Небезпека стікання струму землі. Поява при стіканні електричного струму в землю. С. Електричні властивості ґрунтів
Небезпека ураження людини електричним струмом багато в чому визначається явищами, що виникають під час стікання електричного струмуу землю.
Стек струму в землю відбувається тільки через провідник, що перебуває з нею в безпосередньому контакті. Такий контакт може бути випадковим чи навмисним. У разі провідник чи група з'єднаних між собою провідників, що у контакті із землею, називається заземлювачем.
Причинами стікання струму в землю є: замикання струмопровідної частини на заземлений корпус електроустаткування; падіння дроту на землю; використання землі як дроти і т.д. У всіх цих випадках відбувається різке зниження потенціалу заземленої частини електрообладнання ц з, до значення, рівного добутку струму, що стікає в землю, I з, А, на опір, який цей струм зустрічає на своєму шляху, тобто опір заземлювача розтіканню струму R з, Ом:
Стек струму в землю супроводжується виникненням не тільки на заземлювачі, але і в землі навколо заземлювача, а, отже, і на поверхні землі деяких потенціалів.
Нам необхідно знати, від чого залежать значення цих потенціалів, як вони змінюються при змінах відстані до заземлювача, тобто знати рівняння потенційної кривої.
А. Стек струму в землю через одиночні заземлювачі
Одиночний провідник, що знаходиться в контакті із землею, називається одиночним заземлювачем. Поодинокі заземлювачі розрізняються формою, розмірами та способами здійснення контакту із землею.
Розподіл потенціалів на поверхні землі (потенційна крива) має свої особливості для:
кульового заземлювача, що у землі великій глибині;
кульового заземлювача поблизу поверхні землі;
напівкульового заземлювача;
стрижневого заземлювача;
дискового заземлювача.
Потенційна крива заземлювача будь-якої форми на відносно великій від нього відстані (порівняно з розмірами заземлювача) наближається до потенційної кривої півкульового заземлювача і описується рівнянням, (х - відстань від заземлювача, м):
Важливо також і те, що потенціал землі на відстані понад 20 м від заземлювача будь-якої форми, як і у випадку півкульового заземлювача, при невеликих струмах, що стікають із заземлювача, можна вважати практично рівним нулю.
Кульовий заземлювач, що знаходиться в землі на великій глибині
Кульовий заземлювач у практиці, зазвичай, не застосовується. Однак на його прикладі зручно розглянути процеси виникнення та розподілу потенціалів на поверхні землі.
Нехай ми маємо кульовий заземлювач радіусом r, м, занурений у землю на нескінченно більшу глибину (так глибоко, що можна знехтувати впливом поверхні землі). Через цю кулю в землю стікає струм I з А, який подається до заземлювача за допомогою ізольованого провідника (рис. 10). Потрібно отримати рівняння для потенціалу d x , У деякій точці об'єму землі C, що віддаляється від центру заземлювача на відстані x, м, або, інакше кажучи, рівняння потенційної кривої.
Мал. 10. Кульовий заземлювач, занурений у землю на велику глибину
Оскільки прийнято, що земля однорідна, струм у землі розтікатиметься від кулі рівномірно і симетрично на всі боки (за радіусами кулі) і щільність їх у землі зменшуватиметься в міру віддалення від заземлювача. З відривом x, м, від центру кулі щільність струму д, А/м 2 ?
В обсязі землі, де протікає струм, виникає так зване поле розтікання струму. Теоретично воно тягнеться до нескінченності. Однак у дійсних умовах вже на відстані 20 м від заземлювача перетин шару землі, через який проходить струм, виявляється настільки великим, що щільність струму практично дорівнює нулю. Отже, у разі, т. е. при кульовому заземлювачі малого радіусу, поле розтікання вважатимуться обмеженим обсягом сфери радіусом приблизно 20 м-коду.
При постійному струмі, а також при змінному струміз частотою 50 Гц поле розтікання струму у провідному однорідному середовищі можна розглядати як стаціонарне електричне поле, напруженість якого Е, В/м, пов'язана із щільністю струму співвідношенням
яке є законом Ома у диференціальній формі.
При цьому лінії напруженості електричного поля збігаються з лініями щільності струму, які в цьому випадку збігаються також з радіусами кульового заземлювача. Як відомо, напруженість електричного поля дорівнює падінню напруги, віднесеної до одиниці довжини лінії напруженості поля. В даному випадку
де dU - падіння напруги, на ділянці dx, м, тобто в елементарному шарі землі товщиною dx (див. рис. 10). Користуючись наведеними виразами, легко визначити потенціал будь-якої точки в об'ємі землі, наприклад точки С. Він дорівнює падінню напруги в ґрунті на ділянці від х до нескінченності, тобто.
Вирішивши цей інтеграл, отримаємо шукане рівняння для потенціалу точки С, тобто рівняння потенційної кривої:
Потенціал ц = 0, матиме точка, віддалена від заземлювача на нескінченно велику відстань х. Практично область нульового потенціалу починається з відривом приблизно 20 м від заземлювача. Потенціал точок на землі в даному випадку дорівнює нулю, оскільки, як ми домовилися, заземлювач знаходиться від поверхні землі на нескінченно великій відстані.
