17.9. Визначення напруги дотику

За розрахункове значення напруги дотику приймається максимальна різниця потенціалів між потенціалом заземлювача і найменшим потенціалом поля заземлювача на поверхні землі, яка спостерігається в центрі кутньої чарунки заземлювача:

U_д =α_д I R= α_пр U, (17.42)

де α_l – коефіцієнт напруги дотику;

I – розрахунковий струм однофазного короткого замикання, A;

R – опір заземлюючого пристрою, Ом;

U – напруга на заземлювачу, В

Величина б_пр характеризує ступінь вирівнювання потенціалу на території підстанції при даній конструкції заземлювача і залежить від відносних лінійних розмірів заземлювача і відносних характеристик ґрунту.

17.9.1. Напругу дотику можна обчислити по наближених формулах, В:

U_д = (0,6-0,8) ρ^.i ; (17.43)

U_яч._з = ρ^.i ; (17.44)

де ρ – питомий опір ґрунту, Ом м.;

i – струм, що стікає в землю, на 1м провідника, закладеного в землю, А; i = I/L;

I – розрахунковий струм короткого замикання, A;

L – загальна довжина провідників, утворюючих сітку, включаючи сумарну довжину вертикальних електродів, м:

L = L_г + L_в = L_г + n l_в, (17.45)

де L_г і L_в – загальна довжина всіх горизонтальних і вертикальних електродів, м;

n – кількість вертикальних електродів;

l_в – довжина вертикального електроду, м.

Загальна довжина всіх вертикальних (горизонтальних) електродів визначається як:

L_в = n l_в. (17.46)

Під величиною U_{чар. с} розуміють напругу по відношенню до центру прямокутної чарунки сітки, обмеженої заземлювачами, а не по відношенню до точки, видаленої, як це часто приймається, на 1 м. Необхідність введення в розрахунок цієї величини мотивується тим, що людина може торкнутися заземленого предмету, знаходячись далі чим на 1 м від нього, через що він потрапить під велику різницю потенціалів.

17.9.2. Точніше значення коефіцієнта напруги дотику можна обчислити по виразу

, (17.47)

де k_i - коефіцієнт, що враховує стікання струму в землю;

k_m – коефіцієнт, що враховує вплив числа поздовжніх смуг в сітці n, відстань між ними а, діаметр d і глибина укладання h заземлювачів сітки;

. (17.48)

де ρ_ρ – розрахункове значення питомого опору верхніх шарів ґрунту, Ом/м. Значення k_i є функцією числа чарунок по сторонах сітки і змінюється від 1 до 2,4 (табл. 17.13);

R – опір заземлення сітки, Ом;

L – сумарна довжина провідників сітки, м.

Число множників в дужках в другому члені правої частини цього рівняння, дорівнює (n – 2);

Сумарна довжина провідників сітки, згідно п.17.7.1 [11], визначається як

L = L_г + L_в = L_г +nl_в. (17.49)

Таблиця 17.13

Розрахункових значень коефіцієнта k_i

Число чарунок по сторонам сітки	1 х 1	2 х 2	4 х 4	8 х 8	10 х 10 і більше
Коефіцієнт ki	1,0	1,16	1,47	2,21	2,4

17.9.3. Для заземлювача в однорідному ґрунті, виконаного у вигляді горизонтальної квадратної сітки з квадратними чарунками однакового розміру і рівномірним розміщенням вертикальних електродів по периметру контуру заземлювача, коефіцієнт напруги дотику може бути обчислений по наступному виразу

, (17.50)

де l_в – довжина вертикального електроду, м;

L_r – загальна довжина всіх горизонтальних електродів, м;

m – відстань (крок) між вертикальними електродами, м;

S – площа, що займає заземлювач, м².

17.9.4. Напруга дотику з урахуванням падіння напруги на опорі тіла людини R_ч і підстави R_осн, на якій знаходиться людина (точніше за опір його ніг R_н), обчислюється по виразу

U_д = α_д α_осн I R = α_д α_осн U, (17.51)

де α_осн – коефіцієнт напруги дотику, що враховує падіння напруги в опорі основи (ніг людини);

. (17.52)

Вважаючи, що площа підошви однієї ноги дорівнює 2,25.10^-2 м², а діаметр еквівалентного нозі диска 0,17м, можна прийняти, що

. (17.53)

Тоді

, (17.54)

де ρ – питомий опір верхніх шарів ґрунту або штучного покриття, Ом/м.

17.9.5. Найбільше значення коефіцієнта напруги дотику для складного заземлювача в двошаровому ґрунті, виконаного у вигляді квадратної сітки з квадратними чарунками однакового розміру, з рівномірно розміщеними по його контуру вертикальними електродами може бути визначено із наступного виразу [5]:

, (17.55)

або по спрощеній формулі

, (17.56)

де М – параметр, залежний від відношення питомих опорів верхнього ρ₁ і нижнього ρ₂ шарів землі, значення якого наведені у табл. 17.14.

Таблиця 17.14

Значення коефіцієнту, який враховує відношення питомих опорів верхнього і нижнього шарів землі

	0,5	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0	10,0
М	0,36	0,5	0,62	0,69	0,72	0,75	0,77	0,79	0,8	0,82

де L_г – загальна довжина всіх горизонтальних електродів заземлювача , м;

S – площа території, що займає заземлювач, м²;

L_в – загальна довжина всіх вертикальних електродів, м.

17.9.6. При проектуванні захисних заземлень потрібно знати найбільше в даній конструкції заземлювача значення напруги дотику. Приведені вище точні і наближені формули визначення ά_д задовольняють практичним розрахункам. Проте в разі важких рішень необхідно користуватися значеннями ά_д, отриманими шляхом безпосередніх вимірів. Деякі найбільші значення коефіцієнтів ά_д, встановлені дослідним шляхом, приведені в табл. 17.15.

Таблиця 17.15

Найбільші значення коефіцієнтів дотику

Тип заземлювача	Число внутрішніх смуг	Відстань між паралельними смугами а	άд
Груповий контурний із смуг з внутрішніми зв'язками, h = 0,5 м	2	2,5 5,0 10 15	0,3 0,35 0,4 0,45
	5	2,5 5,0 10 15	0,15 0,2 0,3 0,35
	10	2,5 5,0 10 15	0,1 0,15 0,25 0,3
Груповий контурний із смуг з вертикальними електрода-ми і внутрішніми зв'язками, h =0,5 м	5	2,5 5,0 10 15	0,1 0,15 0,25 0,35
	10	2,5 5,0 10 15	0,08 0,1 0,2 0,25
Груповий контурний із смуг з вертикальними електрода-ми (навколо будівлі, споруди) h =0,5 м	-	а = у а = 2в| а = 3в	0,4 0,35 0,3