книги / Основы электробезопасности. Теоретические основы условий поражения человека электрическим током

Значение коэффициента использования зависит от формы, размеров и размещения электродов, составляющих групповой заземлитель, а также от их количества n и расстояния s между соседними электродами. Так, с увеличением s уменьшается взаимодействие полей единичных заземлителей, в результате чего η возрастает; при s ≥ 40 м проводимость заземлителей используется полностью и η = 1. С увеличением количества заземляющих электродов (при неизменном s) повышается взаимодействие полей и, следовательно, снижается η.

Для защитного заземления обычно применяют электроды двух типов – стержневые, забиваемые в землю вертикально, и полосовые, укладываемые в грунт горизонтально, с помощью которых соединяют вертикальные электроды. В отдельных случаях горизонтальные

растекания тока вертикальных электродов не только между собой, но и с полями горизонтальных электродов. Однако степень этого взаимодействия различна и учитывается двумя коэффициентами использования – вертикальных ηв и горизонтальных ηг электродов.

Сопротивление группового заземлителя, Ом, определяется из равенства

2.3. Напряжение прикосновения

Напряжением прикосновения Uпp, В, называется разность по-

тенциалов между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, или, иначе говоря, падение напряжения на сопротивлении тела человека Rh , Ом:

71

где Ih – ток, проходящий через человека по пути рука – ноги, А.

В Правилах устройства электроустановок [1] (п. 1.7.24) термин «напряжение прикосновения» трактуется как напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека или животного.

При использовании защитного заземления, зануления и т.п. подразумевается, что одна из точек, которой касается человек, имеет потенциал заземлителя φз, а другая – потенциал основания φосн в том месте, где стоит человек. При этом напряжение прикосновения

где 1 – коэффициент напряжения прикосновения или просто ко-

эффициент прикосновения, учитывающий форму потенциальной кривой:

1 1 оснз 1.

2.3.1. Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе

Пусть оборудование, например электродвигатели, заземлено с помощью одиночного заземлителя (электрода) с сопротивлением Rз (рис. 30). При замыкании на корпус одного из этих двигателей на заземлителе и всех присоединенных к нему металлических частях, в том числе на корпусах двигателей, появится потенциал φз. Поверхность земли вокруг заземлителя также будет иметь потенциал, изменяющийся по кривой, зависящей от формы и размеров заземлителя (электрода).

72

безопасный случай, так как человек не подвергается воздействию напряжения, хотя он и находится подпотенциалом заземлителя φз.

При других значениях х в пределах 0–20 м (кривая 2 на рис. 30) Uпp плавно возрастает от 0 до φз, а 1 – от 0 до 1.

В практике применения устройств защитных заземлений необходимо знать максимальные значения напряжений прикосновения.

Например, проанализируем изменение Uпp и 1 при одиноч-

ном полушаровом заземлителе радиусом r. В этом случае потенциал любой точки на поверхности земли вокруг заземлителя описы-

При х → ∞, а практически при х ≥ 20 м (см. случай 2 на рис. 26) rx 0 и напряжение прикосновения и коэффициент прикосновения

будут иметь максимальные значения:

= φз; 1 = 1.

При х= r (см. случай3 нарис. 30) rx 1, поэтому Uпp = 0 и 1 = 0.

При промежуточных значениях х от r до 20 м (Uпp и 1 определяются из выражений (87) и (88). Так, если х = 10r (практически

случай 2 на рис. 30), то 1 1 r 0,9, a Uпр з 1 0,9 з. 10r

При одиночном стержневом вертикальном заземлителе выражения для Uпp и 1 можно получить, вычитая уравнение потенциала некоторой точки основания из уравнения потенциала заземлителя:

74

В этом случае пренебрегаем дробными выражениями в уравнениях (89) и (90), поскольку числитель их при х > l и l >> d весьма мал по сравнению со знаменателем.

2.3.2. Напряжение прикосновения при групповом заземлителе

Известно, что если поля растекания токов электродов группового заземлителя накладываются одно на другое, то все точки поверхности земли на участке между электродами имеют потенциалы, отличные от нуля. Поэтому в любом месте этого участка

Uпp < φз и 1 < 1.

Как и в случае одиночного заземлителя Uпp = 0 и 1 = 0 тогда,

когда человек, касаясь заземленного предмета, стоит непосредственно на электроде, входящем в состав группового заземлителя.

