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:

e = d*r , где:

d - плотность тока через данную точку,

r - 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 радиусаR.

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.