Опасность растекания тока при замыкании на землю.

Стекание тока в землю происходит только через проводник, находящийся в непосредственном контакте с землей. Такой контакт может быть случайным или преднамеренным. В последнем случае проводник, находящийся в контакте с землей называется заземлителем или электродом. Случайное замыкание на землю может произойти вследствие контакта между токоведущими частями и заземленным корпусом электроустановки, при падении на землю оборванного провода сети, при пробое изоляции электроустановки и т.д.

Рассмотрим схему растекания тока в земле при пробое изоляции электроустановки, считая, что ток стекает в землю через полусферический заземлитель радиусом r, погруженный в однородный грунт с удельным сопротивлением r, Ом ^· м (рис. 2.12.9).

Рис. 2.12.9. Напряжение прикосновения и шага

В этом случае ток заземлителя I_з будет стекать с поверхности заземлителя по направлению радиусов от заземлителя как центра сферы. С увеличением расстояния от заземлителя плотность тока уменьшается вследствие возрастания сечения земли, через которое протекает ток, и соответственно уменьшается разность потенциалов двух соседних точек поверхности земли

j_x = I_з r/ 2px = k / x .

По мере удаления от заземлителя потенциалы точек снижаются по гиперболическому закону. На расстоянии 1 м от заземлителя падение напряжения составляет 68 % , на расстоянии 10 м - 92 % от потенциала j_з . На расстоянии более 20 м от заземлителя падение напряжения практически равно потенциалу заземлителя j_з , а потенциалы точек поверхности земли - нулю.

Максимальный потенциал будет при наименьшем значении х, т.е. непосредственно на заземлителе (х = r)

j_з = I_з r/ 2pr .

Пространство вокруг заземлителя, за пределами которого электрический потенциал, обусловленный токами замыкания на землю, может быть принят равным нулю, называется полем или зоной растекания тока. Неравномерный характер распределения электрического потенциала в зоне растекания тока в земле приводит к возникновению напряжения прикосновения и шага.

Напряжение прикосновения равно

I_з r æ 1 1 ö

U_пр = ¾¾ ç ¾ - ¾ ÷ = j_з ( 1- r / x ) .

2p è r x ø

При х ³ 20 м можно считать r / x » 0 и U_пр = j_з , а при х = r, r / x = 1 и U_пр = 0.

Напряжение шага U_ш , В, есть напряжение между двумя точками цепи тока, находящихся одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек.

Таким образом (рис. 2.12.9)

U_ш = j_x - j_x+a ,

где j_x и j_x+a - потенциалы точек, на которых стоит человек.

Шаговое напряжение будет равно нулю, если человек находится вне поля растекания тока или обе ноги человека находятся на эквипотенциальной линии.

Шаговое напряжение значительно меньше, чем напряжение прикосновения, однако отмечено немало случаев поражения людей. Это объясняется тем, что под действием тока в ногах возникают судороги и человек падает. После падения человека цепь тока замыкается вдоль его тела через дыхательные мышцы и сердце, причем человек может замкнуть точки с большей разностью потенциалов.