Напряжение прикосновения при групповом заземлителе
Известно, что если поля растекания токов электродов группового заземлителя накладываются одно на другое, то все точки поверхности земли на участке между электродами имеют потенциалы, отличные от нуля. Поэтому в любом месте этого участка Uпр < j з и a1 < 1.
Как и в случае одиночного заземлителя, Uпр = 0 и a1 = 0 тогда, когда человек, касаясь заземленного предмета, стоит непосредственно на электроде, входящем в состав группового заземлителя.
Наибольшие значения Uпр и a 1, будут иметь на определенном расстоянии от электродов, зависящем от их формы и взаимного расположения.
Рассмотрим эти вопросы применительно к заземлителю, состоящему из двух одинаковых полушаровых электродов радиусом r, м, с расстоянием между ними х, м (рис. 2.13).
Рис.2.13. Напряжение прикосновения при групповом заземлителе
Зная уравнение потенциальной кривой такого заземлителя (2.18), выраженное через j гр, запишем:
Тогда:
Как видно из этих выражений, Uпр и a 1, будут иметь наименьшие значения в двух случаях — при наименьшем и наибольшем значениях х, а именно при х = r и х = (s — r), т. е. когда человек стоит на одном из электродов. В этом случае Uпр = 0 и a 1 = 0.
Наибольшие значения Uпр и a 1 будут при х = 0,5s, когда человек стоит точно посередине между электродами. Тогда:
Например, при s = 20r получим Uпр.max= 0,89j гр, a a1max = 0,89. Если электроды не шаровые, а другой формы, то вычисление Uпр и a1 оказывается более сложным, а при большом числе электродов — практически невозможным.
При проектировании защитных заземлений требуется знать наибольшее в данной конструкции заземлителя значение напряжения прикосновения. Для этой цели пользуются максимальными значениями a1, полученными опытным путем.
При уменьшении s, т. е. при более частом расположении электродов Uпр и a1 снижаются — происходит выравнивание потенциалов на поверхности земли.
В пределах площади, на которой размещены электроды группового заземлителя, Uпр.max и a1max наблюдаются, как правило, в точках, наиболее удаленных от электродов. Например, при размещении электродов по вершинам или сторонам правильного многоугольника Uпр.max и a1max оказываются в центре этих фигур. Если электроды образуют сетку, состоящую из квадратных или прямоугольных клеток, то внутри каждой такой клетки наибольшие значения Uпр.max и a1max, будут точно в ее центре, причем в угловых клетках Uпр.max и a1max будут больше, чем в других клетках.
D. Напряжение прикосновения и шага
Напряжение шага
Напряжением шага называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, принимаемым равным 1 м, на которых одновременно стоит человек, или, иначе говоря, падение напряжения в сопротивлении тела человека, В:
Uш = Ih Rh, (2.42)
где Ih — ток, проходящий через человека по пути нога — нога, A; Rh — сопротивление тела человека, Ом.
В области защитных устройств от поражения током — заземления, зануления и др.— интерес представляют в первую очередь напряжения между точками на поверхности земли (или иного основания, на котором стоит человек) в зоне растекания тока с заземлителя. Без учета сопротивления растеканию тока основания напряжением шага будет являться разность потенциалов j х, В, и j х+а , В, двух точек на поверхности земли в зоне растекания тока, которые находятся на расстоянии х и (х + а) от заземлителя и на расстоянии шага а одна от другой и на которых стоит человек (рис. 2.15).
Рис. 2.15. Напряжение шага при одиночном заземлителе
Таким образом, напряжение шага, В, будет:
Uш =j х - j х+а. (2.43)
Поскольку j х, и j х+а являются частями потенциала заземлителя j з, то разность их также есть часть этого потенциала. Поэтому выражение (2.43) мы вправе записать в виде:
Uш =j з b1, (2.44)
где b1 — коэффициент напряжения шага или просто коэффициент шага, учитывающий форму потенциальной кривой:
(2.45)
Напряжение шага определяется отрезком АВ (рис. 2.15), длина которого зависит от формы потенциальной кривой, т. е. от типа заземлителя, и изменяется от максимального значения до нуля с изменением расстояния от заземлителя:
напряжение шага при одиночном заземлителе;
напряжение шага при групповом заземлителе.
Напряжение шага с учетом падения напряжения в сопротивлении основания, на котором стоит человек.
Как и в случае напряжения прикосновения, разность потенциалов между двумя точками, на которых стоит человек, т. е.
Uш =j х - j х+ а = jз b1
делится между сопротивлением тела человека и последовательно соединенным с ним сопротивлением растеканию основания, на котором он стоит, Rocн, Ом.
В данном случае сопротивление основания складывается из двух последовательно соединенных сопротивлений растеканию ног человека: Rocн = 2 Rн (рис. 2.17).
Рис. 2.17. К определению напряжения шага с учетом падения напряжения в сопротивлении растеканию ног человека:
1 — потенциальная кривая; 2 — кривая, характеризующая изменение Uш с изменением расстояния от заземлителя
Следовательно,
откуда напряжение шага, В:
(2.46)
Или
(2.47)
где b2 — коэффициент напряжения шага, учитывающий падение напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек:
(2.48)