Стекание тока в землю

 

(2.6)

 

Напряжение шага. Напряжением шага называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, принимаемым равным 1 м, на которых одновременно стоит человек, или, иначе говоря, падение напряжения в сопротивлении тела человека, В:

 

Uш = Ih Rh,

(2.7)

 

где I_h — ток, проходящий через человека по пути нога — нога, A; R_h — сопротивление тела человека, Ом.

В области защитных устройств от поражения током — заземления, зануления и др.— интерес представляют в первую очередь напряжения между точками на поверхности земли (или иного основания, на котором стоит человек) в зоне растекания тока с заземлителя.  Без учета сопротивления растеканию тока основания напряжением шага будет являться разность потенциалов j_х, В, и j_х+а, В, двух точек на поверхности земли в зоне растекания тока, которые находятся на расстоянии х и (х +а) от заземлителя и на расстоянии шага а одна от другой и на которых стоит человек (рис. 2.2).

Таким образом, напряжение шага, В, будет:

Uш =jх - jх+а.

(2.8)

 

Поскольку j_х, и j_х+а являются частями потенциала заземлителя j_з, то разность их также есть часть этого потенциала. Поэтому выражение (2.9) мы вправе записать в виде:

Uш =jз b1,

(2.9)

Рис. 2.2. Напряжение шага при одиночном заземлителе

 

где b₁ — коэффициент напряжения шага или просто коэффициент шага, учитывающий форму потенциальной кривой:

(2.10)

 

Напряжение шага определяется отрезком АВ (рис. 2.2), длина которого зависит от формы потенциальной кривой, т. е. от типа заземлителя, и изменяется от максимального значения до нуля с изменением расстояния от заземлителя:

• напряжение шага при одиночном заземлителе;
• напряжение шага при групповом заземлителе.

Напряжение шага с учетом падения напряжения в сопротивлении основания, на котором стоит человек.

Как и в случае напряжения прикосновения, разность потенциалов между двумя  точками, на которых стоит человек, т. е. U_ш =j_х - j_{х+ а} = j_з b₁ делится между сопротивлением тела человека и последовательно соединенным с ним сопротивлением растеканию основания, на котором он стоит, R_ocн, Ом.

В данном случае сопротивление основания  складывается из двух последовательно соединенных сопротивлений растеканию ног человека: R_ocн = 2 R_н (рис. 2.3).

Рис. 2.3. К определению напряжения шага с учетом падения напряжения в сопротивлении растеканию ног человека:

1 — потенциальная кривая; 2 —  кривая, характеризующая изменение U_ш с изменением расстояния от заземлителя

 

Следовательно,

откуда напряжение шага, В:

 

(2.11)

 

где  b₂ — коэффициент напряжения шага, учитывающий падение напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек.

3 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА  ГРУНТОВ

Электрическое сопротивление  земли. Земля является плохим проводником электрического тока: проводимость ее в несколько миллиардов раз меньше проводимости металлов. Однако поскольку площадь земли, через которую проходит ток, обычно весьма велика, сопротивление земли оказывается сравнительно небольшим.

Грунт представляет собой дисперсное пористое тело, состоящее из трех частей: твердой, жидкой (связанная и свободная вода) и газообразной (рис. 2.18).

Рис. 3.1. Схематичная структура грунта

1— твердая часть; 2 — связанная  вода;

3 — свободная вода;

4 — газообразная часть (воздух, пары воды)

Электрическое сопротивление грунта характеризуется его объемным удельным сопротивлением r , т. е. сопротивлением куба грунта с ребром длиной 1 м. Единицей объемного удельного сопротивления является Ом на метр (Ом м).

Значение r земли колеблется в широких пределах: от десятков до тысяч Ом на метр. Оно зависит от многих факторов, в том числе от:

• влажности,
• температуры,
• рода грунта,
• степени его уплотненности,
• от времени года.

Измерение удельного сопротивления  грунта. При проектировании заземляющего устройства необходимо знать r грунта в том месте, где будет сооружаться заземление. Пользоваться для этой цели данными таблиц нельзя, так как в них приводятся ориентировочные значения r, которые могут отличаться от истинных в десятки и сотни раз.

Удельное сопротивление  однородной земли. Удельное сопротивление однородной земли определяется методом разового (или глубокого) зондирования (иначе этот метод называется методом простого пробного электрода) с помощью контрольного зонда в два этапа. Вначале контрольный зонд — стержневой электрод в виде сплошного стержня или трубы диаметром d=4–5 см с острым наконечником — погружается в землю вертикально до глубины l, м предполагаемого заложения заземлителей так, чтобы верхний его конец возвышался над землей, и замеряется его сопротивление растеканию R_изм, Ом.

