Явления при стекании тока в землю. Напряжение прикосновения и шага

Стекание тока в землю происходит 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. Для упрощения считаем, что земля во всем своем объеме однородна, т.е. в любой точке обладает одинаковым сопротивлением ρ (Ом·м). В этом случае ток будет растекаться во все стороны по радиусам полушария. Ток, стекая с заземлителя в землю, растекается по значительному ее объему. Пространство вокруг заземлителя, в котором наблюдается протекание тока замыкания, принято называть полем растекания. Потенциалы точек поверхности земли в поле растекания тока отли­чаются от нуля и определяются выражением: φ =(ρ · I_з)/(2·π ·r), где φ - потенциал точки поверхностиземли; r - расстояние точки от центра заземлителя; I_з- ток замыкания на землю; ρ - удельное сопротивление грунта.

По мере удаления от заземлителя потенциалы то­чек земли снижаются по закону гиперболы (потенциальная кривая). Гиперболический характер потенциальной кривой объясняется тем, что сечение возрастает во второй степени от величины r. Наи­большее сопротивление растеканию тока оказывают слои земли, лежащие вблизи заземлителя, так как ток проходит здесь по малому сечению. В этих слоях имеет место наибольшее падение напряжения. По мере удаления от заземлителя сечение земли увеличивается, а падение напряжения уменьшается. Практически потенциалы точек земли, лежащих на расстоянии более 20 м от заземлителя, можно считать равными нулю.

Шаговое напряжение (или напряжением шага) Uш – раз­ность потенциалов между двумя точками в зоне растекания электрического тока, находящимися на расстоянии шага человека, и на которых одновременно находятся ноги человека. Напряжение шага равно:

Uш = φ ₁–φ ₂, где φ ₁ – потенциал одной ноги человека, В; φ ₂ – потенциал другой ноги человека, В.

Поражение при шаговом напряжении усугубляется тем, что из-за судорожных сокращений мышц ног, человек может упасть, после чего цепь тока замыкается на теле человека через жизненно важные органы. Кроме того, рост человека обусловливает большую разность потенциалов, приложенных к его телу.

Основным способов снижения шаговых напряжений является контурное зазем­ление, в котором заземлители располагаются по контуру вокруг за­щищаемого объекта на небольшом расстоянии друг от друга. При этом поля растекания – отдельных заземлителей накладываются (т.е. потенциальные кривые складываются), и любая точка поверхности земли внутри контура приобретает повышенный потенциал. Происхо­дит выравнивание потенциалов внутри контура.