Если точка А находится на значительном удалении от элек­трода, т. е. х, то потенциал ее равен нулю.

По мере приближения точки А к центру электрода растет потенциал и на поверхности электрода, где расстояние от центра равно х_З:

(1.8)

Это и есть потенциал электрода, или напряжение электрода относительно земли. Так как мате­риал заземлителя (металл) имеет удельное сопротивление значи­тельно меньшее, чем грунт, падение напряжения на заземли-теле ничтожно мало и поверхность заземлителя является эквипотенциальной поверхностью.

Корпус электроустановки, заземленный через этот заземлитель, будет иметь тот же потенциал, если пренебречь сопротив­лением соединительных проводов.

Таким образом, напряжением корпуса электроустановки относительно земли называют напряжение между корпусом и точками грунта, потенциал которых может быть принят равным нулю.

В цепи замыкания на землю наибольшим потенциалом обла­дает заземлитель. Точки, лежащие на поверхности грунта, имеют тем меньший потенциал, чем дальше они находятся от заземли­теля: в пределе потенциал удаленных точек грунта стремится к нулю.

Область поверхности грунта, потенциал которой равен нулю, называется электротехнической землей. Плотность тока в земле также равна нулю. Практически земля начинается с расстояния х = 10 - 20 м от заземлителя.

Область грунта, лежащая вблизи заземлителя, где потенци­алы не равны нулю, называется полем растекания (тока).

Сопротивление заземлителя рас­теканию тока (сопротивление растеканию) может быть определено как суммарное сопротивление грунта от заземлителя до любой точки с нулевым потенциалом (земли).

Для полусфери­ческого заземлителя, находящегося в однородном изотропном грунте, сопротивление растеканию может быть определено из рисунка 1.1. Сопротивление элементарного проводника - слоя грунта толщиной dx равно:

(1.9)

Сопротивление растеканию получим из уравнения

(1.10)

Совместное решение уравнений (1.9) и (1.10) дает:

(1.11)

Если вместо правой части равенства, содержащейся в уравнении (1.8), подставить последнее (1.11), получим:

---

(1.12)

Это выражение вытекает также из закона Ома.

Таким образом, сопротивление току замыкания на землю оказывает грунт, находящийся в поле растекания. За пределами поля растекания грунт представляет собой проводник с беско­нечно большим поперечным сечением и не оказывает сопротивления току.

Поэтому сопротивление заземления не зависит от расстояния между заземлителями, включенными в цепь последовательно.

Выражение (1.11) справедливо только для полусферического заземлителя. Сопротивление растеканию для заземлителей дру­гих форм определяется по выражениям, приведенным в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Формулы для вычисления сопротивлений одиночных

заземлителей растеканию тока

Тип заземлителя	Схема	Формула	Дополнительные указания
1	2	3	4
Т рубчатый или стержневой у поверхности грунта
Трубчатый или стержневой в грунте			H0>0,5 м
П ротяженный круглого сечения – труба, кабель и т.п. – на поверхности грунта
Протяженный круглого сечения в грунте
Протяженный полосовой на поверхности грунта
Протяженный – полоса в грунте

---

2. Напряжение прикосновения
Для человека, который стоит на грунте и касается оказавшегося под напряжением заземленного корпуса, напряжение прикосновения может быть определено по выражению

U_пр= _р - _н. (2.1)

Так как человек касает­ся корпуса, то потенциал руки _р есть потенциал корпуса или напряжение относительно земли, т. е.

(2.2)

Если ноги человека на­ходятся в точке А, то их потенциал _н находим из выражения (1.6):

(2.3)



Рисунок 2.1 - Напряжение прикосновения к заземленным нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением:

I - кривая распределения потенциалов;

II - кривая распределения напряжения прикоснове­ния.
На рисунке 2.1 показано несколько корпусов потре­бителей (электродвигате­лей), присоединенных к заземлителю Rз. Потенциалы на поверх­ности грунта при замыкании на корпус любого потребителя рас­пределяются по кривой I. Потенциалы всех корпусов одинаковы, так как корпуса электрически связаны между собой зазем­ляющим проводом, падением напряжения в котором можно пре­небречь.

Чтобы получить значения напряжения прикосновения к кор­пусам, необходимо согласно (2.1) из напряжения относительно земли вычесть потенциал точки грунта, на которой стоит .человек. Для человека, стоящего над заземлителем, напряжение прикоснове­ния равно нулю, так как потенциалы рук и ног одинаковы и равны потенциалу корпусов.