Затем  определяется искомое  измеренное удельное сопротивление земли, Ом м по формуле для расчета стержневого заземлителя:

 

(3.1)

 

                                                                         

Для большей точности измерений  контрольный зонд погружают в  землю не менее чем в трех –  четырех местах исследуемой площадки. Чтобы посмотреть пример расчета, щелкните Пример.

Удельное сопротивление многослойной земли определяется методом послойного (или ступенчатого) зондирования (иначе методом ступенчатого погружения электрода или методом погружаемого пробного электрода) с помощью контрольного зонда, погружаемого в землю не сразу на всю длину, а в несколько приемов участками (ступенями) длиной h_n, равной 0,5—1,5 м (рис. 3.1). Каждая такая ступень представляет собой как бы отдельный слой земли, подлежащий измерению.

Рис. 3.1. Схема измерений удельного сопротивления земли методом                    послойно (ступенчатого) зон дирования

l — глубина погружения зонда; r — удельное сопротивление данного слоя земли; h — толщина (мощность) слоя земли

 

После очередного погружения измеряется сопротивление растеканию зонда R_n, Ом, при данной глубине его погружения l_n, м. Затем для каждого значения R_n по формуле (3.2) вычисляется среднее удельное сопротивление земли, соответствующее данной глубине погружения зонда, Ом м,

 

(3.2)

 

      

где d — диаметр зонда, м.

После этого вычисляются значения удельных сопротивлений каждого  слоя (ступени) земли по выражению, Ом м,

 

(3.3)

 

                                                                 

Зная климатическую зону местности, в которой производились измерения, и состояние земли во время измерений, находим по табл. 2.5 толщину слоя сезонных изменений hc и коэффициент сезонности y , на который умножаем вычисленные по (3.3) rh_изм тех слоев грунта, которые находятся в пределах h_c. 

 В итоге получаем расчетные  значения удельных сопротивлений верхних слоев грунта:

 

(3.4)

 

                                                      

Все остальные слои (лежащие ниже h_c ) считаются не подверженными сезонным изменениям, поэтому их расчетные удельные сопротивления принимаются равными измеренным.

Приведение многослойной земли  к двухслойной производится путем отнесения к верхнему слою тех слоев (ступеней), у которых удельные сопротивления   имеют большие значения, а к нижнему слою — малые значения.

При этом удельные сопротивления соответственно верхнего и нижнего слоев двухслойной земли определяются следующими выражениями, Ом м: 

 

(3.5)

 

                                                               

(3.6)

 

                                                     

Здесь индексы от 1 до k означают номера измеренных слоев (ступеней), вошедших в верхний, а от (k+1) до n — вошедших в нижний слои двухслойной земли.

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Причинами стекания тока в землю является: замыкание токоведущей части на заземленный корпус электрооборудования; падения провода на землю; использование земли в качестве провода и т.д. Во всех этих случаях происходит резкое снижение потенциала заземлившейся части электрооборудования j_з, В до значения, равного произведению тока, стекающего в землю, I_з, А, на сопротивление, которое этот ток встречает на своем пути, т. е. сопротивление заземлителя растеканию тока R_з, Ом:

 

(1)

 

Стекание тока в землю сопровождается возникновением не только на заземлителе, но и в земле вокруг заземлителя, а следовательно, и на поверхности земли некоторых потенциалов.

Нам необходимо знать, от чего зависят  значения этих потенциалов, как изменяются они при изменениях расстояния до заземлителя, т. е. знать уравнение потенциальной кривой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

литературА

 

1. Жидецький В.Ц., Джигирей В.С., Мельников О.В. Основи охорони праці: Навч. посібник.- М.: Афіша, 2000.- 343 с.

2. Желибо Є.П, Заверуха Н.Н., Зацарний В.В.  Безпека життєдіяльності: Учеб. пособие. – К., 2002.

3. Пістун І.П. Безпека життєдіяльності: Учеб. пособие. – Сумы, 2000.

4. Бедрий Я. І., Геврик Е. О., Кит И. Я., Мурин О. С., Енкало  В. Н. Охорона праці: Навч. посібник. – Л., 2000.

5. Гончарова Г.С. Охорона праці: Учеб. пособие. – Х., 1994.