Евклидовы пространства.

Б. Напряжения прикосновения и шага при замыкании на землю. Протекание тока через землю может происходить только при наличии замкнутого контура, т.е. соединения с землей как минимум двух точек сети с разными потенциалами.

Потенциал токоведущей части относительно земли, j3, определяется выражением

j3 = Iзrз ,(1.10)

где IЗ – ток замыкания, rЗ – сопротивление растеканию тока. При этом вокруг точки замыкания на поверхности грунта происходит снижение потенциала по закону, представленному на рисунке 1.6 Нахождение человека на расстоянии менее 20 м опасно для человека, т.к. он может попасть под опасную разность потенциалов (шаговое напряжение).

  Рисунок 4.5 - Растекание тока в земле через полусферический заземлитель.  

По мере удаления от места замыкания токоведущей части на землю значение потенциала грунта снижается и становится равным нулю теоретически в бесконечности. Практически на расстоянии 20 м от места замыкания потенциал грунта принимают равным нулю. Более точно форма потенциальной кривой определяется удельным сопротивлением грунта и формой заземлителя. Для сферического заземлителя потенциальная кривая представляет собой гиперболу.

Напряжение прикосновения. Напряжением прикосновения Uпр [В] называется разность потенциалов между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, или, другими словами, падение напряжения на сопротивлении тела человека Rh. Если пренебречь сопротивлением обуви и основания, на котором стоит человек, то

 

Uпр = Ih×Rh , (1.11)

 

где Ih - ток, проходящий через человека.

В устройствах защитных заземлений, занулений и т.п. одна из этих точек имеет потенциал заземлителя jЗ, а другая - потенциал основания jос (см. рисунок 4.6). Тогда

Uпр = j3 - jос = j3 (1 - ) или Uпр= j3× a, (1.12)

где a- коэффициент напряжения прикосновения.

a = 1 -. (1.13)

В зависимости от расстояния человека до заземлителя коэффициент напряжения прикосновения может принимать значения 0,1 ¸ 1, однако в реальных условиях он близок к единице, поэтому в расчетах для одиночных заземлителей принимается a = 1.

Из рисунка видно, что из двух случаев расположения заземлителей случай I оказывается более опасным, так как напряжение прикосновения получается более высоким (Uпр1 > Uпр2). Наиболее опасным будет прикосновение, когда человек находится на расстоянии ³ 20 м от заземлителя.

  Рисунок 4.6

Напряжение шага. Напряжением шага называется напряжение между двумя точками на поверхности грунта, находящимися одна от другой на расстоянии шага, которое принимается равным 0,8 м (см. рисунок 4.7),

 

  Рисунок 4.7

Uш = Iш×Rch , (1.14)

 

где Iш - ток, , проходящий по пути “нога-нога”, Rch - сопротивление цепи “человек-земля”. Если выразить напряжение шага через разность потенциалов, имеем

(1.15)

Чтобы выразить jх и jх+а через jз, разделим обе части (1.15) на jз .

 

, или (1.16)

где .

Коэффициент b называется коэффициентом напряжения шага (коэффициентом шага) и учитывает форму потенциальной кривой. Значения b лежат в диапазоне 0,15 ¸ 0,6.

Напряжение шага зависит, таким образом, от величины потенциала в точке заземления, формы заземлителя и сопротивления грунта. Однако на практике часто говорят о шаговом напряжении между условными точками поверхности, которых касаются ноги человека (а иногда, в случае его падения руки и ноги), расстояние между ними не обязательно 0,8 м. Вот почему, оказавшись в зоне растекания тока, выходить из нее следует, осторожно передвигаясь как можно более мелкими шажками или прыжками «ноги вместе».

Коэффициент напряжения шага играет большую роль в понимании механизма действия защитного заземления.