Выравнивание потенциалов

При пробое изоляции на корпус, присоединённый к заземлителю, обрыве и падении провода на землю потенциалы точек земной поверхности (токопроводящего пола) вблизи от заземлителя приобретают повышенное значение (см. рис.4). Наибольший потенциал, равный потенциалу заземлителя φ ₃, имеет точка земли, расположенная точно над заземлителем. При удалении от заземлителя в любую сторону потенциалы точек земли снижаются по гиперболическому закону. Можно считать, что на расстоянии более 20 м от заземлителя зона растекания заканчивается, то есть потенциалы точек земли имеют нулевое значение.

Человек, находящийся в зоне растекания, может попасть под напряжение шага. Напряжение шага (Um)- это разность потенциалов между двумя точками земли, находящимися одна от другой на расстоянии шага (0, 8м), на которых одновременно стоит человек. Из рис.15 видно, что величина Um зависит от:

- ширины шага: чем она больше, тем больше Um;

- расстояния от человека до заземлителя: при удалении от заземлителя U_ш уменьшается, обращаясь в нуль за пределами зоны растекания;

- величины потенциала заземлителя: чем больше φ ₃, тем больше U_ш.

Опасность воздействия напряжения шага состоит в том, что ток, протекая по пути «нога-нога», вызывает судороги мышц, что может привести к падению человека на землю. При этом возникает более опасная для человека петля тока, а также увеличивается расстояние между точками земли, которых он будет касаться. Индивидуальными средствами защиты от напряжения шага в установках выше 1000 В являются диэлектрические боты, а до 1000 В - диэлектрические галоши. Коллективным средством защиты является выравнивание потенциалов.

Рисунок 4 – Напряжение шага и прикосновения

Человек, который стоит на земле и касается оказавшегося под напряжением заземлённого корпуса (см. рис. 4), подвергается действию напряжения прикосновения. Напряжение прикосновения (Unp) - это разность потенциалов между двумя точками электрической цепи, которых одновременно касается человек. Практически - это разность потенциалов руки φ _р и ноги φ _н человека. На рис.4 изображены два заземлённых электроприёмника, один из которых (I) расположен вблизи от заземлителя, а другой (2) вдали (в зоне нулевого потенциала). Потенциал руки человека в обоих случаях равен потенциалу заземлителя, поэтому напряжение прикосновения определяем величиной потенциала ноги. Когда человек стоит точно над заземлителем, его рука и нога находятся под одним и тем же потенциалом φ _р=φ _н=φ _з следовательно, U_пр=φ _р-φ _н=0, и человек не подвергается опасности, По мере удаления от заземлителя потенциал ноги уменьшается и разность φ _р-φ _н=U_пр возрастает. Напряжение прикосновения имеет наибольшее значение в зоне нулевого потенциала, где φ _н=0, а U_пр=φ _н. В этом случае человек подвергается наибольшей опасности. Рассмотренное явление называется выносом потенциала и заключается в том, что заземлённое оборудование расположено слишком далеко от заземлителя.

В качестве коллективного средства защиты от напряжения шага и прикосновения применяется выравнивание потенциала (рис 5). Заземляющее устройство выполняется не в виде одного заземлителя, а состоит из совокупности вертикальных и горизонтальных металлических электродов, соединённых между собой и рассредоточенных по всей площади (или по контуру) пола рабочей зоны. При небольших расстояниях между элементами контура заземления потенциалы внутри него между отдельными точками выравниваются. Однако по краям контура за пределами заземляющего устройства может иметь место крутой спад потенциальной кривой и опасные значения напряжений шага и прикосновения. Поэтому все заземляемое (зануляемое) электрооборудование должно быть установлено внутри контура, в пределах пространства, ограниченного крайними электродами. По краям контура, за его пределами (особенно в местах проходов и проездов) укладываются в землю на различной глубине дополнительные стальные полосы, что уменьшает крутизну спадания потенциала, а значит, напряжения шага и прикосновения (рис. 16-б).

ГОСТ 12.1.009-76 определяет выравнивание потенциала как метод снижения напряжения прикосновения и шага между точками электрической цепи, к которым возможно одновременное прикосновение или на которых может одновременно стоять человек. Выравнивание потенциала как самостоятельный способ защиты не применяется, оно является дополнением к защитному заземлению (занулению).

Рисунок 5 – Выравнивание потенциала внутри контура