Растекание тока при замыкании эл. Сети на землю. Шаговое напряжение, методы защиты от шагового напряжения.
Если какая-либо точка электрической сети оказывается в контакте с землёй, то у места замыкания на землю возникает "поле растекания тока".
Так как земля проводник, то растекание тока будет происходить во все стороны по полусфере с центром в точке замыкания.
Напряжённость любой точки почвы в поле растекания тока будет:
= d*r , где:
- плотность тока через данную точку,
- удельное сопротивление грунта.
По мере удаления от места замыкания с увеличением поверхности полусферы плотность тока d уменьшается, а, следовательно, уменьшается и напряжённость поля e. Практически, в точках на расстоянии 20 метров от места замыкания на землю напряжённость поля равна нулю.
Характер изменения величины потенциала по мере удаления от мес-та замыкания найдём из следующего рассуждения: предположим, что ток стекает в землю через стержень, оканчивающийся полусферой радиуса R.
Потенциал произвольно выбранной точки А (см. рисунок), т. е. её напряжение относительно другой бесконечно удалённой точки, обладаю-щей нулевым потенциалом, найдётся из выражения:
UА = ò dU , где:
х - расстояние от точки А до центра заземлителя (стержня);
dU - падение напряжения в элементарном слое, толщиной dx.
ttt
dddddx
Uзаземлителя
U
Uприкосновения
Uшаговое
X3 X 2 X 1 X
Плотность тока в точке А:
d = Iз/2px² , где:
Iз - ток замыкания на землю,
2px² - поверхность полусферы радиуса x.
dU = edx = drdx = Iз/(2px²)rdx; UA = ò Iз/(2px²)rdx = Iзr/2p òdx/x = Iзr/2px;
Обозначим Iзr/2p через К, тогда UA = К * 1/х. Это выражение пред-
ставляет собой уравнение равносторонней гиперболы.
По мере удаления от места замыкания потенциал точек в поле растекания тока (напряжение относительно бесконечно удалённой точки) уменьшается.
Наибольшее напряжение (Uз) будет на стержне.
Если человек коснётся стержня, то он попадёт под напряжение, рав-ное разности потенциалов стержня (Uз) и точки Х1, на которой стоят ноги. Это напряжение называется напряжением прикосновения
В сетях напряжением до 1000 вольт напряжение прикосновения может достигать значений от30 до 80 вольт. Опасность поражения зависит от ряда факторов: формы потенциальной кривой, сопротивления тела чело-века, пути прохождения тока, наличия влажности и т. д.
Разность потенциалов двух точек (Х2 и Х3), находящихся в поле растекания тока, на радиусе к месту замыкания, на расстоянии 0,8 метра друг от друга (расстояние шага) называется шаговым напряжением. В сетях до 1000 вольт шаговым напряжением пренебрегают (ощущается в пределах 5 метров от точки замыкания). Опасность возникает при напряжении сети выше 1000 вольт и при грозовых разрядах на землю.
Выходить из зоны действия шагового напряжения необходимо мелкими шажками переставляя ноги так, чтобы они касались друг друга (пальцы одной ноги с пяткой другой ноги), или выпрыгивая из зоны дей-ствия шагового напряжения на одной ноге.
Средствами индивидуальной защиты являются диэлектрические галоши, подставки, резиновые коврики и т.п.