НАПРЯЖЕНИЯ ПРИКОСНОВЕНИЯ И ШАГА
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Познакомить студентов с причинами, вызывающими появление напряжения прикосновения и напряжения шага, а также с условиями, влияющими на величину этих напряжений.
НАПРЯЖЕНИЕ ПРИКОСНОВЕНИЯ
Напряжение прикосновения - это напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек. Одной из этих точек чаще всего бывает корпус электроустановки, на который может произойти замыкание одного из фазных проводов сети. Второй - земля (токопроводящий пол), на которой стоит человек.
В случае, когда электроустановка питается от сети с глухозаземленной нейтралью, на корпусах зануленных электроустановок может появиться напряжение и при замыкании фазы на землю [1].
Величина напряжения прикосновения зависит:
• от наличия связи между корпусом и землей, например, через железобетонный фундамент или заземляющее устройство;
• от места расположения заземлителя относительно корпуса электроустановки;
• от режима нейтрали источника питания;
• от вида заземления.
Снизить величину напряжения прикосновения можно, заземлив корпус электроустановки.
Защитное заземление является основной защитной мерой в электроустановках напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и в электроустановках выше 1000 В с любым режимом нейтрали.
Если в трехфазной трехпроводной сети с изолированной нейтралью произошел пробой изоляции фазного провода на корпус заземленного электропотребителя, то человек, стоящий на грунте и касающийся корпуса окажется под действием напряжения прикосновения, определяемого следующим образом:
UПР= 
,
или
UПР= 
,
где 
- потенциал заземлителя, определяющий потенциал корпуса 
электропотребителя; 
- потенциал поверхности грунта в том месте, где стоит человек; 
- коэффициент, называемый коэффициентом напряжения прикосновения, учитывающий форму потенциальной кривой:
.
На рис. 1 показаны три электропотребителя, корпуса которых подсоединены к одиночному заземлителю RЗ.
Потенциалы на поверхности грунта при замыкании на корпус любого потребителя распределяются по кривой 1. Так как корпуса электрически связаны между собой заземляющим проводом, то их потенциалы одинаковы и равны ф3.
Для человека, стоящего над заземлителем, напряжение прикосновения равно нулю. По мере удаления от заземлителя (точка X2) напряжение прикосновения возрастает и в точке XЗ на удалении 20 м и более напряжение прикосновения равно потенциалу заземлителя .
Следовательно, напряжение прикосновения зависит от закона изменения потенциала на поверхности грунта и расстояния между человеком и заземлителем. Общая закономерность следующая: чем дальше от заземлителя находится электропотребитель, тем больше UПР и наоборот (рис. 1).
Выражение для напряжения прикосновения справедливо лишь при условии, что контакт человека с корпусом электроустановки и землей (полом) идеальный, т.е. отсутствуют контактные сопротивления.
Рис. 1. Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе:
1 - распределение потенциалов на поверхности грунта;
2 - изменение напряжения прикосновения в зависимости от расстояния до заземлителя
Однако контактное сопротивление тела человека с землей (или сопротивление растеканию тока у основания ног Rос, как его часто называют) в ряде случаев имеет достаточно большое значение, и им, как правило, пренебрегать нельзя.
Следовательно, разность потенциалов 
равная оказывается приложенной не только к сопротивлению тела человека Rh, но и к последовательно соединенному с ним сопротивлению основания Rос, на котором стоит человек (рис. 2).
.
Так как Ih =UПР/ Rh, то подставив значение тока в вышеприведенное выражение получим
(UПР/ Rh)(
),
откуда определим напряжение прикосновения с учетом падения напряжения в сопротивлении растеканию основания.
Uпр= 
или
Uпр= 
где 
- коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий падение напряжения на сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек.
Рис. 2. Расчетная схема для определения напряжения прикосновения
Сопротивление растеканию основания, на котором стоит человек, можно определить следующим образом.
Если площадь подошвы одной ноги принять равной 0,0225 м2, то диаметр (d) эквивалентного ей диска будет равен 0,17м, а сопротивление растеканию тока составит ([3], табл. 3.1, п.9):
Сопротивление растеканию основания, т.е. сопротивление растеканию обоих ног человека, будет равно:
Подставив это значение в выражение для 
получим:
НАПРЯЖЕНИЕ ШАГА
Напряжением шага называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек (рис. 3):
U Ш= 
,
где х, х + а - расстояние 1 и 2-й точек на поверхности земли, в которых находятся одновременно ноги человека, от заземлителя; а - длина шага, принимаемая равной 0,8 м (предполагается, что человек движется по направлению к заземлителю или от него).
Поскольку и 
являются частями потенциала заземлителя , разность их также есть часть этого потенциала. Поэтому
U Ш= 
где 
- коэффициент напряжения шага, учитывающий форму потенциальной кривой:
Рис. 3. Напряжение шага
Разность потенциалов между двумя точками, на которых стоит человек, т.е , делится между сопротивлением тела человека и последовательно соединенным с ним сопротивлением растеканию основания R oc. (рис. 4). В данном случае сопротивление основания складывается из двух последовательно соединенных сопротивлений растеканию тока у ног человека: R oc= 2RH= 
Рис. 4. Расчетная схема для определения напряжения шага с учетом падения напряжения в сопротивлении основания, на котором стоит человек
Следовательно, как видно непосредственно из рис. 4,б, напряжение, приложенное к телу человека:
U`Ш= 
, 
, U`Ш= 
где 
- коэффициент напряжения шага, учитывающий падения напряжения в сопротивлении растекания основания, на котором стоит человек:
