Замыкание на землю в электроустановках. Напряжение шага и прикосновения

Замыканием на землю называют случайное электрическое соединение с землёй частей электроустановки, находящихся под напряжением. Замыкание на землю, в частности, возникает при повреждении изоляции и замыкании фазы на корпус электрооборудования, при падении на землю оборванного провода, а также через специальные защитные заземляющие устройства, используемые в электротехнике. Стекание тока в землю в последнем случаи происходит через проводник заземлителя или группу соединённых между собой заземлителей - проводников, находящихся с землёю в непосредственном контакте. Заземлители выполняют защитную функцию – они снижают напряжение на корпусе электродвигателя с повреждённой изоляцией до величины, безопасной для жизни людей, эксплуатирующих этот электродвигатель. Величина падения напряжения на корпусе определяется по формуле:

где: J_З – ток замыкания на землю (ток утечки);

R_З - сопротивление заземлителя (группа заземлителей) растекания тока утечки в землю.

Вместе с тем появление напряжения на заземлителе и соединенных с ним металлических частях электрооборудования (корпусах машин, проводимых электричество), а также на поверхности грунта создаёт опасность электропоражения людей ( в том числе и не электротехнического персонала) по поверхности грунта.

Ток растекается от заземлителя во все стороны по поверхности и в глубину земли. Иными словами, при замыкании на землю потенциал поверхности грунта убывает с удалением от заземлителя по закону гиперболы от максимального значения U_З (на заземлителе) до нуля, что наблюдается на расстоянии R=20 метров от заземлителя во все стороны от него.

Зону земли, в пределах которой электрический потенциал, обусловленный токами замыкания на землю, не равен нулю, называют зоной растекания тока. Зону нулевого потенциала называют «землёй».

Ноги человека, стоящего на поверхности грунта в зоне растекания тока, приобретают потенциал U_Х данной точки поверхности, в то время как корпуса электрооборудования находятся под потенциалом U_З заземлителя, с которым они электрически соединены.

Напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, называется напряжением прикосновения. Таким образом, коснувшись рукой корпуса, человек оказывается под действием напряжения прикосновения равного разности потенциалов руки и ног.

 

ЗЕМЛЯ

 

Когда человек делает шаг (в нашем случае) ноги его приобретают разные потенциалы. Напряжения между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек, называется напряжением шага. В расчётах ширина шага человека принимается равной 0,8 метра. Таким образом, напряжение шага – это разность потенциалов между точками поверхности земли, расположенными на расстоянии 0,8 метра.

Как видно, из приведённой выше схемы, при сравнительно небольшом удалении от заземлителя напряжение прикосновения U_ПР быстро возрастает, а напряжение шага уменьшается.

Вне зоны растекания потенциал ног U_Х=0, напряжение прикосновения максимально, а напряжение шага U_Ш=0-0=0.

Как следует из схемы, напряжение прикосновения U_ПР возрастает от нуля (у заземлителя) до максимального значения U_ПР =U_З на расстоянии 20 метров. Напряжение шага U_Ш, наоборот, максимально вблизи заземлителя, уменьшается по мере удаления от него и равно нулю вне зоны растекания. В любой точке зоны растекания оно тем больше, чем больше ширина шага. Правила ПТБ запрещают приближаться к упавшему на землю проводу менее от 6 до 8 метров. Оказавшись в опасной зоне, следует выходить из неё небольшими шагами в сторону, противоположную месту аварии.

Условия поражения человека напряжением прикосновения и напряжением шага различаются тем, что ток через тело человека протекает по разным путям: «рука-нога» или «нога-нога». Случаи поражения людей напряжением шага относительно редки. Однако значительные напряжения шага вызывают судороги в ногах, отчего человек может упасть, и ток будет проходить вдоль всего тела. Наиболее опасны напряжения шага при ударе молнии, значения которых может достигать нескольких киловольт и даже десятков киловольт.