- •I. Производственная среда и безопасность жизнедеятельности
- •II. Электробезопасность
- •1. Действие электрического тока на человека
- •А. Виды электротравм
- •Виды местных электротравм
- •Характеристика местных электротравм
- •В. Оказание первой доврачебной помощи человеку, пораженному электрическим током
- •С. Электрическое сопротивление тела человека
- •Электрическая проводимость живой ткани
- •Строение кожи
- •Составляющие электрического сопротивления наружного слоя кожи
- •Внутреннее электрическое сопротивление тела человека
- •Зависимость сопротивления тела человека от состояния кожи
- •Влияние места приложения электродов на сопротивление тела человека
- •Влияние значения тока на сопротивление тела человека
- •Зависимость сопротивления тела человека от значения приложенного напряжения
- •Влияние рода и частоты тока на сопротивление тела человека
- •Зависимость сопротивления тела человека от площади электродов
- •Влияние длительности протекания тока на сопротивления тела человека
- •Влияние физиологических факторов и параметров окружающей среды на сопротивление тела человека
- •D. Факторы, влияющие на исход поражения человека электрическим током
- •2. Явления при стекании электрического тока в землю
- •А. Стекание тока в землю через одиночные заземлители
- •Шаровой заземлитель, находящийся в земле на большой глубине
- •Шаровой заземлитель вблизи поверхности земли
- •Полушаровой заземлитель
- •Стержневой заземлитель
- •Дисковый заземлитель
- •В. Стекание тока в землю через групповые заземлители
- •Распределение потенциала на поверхности земли при использовании группового заземлителя
- •Распределение потенциала на поверхности земли при использовании группового заземлителя
- •Потенциальная кривая простейшего группового заземлителя
- •Потенциал группового заземлителя
- •С. Сопротивление растеканию тока одиночного и группового заземлителей
- •Сопротивление растеканию одиночного шарового заземлителя
- •Сопротивление растеканию полушарового заземлителя
- •Сопротивление растеканию одиночных заземлителей любых типов
- •Формулы для вычисления сопротивлений одиночных заземлителей растеканию тока в однородном грунте
- •Сопротивление заземлителей растеканию тока в многослойных грунтах
- •Сопротивление группового заземлителя растеканию тока при расстоянии между электродами более 40 м
- •Коэффициент использования группового заземлителя
- •D. Напряжение прикосновения и шага
- •Напряжение прикосновения
- •Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе
- •Напряжение прикосновения при одиночном полушаровом заземлителе
- •Напряжение прикосновения при одиночном стержневом вертикальном заземлителе
- •Напряжение прикосновения при групповом заземлителе
- •D. Напряжение прикосновения и шага
- •Напряжение шага при одиночном заземлителе
- •Напряжение шага при одиночном полушаровом заземлителе
- •Напряжение шага при одиночном стержневом заземлителе
- •Напряжение шага при одиночном протяженном заземлителе круглого сечения
- •Напряжение шага при групповом заземлителе
- •Е. Электрические свойства грунтов
- •Составные части грунта
- •Зависимость r грунта от влажности
- •Зависимость r грунта от температуры
- •Влияние рода грунта на его удельное сопротивление
- •Зависимость r грунта от его уплотненности
- •Зависимость r грунта от времени года
Составные части грунта
Твердая часть грунта — это мелкие частицы различных минералов, являющиеся продуктом разрушения и выветривания горных пород, а также перегноя — органической части почвы. Размеры этих частиц обычно находятся в пределах от сотых долей микрона до 1 мм.
Газообразная часть грунта — воздух и водяной пар, заполняющие не занятые водой пространства в грунте, а также содержащиеся в свободной воде в виде местных включений.
Жидкая часть грунта — это так называемый почвенный раствор — вода и растворенные в ней вещества, которые содержатся также в твердой и газообразной частях грунта. Воду условно можно разделить на две формы: связанную и свободную.
Связанная вода — тонкая водяная пленка, окружающая твердые частицы грунта и удерживаемая ими с большой силой. Это явление объясняется наличием на поверхности почвенных частиц электрически не насыщенных активных центров, которые обусловливают притяжение к их поверхности молекул воды и ионов растворенных в ней солей.
Свободная вода — вода, не подверженная влиянию сорбционных сил, т.е. не ориентированная около почвенных частиц. Она может свободно перемещаться в порах и пустотах грунта.
Зависимость r грунта от влажности
Грунты любого рода — песок, глина, чернозем — в абсолютно сухом состоянии обладают большим удельным сопротивлением (свыше 104 Ом х м), т.е. являются практически непроводниками тока. Это справедливо для грунтов как с малым, так и с большим содержанием растворимых веществ, ибо, как известно, сухие соли, безводные кислоты и основания в твердом виде тока не проводят.
Если же грунт увлажнить, то сопротивление его уменьшится в десятки и даже сотни раз благодаря растворению в воде солей, кислот и оснований, содержащихся в грунте, а также за счет проводимости самой воды.
Понятно, что сопротивление грунта значительно снизится и в том случае, если вода обладает большим сопротивлением, равным, например, сопротивлению сухого грунта.
Из сказанного следует, что основным проводником тока в грунте является его жидкая часть, т. е. почвенный раствор. Как всякая проводящая жидкость, почвенный раствор является электролитом и обладает ионной проводимостью, т. е. заряды в нем переносятся не электронами, как это имеет место в металлических проводниках, а ионами, образовавшимися в результате электрической диссоциации (распада) молекул солей, кислот и оснований при растворении их в воде. Под влиянием электрического поля в растворе возникает направленное перемещение ионов к электродам, что и обусловливает проводимость грунта. При этом чем больше переносится ионов в единицу времени через единицу площади (при данных напряженности поля и температуре раствора), тем больше ток, т.е. тем выше проводимость грунта. Отсюда можно сделать вывод: чем больше в грунте содержится воды и растворимых веществ, тем меньше будет его удельное сопротивление. Однако эта закономерность справедлива лишь в определенных пределах.
Так, при высокой концентрации ионов в почвенном растворе, что соответствует большому содержанию растворимых веществ в грунте или малой его влажности, расстояния между ионами оказываютя небольшими; это приводит к возрастанию сил междуионного притяжения, снижению скорости перемещения ионов за счет тормозящего действия этих сил, а в результате — к росту удельного сопротивления грунта.
При низкой концентрации ионов, что соответствует малому содержанию растворимых веществ в грунте или большой его влажности, тормозящая роль междуионных связей практически отсутствует и ионы перемещаются с большей скоростью. Тем не менее число ионов, проходящих через единицу площади за некоторый отрезок времени, может быть очень небольшим, что также свидетельствует о возрастании r грунта.
Таким образом, для грунтов существуют некоторые оптимальные значения влажности и содержания растворимых веществ, при которых r достигает минимума.
В практических условиях резкое снижение r грунта наблюдается обычно при увеличении влажности до 15—20% (по массе). Дальнейшее увлажнение мало влияет на его сопротивление. При влажности более 70—80% r грунта может возрасти за счет снижения концентрации растворимых в воде веществ (рис. 2.19).
Рис. 2.19. Изменение удельного сопротивления грунта в зависимости от содержания в нем влаги
1 – тонкодисперсный грунт; 2 – грубодисперсный грунт
Соотношение между количествами связанной и свободной воды в грунте также влияет на его удельное сопротивление.
Дело в том, что для перемещения ионов, содержащихся в связанной воде, требуется значительно больше энергии, поскольку в этом случае необходимо преодолеть усилия, удерживающие ионы около твердых частиц грунта. Иначе говоря, связанная вода обладает большим удельным сопротивлением, чем свободная, и изменение соотношения между количествами связанной и свободной воды в грунте будет влиять на его удельное сопротивление.
Так, например, при 100%-ном влагонасыщении грунта, т. е. при заполнении всех пор грунта водой, он будет иметь наибольшее количество воды обоих видов и будет обладать некоторым r. При уменьшении влагонасыщения грунта, например до 50%, в нем почти полностью сохраняется связанная вода, имеющая более прочные связи, а содержание свободной воды снизится больше чем на половину. Вследствие этого r возрастет, однако незначительно, так как в почве еще будет существовать непрерывная цепочка из хорошо проводящей воды.
Дальнейшее понижение влажности будет сопровождаться возрастанием доли связанной воды и более интенсивным ростом r и, наконец, приведет к тому, что в грунте останется лишь связанная вода в виде тонкого слоя вокруг твердых частичек грунта, которая также образует непрерывные электропроводящие цепочки, но с очень большим сопротивлением. Если еще уменьшить влажность, то возникнут обрывы этих цепочек, что вызовет резкое, скачкообразное возрастание r.