ЛЕКЦИЯ 11
АНАЛИЗ ОПАСНОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ШАГА
В случае замыкания фазы на землю (обрыв и падение фазного провода на землю, замыкание фазы на корпус заземленного оборудования и т.д.) (рис.1) происходит растекание тока в земле (грунте).
Рис. 1. Схема включения человека под напряжением шага
На поверхности земли появляется электрический потенциал φ(х) величина которого зависит от величины тока замыкания на землю I 3, удельного сопротивления грунта ρ3 в зоне растекания тока и расстояния от точки замыкания х.
В зоне растекания тока человек может оказаться под разностью потенциалов, например на расстоянии шага.
Напряжение шага – это напряжение между двумя точками на поверхности земли на расстоянии 1 м одна от другой, которое принимается равным длине шага человека.
U ш = φ (х) – φ (х + 1)
Остановимся подробней на этом явлении – растекания тока в земле.
Физические основы протекания тока в земле
Стекание тока в землю происходит через проводник, находящийся с ней в непосредственном контакте.
При замыкании одной фазы электроустановки на землю происходит резкое снижение потенциала (напряжение относительно земли U 3, В) заземлившейся токоведущей части до значения, равного произведению тока, стекающего в землю (I 3, А) на сопротивление, которое этот ток встречает на своем пути, т.е. сопротивление заземлителя растеканию тока. (R 3, Ом) U 3 = I 3 R 3.
Однако наряду с понижением потенциала, что хорошо, происходит появление напряжения на заземлителе и находящихся в контакте с ним металлических частях, а также на поверхности грунта вокруг места стекания тока в землю.
Разности потенциалов отдельных точек при этом могут достигать больших значений и представлять опасность для человека
Для комплексного рассмотрения физических основ протекания тока в земле принимаются следующие допущения:
1. Земля по всей толще предполагается однородной, т.е. обладающей одним и тем же удельным электрическим сопротивлением ρ3 = const.
Среднее значение удельного сопротивления земли принимается ρ3 =
= 100 Ом·м.
2. Предполагается, что плотность j в любой точке земли постоянная во времени по величине и направлению, j = const.
Плотность тока прямо пропорциональна напряженности электричес-кого поля j = Е /ρ3; Е = j ρ3, т.к. линии тока j совпадают с линиями напряженности электрического поля Е. Следовательно, в любой точке земли напряженность электрического поля также постоянна во времени и направлению, Е = const.
Вследствие постоянства плотности тока величина магнитного истока, пронизывающего любой контур в земле, постоянная во времени dФ / dt = 0. Из постоянства магнитного потока для любого контура следует, что интеграл напряженности электрического поля между точками А и В не зависит от пути интегрирования:
,
откуда
= U АВ,
где х – путь интегрирования от А к В.
Отсюда следует, что напряженность электрического поля в земле при протекании по ней постоянных токов равна градиенту электрического потенциала Е = dU / dх.
При стекании тока с заземлителя в землю необходимо учитывать граничные условия на поверхности раздела электрод – земля.