Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе

Напряжение прикосновения

Согласно нормативным документам напряжение прикосновения – это напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека или животного.

Другими словами напряжением прикосновения (для человека) U _пр называется напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, или падение напряжения в сопротивлении тела человека, В:

U _пр = I_h R_h, (2.35)

где I_h — ток, проходящий через человека по пути " рука - ноги", A; R_h — сопротивление тела человека, Ом.

В области защитных заземлений, занулений и т. п. одна из этих точек имеет потенциал заземлителя j _з, а другая — потенциал основания в том месте, где стоит человек, j _осн. При этом напряжение прикосновения:

U _пр = j _з - j _осн. (2.36)

Если принять во внимание характер изменения потенциала по поверхности грунта и пренебречь сопротивлением растеканию тока основания, то U _пр = j _з a ₁,

где a₁ — коэффициент, называемый коэффициентом напряжения прикосновения или просто коэффициентом прикосновения, учитывающим форму потенциальной кривой:

_(2.37)

_{Поскольку напряжение прикосновения зависит от значения потенциала заземлителя и от характера его потенциальной кривой, опасность для человека будет различной при использовании различных типов одиночных заземлителей и групповых заземлителей:}

· Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе;

Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе

Пусть мы имеем оборудование, например электродвигатели, которые заземлены с помощью одиночного заземлителя (электрода) (рис. 2.12). 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 j _з. Поверхность земли вокруг заземлителя также будет иметь потенциал, изменяющийся по кривой, зависящей от формы и размеров заземлителя (электрода).

Рис. 2.12. Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе:

1 — потенциальная кривая: 2 — кривая, характеризующая изменение U_пр при изменении х.

Напряжение прикосновения для человека, касающегося заземленного корпуса двигателя и стоящего на земле (см. случай 3 на рис. 2.12), определяется отрезком АВ и зависит от формы потенциальной кривой и расстояния х между человеком и заземлителем (чем дальше от заземлителя находится человек, тем больше U _пр и наоборот).

Так, при наибольшем расстоянии, т. е. при х ® , а практически при х > 20 м (случай 1 на рис. 2.12) напряжение прикосновения имеет наибольшее значение: U _пр =j _з; при этом a ₁ = 1.

Это — наиболее опасный случай прикосновения.

При наименьшем значении х, т. е. когда человек стоит непосредственно на заземлителе (случай 2 на рис. 2.12), U _пр = 0 и a ₁ = 0.

Это — безопасный случай, т.к. человек не подвергается воздействию напряжения, хотя он и находится под потенциалом заземлителя j _з.

При других значениях х в пределах 0 — 20 м (случай 3) U _пр плавно возрастает от 0 до j _з, a a ₁ — от 0 до 1.

В практике устройства защитных заземлений интерес представляют максимальные значения напряжений прикосновения.

Для примера проанализируем изменение U _пр и a ₁

При одиночном полушаровом заземлителе радиусом r потенциал любой точки на поверхности земли вокруг заземлителя описывается уравнением (2.10), поэтому напряжение прикосновения:

_(2.38)

а коэффициент прикосновения:

.

При х ® , а практически при х > 20 м (случай 1 на рис. 2.12) r/x» 0, поэтому напряжение прикосновения и коэффициент прикосновения будут иметь максимальные значения: ; a ₁ = 1.

При х = r (случай 2) r/x = 1, поэтому U _пр = 0 и a ₁ = 0.

При промежуточных значениях х от r до 20 м U _пр и a ₁ определяются из выражения (2.38). Так, если х = 10 r (случай 3), то a ₁ = 1 - r /10, r = 0, 9, а U _пр = j_з a₁ = 0, 9j_з.

При одиночном стержневом вертикальном заземлителе выражения для U _пр и a ₁ можно получить, вычтя уравнение потенциала некоторой точки основания (2.12) из уравнения потенциала заземлителя (2.13):

_(2.39)

_(2.40)

Максимальные значения для U _пр и a ₁ будут при х = (практически при х > 20 м):

a _{1 max} =1.

В этом случае мы пренебрегли дробными выражениями в (2.39) и (2.40), поскольку их числитель при х > l и l > > d весьма мал по сравнению со знаменателем.

Напряжение прикосновения с учетом падения напряжения в сопротивлении основания, на котором стоит человек. Ток, стекающий в землю через человека, стоящего на земле, полу или другом основании, преодолевает сопротивление не только тела человека, но и этого основания, вернее, тех его участков, с которыми имеют контакт подошвы ног человека (сопротивление обуви в данном случае во внимание не принимается).

Сопротивление основания, на котором стоит человек, правильнее называть (аналогично сопротивлению заземлителя) сопротивлением растеканию тока основания ног; нередко это сопротивление именуют также сопротивлением растеканию тока основания или сопротивлением растеканию тока ног человека.

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 (j_з - j_осн) = j_з a ₁, В, оказывается приложенной не только к сопротивлению тела человека R_h, Ом, но и к последовательно соединенному с ним сопротивлению основания R _осн, Ом, на котором стоит человек (рис. 2.14): j_з a ₁ = I_h (R_h +R _осн).