Стекание тока в землю

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………….....	3
ЯВЛЕНИЯ ПРИ СТЕКАНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА В ЗЕМЛЮ………..	4
Стекание тока в землю через одиночные заземлители…………………………	4
1.2 Стекание тока в землю через групповые заземлители…………………………	5
1.3 Сопротивление растеканию тока  одиночного и группового заземлений……...	6
2  НАПРЯЖЕНИЕ ПРИКОСОНОВЕНИЯ И ШАГА ………………………………	8
3 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ …………………………………….	14
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………..	18
ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………………………	19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Опасность поражения человека электрическим  током во многом определяется явлениями, возникающими при стекании электрического тока в землю.

Стекание тока в землю происходит только через проводник, находящийся с нею в непосредственном контакте. Такой контакт может быть случайным или преднамеренным. В последнем случае проводник или группа соединенных между собой проводников, находящихся в контакте с землей, называется заземлителем.

Причинами стекания тока в землю  является: замыкание токоведущей  части на заземленный корпус электрооборудования; падения провода на землю; использование земли в качестве провода и т.д. Во всех этих случаях происходит резкое снижение потенциала заземлившейся части электрооборудования j_з, В до значения, равного произведению тока, стекающего в землю, I_з, А, на сопротивление, которое этот ток встречает на своем пути, т. е. сопротивление заземлителя растеканию тока R_з, Ом:

 

(1)

 

Стекание тока в землю сопровождается возникновением не только на заземлителе, но и в земле вокруг заземлителя, а следовательно, и на поверхности земли некоторых потенциалов.

Нам необходимо знать, от чего зависят  значения этих потенциалов, как изменяются они при изменениях расстояния до заземлителя, т. е. знать уравнение потенциальной кривой.  

Для упрощения анализа будем  считать, что земля во всем своем  объеме однородна, т.е. в любой точке обладает одинаковым удельным объемным сопротивлением   r, Ом м.

 

 

 

1 ЯВЛЕНИЯ ПРИ СТЕКАНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА В ЗЕМЛЮ

 

1.  Стекание тока в землю через одиночные заземлители

 

Одиночный проводник, находящийся  в контакте с землей, называется одиночным заземлителем. Заземление – преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.

 Одиночные заземлители различаются  формой, размерами и способами  осуществления контакта с землей.

Распределение потенциалов  на поверхности земли (потенциальная  кривая) имеет свои особенности для:

• шарового заземлителя, находящегося  в земле на большой глубине;
• шарового заземлителя вблизи поверхности земли;
• полушарового заземлителя;
• стержневого заземлителя;
• дискового заземлителя.

Потенциальная кривая заземлителя любой формы на относительно большом от него расстоянии (по сравнению с размерами заземлителя) приближается к потенциальной кривой полушарового заземлителя и описывается уравнением, В (х – расстояние от заземлителя, м):

 

(1.1)

 

Важно отметить также и то, что  потенциал земли на расстоянии свыше 20 м от заземлителя любой формы, как и в случае полушарового заземлителя, при небольших токах, стекающих с заземлителя, можно считать практически равным нулю.

 

1.2 Стекание тока в землю через групповые заземлители

 

По условиям безопасности обслуживающего персонала заземление должно обладать сравнительно малым сопротивлением, обеспечить которое можно путем увеличения геометрических размеров одиночного заземлителя (электрода) или применения нескольких параллельно соединенных электродов, именуемых групповым заземлителем.

Используя групповой заземлитель, можно выровнять потенциал на территории, где размещаются заземляющие электроды, что в ряде случаев играет решающую роль в обеспечении безопасности обслуживающего персонала.

Распределение потенциала на поверхности  земли при использовании группового заземлителя и значение потенциала самого группового заземлителя (электродов) зависит от количества используемых электродов, их формы и размеров, а также от расстояния между электродами:

• Распределение потенциала на поверхности земли при бесконечно больших расстояниях между электродами;
• Распределение потенциала на поверхности земли при малых расстояниях между электродами;
• Потенциальная кривая простейшего группового заземлителя;
• Потенциал группового заземлителя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 Сопротивление растеканию  тока одиночного и группового  заземлений 

Сопротивление заземлителя растеканию тока. Ток, проходящий через заземлитель в землю, преодолевает сопротивление, называемое сопротивлением заземлителя растеканию тока или просто сопротивлением растекания. 

Оно имеет три слагаемых:

• сопротивление самого заземлителя;
• переходное сопротивление между заземлителем и грунтом (т. е. контактное сопротивление между поверхностью заземлителя и прилегающими к ней частицами земли);
• сопротивление грунта.

Два первых слагаемых по сравнению  с третьим малы, поэтому под сопротивлением заземлителя растеканию тока понимают сопротивление грунта растеканию тока.