По мере удаления от заземлителя напряжение прикосновения возрастает, и у последнего (третьего корпуса) оно равно напря­жению относительно земли, потому что человек стоит на земле и потенциал его ног _н равен нулю, т. е. из (2.1) имеем:

U_пр = U_з – 0. (2.4)

Если в выражение (2.1) подставить значение потенциала рук и ног из выражений (2.2) и (2.3) соответственно, то получим напряжение прикосновения



или

(2.5)

В выражении (2.5) первый множитель согласно выражению (1.8) представляет собой напряжение корпуса относительно земли U_З

---

, второй множитель обозначим:

(2.6)

Подставив эти значения в выражение (2.5), получим напряжение прикосновения в поле растека­ния заземлителя любой конфи­гурации:

U_пр = U_з  ₁. (2.7)

Таким образом, в общем слу­чае напряжение прикосновения есть часть напряжения относи­тельно земли, так как ₁  1.

Величина ₁ называется коэффициентом напряжения прикосновения.

Для полусферического заземлителя этот коэффициент определяется по формуле (2.6).

Для заземлителей другой формы, особенно для сложных групповых заземлителей, выражение (2.6) получается очень сложным, поэтому для групповых заземлителей коэффициент ₁ приводится в справочной литературе.

Выражения (2.5) и (2.7) позволяют рассчитать напряжение прикосновений без учета дополнительных сопротивлений в цепи человека - сопротивления обуви R_об, сопротивления опорной поверхности ног растеканию тока или сопротивления пола R_н.

Полное сопротивление цепи человека равно:

(2.8)

Напряжение прикосновения с учетом дополнительных сопро­тивлений в цепи человека определяется из выражения



или

(2.9)

где ₂ - коэффициент, учитывающий падение напряжения в до­полнительных сопротивлениях цепи человека.

Коэффициент ₂ может быть.определен, если известны эти сопротивления R_об и R_н. Сопротивление обуви может колебаться в широких пределах,- от нескольких МОм до нескольких Ом, поэтому в наружных электроустановках, а также сырых помещениях сопротивлением обуви можно пренебречь.

Сопротивление опорной поверхности ног можно определить, если представить ноги человека как два полусферических (радиусом х_н) заземлителя (рисунок 2.2), включенных параллельно.

Рисунок 2.2 - Растекание тока в грунте с опорной поверхности ног человека.
Тогда

(2.10)

где _S - удельное сопротивление поверхностного слоя грунта;

х_н - эквивалентный радиус опорной поверхности ног (х_н 7 см).

С некоторым приближением можно использовать это выраже­ние и для учета сопротивления пола, на котором стоит человек.

---

Ток через человека при прикосновении к заземленным нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением, определяется из выражения (2.9).

Если учесть, что







получим:

(2.11)

Коэффициент ₁ зависит от расстояния между точкой, на кото­рой стоит человек, и заземлителем.

Если человек стоит над заземлителем (х = х_з), ₁ =0, напряжение прикосновения и ток через человека также равны нулю.

Человек, находящийся на земле, т. е. вне поля растекания (х > 20 м), попадает под напря­жение прикосновения, равное напряжению относительно земли (если не учитывать коэффициент ₂).
3. Напряжение шага
Как отмечено ранее, человек, нахо­дящийся в поле растекания, оказывается под напряжением шага, если его ноги находятся в точках с разными потенциалами.

На рисунке 3.1 показано распределение потенциалов в поле рас­текания одиночного заземлителя.

Рисунок 3.1 - Напряжение шага:

а - общая схема;

б - растекание тока с опорной поверхности ног человека.
Напряжение прикосновения определяется как разность потенциалов между точками А и В:

U_ш = _А - _В. (3.1)

Так как точка А удалена от заземлителя на расстояние х, потенциал ее находим из выражения (1.6) при полусферическом заземлителе:

(3.2)

Точка В отстоит от заземлителя дальше, чем точка А, на вели­чину шага человека а, т. е. расстояние между заземлителем и точкой В равно х + а.

Поэтому для потенциала точки В получим выражение

(3.3)

Отсюда напряжение шага



или

(3.4)

Из выражения (1.8) имеем:



поэтому шаговое напряжение

---

Смотрите также файлы

• Информационноаналитический материал по регионам.docx

• Методичка Редакция 1 Страница из Тема Сети и телекоммуникации. Вебтехнологии.doc

• Курсовая работа Средства и методы воспитания силовых способностей школьников в учреждениях дополнительного образования.docx

• Самостоятельная работа гбоу нао сш 5 5 Непрерывное повышение профессионального мастерства современного педагога и система наставничества в Школе Минпросвещения России.docx

• Инновационное предпринимательство.docx