Пусть заземлитель состоит из двух одинаковых полушаровых электродов радиусом r, м, расстояние между ними s, м (рис. 31).

75

и 1 оказывается более сложным, а при большом числе электродов

требуется применение вычислительной техники.

При проектировании защитных заземлений требуется знать наибольшее в данной конструкции заземлителя значение напряжения прикосновения. Для этой цели используют максимальные значения 1 , полученные опытным путем.

При уменьшении s, т.е. при более частом расположении электродов, Uпp и 1 снижаются – происходит выравнивание потенциа-

лов на поверхности земли.

В пределах площади, на которой размещены электроды группового заземлителя, Uпp max и 1 max наблюдаются, как правило, в

точках, наиболее удаленных от электродов. Например, при размещении электродов по вершинам или сторонам правильного многоугольника Uпp max и 1 max оказываются в центре этих фигур. Если

электроды образуют сетку, состоящую из квадратных или прямоугольных клеток, то внутри каждой такой клетки наибольшие значения Uпp и 1 будут точно в центре ее, причем в угловых клетках

Uпp max и 1 max будут больше, чем в других.

2.3.3.Напряжение прикосновения с учетом падения напряжения

всопротивлении основания, на котором стоит человек

Ток, стекающий в землю через человека, стоящего на земле, полу и другом основании, преодолевает сопротивление не только тела человека, но и этого основания, вернее, тех его участков, с которыми имеют контакт подошвы ног человека (в данном случае во внимание не принимается сопротивление обуви, носков и т.п.).

Сопротивление основания, на котором стоит человек, правильнее называть (аналогично сопротивлению заземлителя) сопро-

тивлением растеканию тока основания ног; нередко это сопротивление именуют также сопротивлением растеканию основания или сопротивлением растеканию ног человека.

77

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 (φз – φосн), равная з 1 , В,

оказывается приложенной не только к сопротивлению тела человека Rh, Ом, но и к последовательно соединенному с ним сопротивлению основания Rосн, Ом, на котором стоит человек (рис. 32):

Рис. 32. К определению напряжения прикосновения с учетом падения напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек: 1 – потенциальная кривая; 2 – кривая, характеризующая изменение

Uпр с изменением расстояния от заземлителя

Заменив в этом выражении ток Ih, А, проходящий через чело-

века, его значением I Uпр , получим

h Rh

78

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

где 2 – коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий

падение напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек,

Сопротивление растеканию основания, на котором стоит человек, или, иначе говоря, сопротивление растеканию ног человека, можно определить следующим образом. Подошвы обуви человека, создающие контакт с основанием, можно уподобить дисковому заземлителю, лежащему на поверхности земли (см. рис. 24). Если площадь подошвы одной ноги принять равной 0,0225 м2, то диаметр d эквивалентного ей диска будет равен 0,17 м, а сопротивление растеканию тока, Ом, составит

н 2d

Полагая, что ступни ног отстоят одна от другой на расстояние шага, и считая поэтому, что их поля растекания токов не влияют одно на другое, получим искомое сопротивление растеканию основания, т.е. сопротивление растеканию обеих ног человека, Ом:

79

Подставив это значение в уравнение (98), получим окончательное выражение для коэффициента напряжения прикосновения, учитывающего падение напряжения в сопротивлении растеканию ног человека:

2.4. Напряжение шага

Напряжением шага называется разность потенциалов между двумя точками цепи тока (в зоне растекания тока), которые находятся одна от другой на расстоянии шага и на которых одновременно стоит человек, или, иначе говоря, падение напряжения в сопротивлении тела человека, В:

где Ih – ток, проходящий через человека по пути нога – нога, А; Rh – сопротивление тела человека, Ом.

В Правилах устройства электроустановок [1] (п. 1.7.25) напряжение шага трактуется как напряжение между двумя точками на поверхности земли, на расстоянии 1 м одна от другой, которое принимается равным длине шага человека.

При проектировании защитных устройств от поражения током, например защитного заземления, зануления и др., в первую очередь необходимо определить напряжение между точками на поверхности земли (или иного основания, на котором стоит человек) в зоне растекания тока с заземлителя. В этом случае напряжение шага – это разность потенциалов φх, В, и φх+а, В, двух точек на поверхности земли в зоне растекания тока, которые находятся на расстояниях х, м, и (х + а), м, от заземлителя, и эти точки, на которых одновременно стоит человек, находятся на расстоянии шага одна от другой (рис. 33):

80