Поскольку плотность тока в земле на расстоянии больше 20 м  от заземлителя практически равна нулю, можно считать, что сопротивление стекающему току оказывает лишь соответствующий объем земли; для одиночного заземлителя это - полусфера радиусом 20 м. Однако при разных формах и размерах заземлителя сопротивление этого объема земли различно.

Поэтому выражения для  вычисления сопротивлений растеканию тока одиночных заземлителей различной формы имеют свои особенности:

• Сопротивление растеканию тока одиночного шарового заземлителя;
• Сопротивление растеканию тока полушарового заземлителя;
• Сопротивление растеканию тока одиночных заземлителей других типов.

До сих пор, рассматривая явления  стекания тока в землю, мы считали, что  земля во всем своем объеме однородна, т. е. в любой точке обладает одинаковым удельным сопротивлением r , Ом м. В действительности земля имеет слоистое строение и реально необходимо определять  сопротивления заземлителей растеканию тока в многослойных грунтах.

Сопротивление группового заземлителя растеканию тока зависит от количества электродов, входящих в состав группового, их собственных сопротивлений растеканию тока и расстояния между электродами:

• Сопротивление группового заземлителя растеканию тока при расстоянии между электродами  более 40 м;
• Сопротивление группового заземлителя растеканию тока при расстоянии между электродами  менее 40 м;
• Коэффициент использования группового заземлителя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 НАПРЯЖЕНИЕ ПРИКОСНОВЕНИЯ И ШАГА

 

При работе в действующих электроустановках  всегда существует определенная вероятность попадания человека под действие электрического тока. Эта вероятность может быть меньше или больше в зависимости от разных факторов. Но в любом случае при оценке действия тока на человека определяются значения:

• напряжения прикосновения;
• напряжения шага.

Напряжение  прикосновения. Согласно нормативным документам  напряжение прикосновения – это напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека или животного.

Другими словами напряжением прикосновения (для человека) U_пр называется напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, или падение напряжения в сопротивлении тела человека, В:

 

Uпр = Ih Rh,

(2.1)

 

                                                                                                    

где I_h — ток, проходящий через человека по пути "рука - ноги", A; R_h — сопротивление тела человека, Ом.

В области защитных заземлений, занулений и т. п. одна из этих точек  имеет потенциал заземлителя j_з, а другая — потенциал основания в том месте, где стоит человек, j_осн.  При этом  напряжение прикосновения:

 

Uпр = jз - jосн.

(2.2)

 

Если принять во внимание характер изменения потенциала по поверхности грунта и пренебречь сопротивлением растеканию тока основания, то  U_пр = j_з a₁,

где a₁ — коэффициент, называемый коэффициентом напряжения прикосновения или просто коэффициентом прикосновения, учитывающим форму потенциальной кривой:

 

(2.3)

 

   

Поскольку напряжение прикосновения  зависит от значения потенциала заземлителя и от характера его потенциальной кривой, опасность для человека будет различной при использовании различных типов одиночных заземлителей и групповых заземлителей:

• Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе;
• Напряжение прикосновения при групповом заземлителе.

Напряжение прикосновения с учетом падения напряжения в сопротивлении основания, на котором стоит человек. Ток, стекающий в землю через человека, стоящего на земле, полу или другом основании, преодолевает сопротивление не только тела человека, но и этого основания, вернее, тех его участков, с которыми имеют контакт подошвы ног человека (сопротивление обуви  в данном случае во внимание не принимается).

Сопротивление основания, на котором стоит человек, правильнее называть (аналогично сопротивлению  заземлителя) сопротивлением растеканию тока основания ног; нередко это сопротивление именуют также сопротивлением растеканию тока основания или сопротивлением растеканию тока ног человека.

Все положения, рассмотренные  выше, справедливы для случаев, когда  сопротивление растеканию основания, на котором стоит человек, равно нулю. В действительных условиях это сопротивление не равно нулю и в ряде случаев бывает довольно велико.

Следовательно, разность потенциалов (j_з - j_осн) = j_зa1, В, оказывается приложенной не только к сопротивлению тела человека R_h, Ом, но и к последовательно соединенному с ним сопротивлению основания R_осн, Ом, на котором стоит человек (рис. 2.1): j_зa1= I_h (R_h +R_осн).

Рис. 2.1. К определению напряжения прикосновения с учетом падения напряжения в сопротивлении растеканию тока основания, на котором стоит человек:

1 — потенциальная кривая;

2 — кривая, характеризующая изменение U_пр с изменением расстояния от заземлителя

 

Заменив в этом выражении ток I_h, А, проходящий через человека, получим:

 

(2.4)

 

откуда напряжение прикосновения  с учетом падения напряжения в сопротивлении растеканию основания, В:

 

(2.5)

 

 

                             

где a₂ — коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий падение напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек: