает нескольких ампер; в особо опасных помещениях он пожег достигать десятков ампер.

Напряжения прикосновения и шага

Напряжение прикосновения - напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек.

Рис.3. Напряжение прикосновения к заземленным нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением

Для человека, стоящего на грунте и касающегося заземленного корпуса, оказавшегося под напряжением (рис. 3), напряжение прикосновения

U_пр= φ_р- φ_н , (7)

где φ_р, φ_н- соответственно величины потенциалов руки и ног.

Так как человек касается корпуса, то потенциал корпуса (напряжение его относительно земли)

φ_к= φ_р

На рис.3 показаны два корпуса потребителей (Iи 2), присоединенных к заземлителюR_з. Потенциалы всех корпусов одинаковы, так как корпуса электрически связаны между собой заземляющим проводником, сопротивление которого мало. Для упрощения анализа падением напряжения в заземляющих проводниках ввиду его малости будем пренебрегать и считать, чтоU_к=U_з, т.е. напряжения корпуса и заземлителя относительно земли равны между собой.

Как видно на рис.3, потенциалы ног человека зависят от его местоположения относительно заземлителя. По мере удаления от заземлителя потенциалы ног человека уменьшаются (φ₁> φ₂).

Следовательно, по мере удаления от заземлителя напряжение прикосновения в соответствии с выражением (7) возрастает (U_пр2>U_пр1) и у корпуса потребителя, находящегося за пределами зоны растекания тока, оно равно напряжению корпуса относительно земли, так как человек стоят на земле, где потенциал ног равен нулю.

В общем случае напряжение прикосновения может быть определено из выражения

U_пр= α₁α₂U_з, (8)

где α₁- коэффициент напряжения прикосновения, учитывавший форму потенциальной кривой (зависит от формы и конфигурации заземлителя и положения точки, в которой он определяется относительно заземлителя), α₁=0,1...0,75;

α₂- коэффициент, учитывающий падение напряжения в дополнительных сопротивлениях цепи человека (сопротивление обуви и сопротивление опорной поверхности ног растеканию тока или сопротивление пола).

Напряжение шага - напряжение между двумя точками цепи тока, которые находятся одна от другой на расстоянии шага (0,8 м) и на которых одновременно стоит человек.

Рис.4. Напряжение шага

Человек, находящийся в зоне растекания, оказывается под напряжением шага, если его ноги находятся в точках А и В с разными потенциалами (рис.4):

U_ш=φ_A- φ_B, (9)

Как видно из рис.4, по мере удаления от заземлителя величина напряжения шага уменьшается (U_ш1>U_ш2). Человек, находящийся вне зоны растекания тока замыкания на землю, вообще не попадает под напряжение шага, так как потенциалы обеих ног человека равны нулю.

В общем случае напряжение шага так же, как и напряжение прикосновения, может быть выражено через напряжение заземлителя:

U_ш= β₁β₂U_з, (10)

где β₁, - коэффициент напряжения шага, учитывающий форму потенциальной кривой, β₁= 0,10...0,15;

β₂- коэффициент, учитывающий падение напряжения в дополнительных сопротивлениях цепи (сопротивление обуви и сопротивление пола).