Максимальний потенціал буде при найменшому значенні х, що дорівнює радіусу заземлювача, тобто безпосередньо на заземлювачі (потенціал кульового заземлювача на великій глибині):
Кульовий заземлювач поблизу поверхні землі
Зазвичай заземлювачі занурюють у землю відносно невелику глибину, коли він поверхню землі впливає електричне полі, спотворюючи лінії струму (рис. 11, 12).
Мал. 11.
Мал. 12.
І тут розрахунок потенціалів здійснюється методом дзеркального відображення: потенціал? з у деякій точці С буде дорівнює суміпотенціалів д і? ф, створюваних у цій точці полями струмів, що стікають як з дійсного, так і з фіктивного заземлювачів, В:
З урахуванням рівняння 2.1 можна записати:
де m і n - відстані від центрів дійсного та фіктивного заземлювачів до точки С:
Якщо нас цікавлять потенціали точок, що лежать на поверхні землі, то для кожної такої точки, наприклад, точки D (рис. 12),
а рівняння, що визначає її потенціал, тобто рівняння потенційної кривої для точок на поверхні землі має вигляд:
Потенціал кульового заземлювача поблизу поверхні землі I з, В, тобто максимальний потенціал буде при y = 0 і, отже, при х = r (рис. 12):
Якщо 4t 2 >> r (так зазвичай буває на практиці), це рівняння набуде вигляду:
Напівкульовий заземлювач
Кульовий заземлювач на поверхні землі, тобто заглиблений так, що його центр знаходиться на рівні землі (рис. 2.4), називається напівкульовим заземлювачем.
Мал. 13.
Для такого заземлювача рівняння потенційної кривої на поверхні землі (як і в обсязі землі) можна отримати з (2.5), прийнявши t = 0.
- (2.8)
- (Це ж вираз можна отримати й іншим шляхом, використовуючи підхід, як при виведенні рівняння потенційної кривої кульового заземлювача).
Потенціал напівкульового заземлювача I з В при радіусі заземлювача х = r м визначається з рівняння:
Розділивши (2.8) на (2.9), отримаємо:
Позначивши добуток постійних I з r через k, отримаємо рівняння рівносторонньої гіперболи:
Отже, потенціал на поверхні землі навколо півкульового заземлювача змінюється за законом гіперболи, зменшуючись від максимального значення I з до нуля в міру віддалення від заземлювача (рис. 13). Слід зазначити, що в реальних умовах, коли ґрунт неоднорідний, зміна потенціалу при віддаленні від заземлювача відбуватиметься не за гіперболою, а за якоюсь іншою кривою.
Розглянемо стрижневий вертикальний заземлювач круглого перерізу довжиною l, м і діаметром d, м, занурений у землю так, щоб його верхній кінець був на рівні землі (рис. 14). По заземлювачу стікає струм I з А. Потрібно записати вираз для розрахунку потенціалу точок на поверхні землі і потенціалу заземлювача.
Мал. 14.
Розбиваємо заземлювач по довжині на нескінченно малі ділянки завдовжки кожен dy і уподібнюємо їх до елементарних кульових заземлювачів діаметром dy, м. З кожної такої ділянки в землю стікає струм, А
який зумовлює виникнення елементарного потенціалу d? у будь-якій точці землі. Для точки А на поверхні землі
За допомогою відповідних підстановок та інтегруючи по всій довжині стрижневого заземлювача (від 0 до l) отримаємо рівняння потенційної кривої:
Потенціал заземлювача I з В визначається при х = 0,5 d, м, т, е.
Зазвичай практично 0,5d<< l, следовательно, первым слагаемым под корне...
- 12. ГОСТ 12.1.003-83 «ССБТ. Шум. Загальні вимоги безпеки». М.: Держстандарт Росії, 1983.
- 13. СНиП 11-12-88 «Захист від шуму».
- 14. СНиП 23 – 05 – 95 «Природне та штучне освітлення».
- 15. СанПіН 2.2.4.548-96 "Гігієнічні вимоги до мікроклімату виробничих приміщень".
- 16. ГОСТ 12.1.005-88 «ССБТ. Загальні санітарно-гігієнічні вимоги до повітря робочої зони». М: Держстандарт Росії, 1988.
- 17. Сан ПіН 2.2.2/2.4.1340-03. «Гігієнічні вимоги до персональних електронно-обчислювальних машин та організації роботи».
Стек струму в землю відбувається тільки через провідник, що знаходиться в безпосередньому контакті із землею. Такий контакт може бути випадковим чи навмисним.
У разі провідник чи група з'єднаних між собою провідників, що у контакті із землею, називається заземлювачем. Одиночний провідник, що знаходиться в контакті із землею, називається одиночним заземлювачем, а заземлювач, що складається з декількох паралельно з'єднаних одиночних заземлювачів, називається груповим або складним заземлювачем.
Стек струму в землю супроводжується виникненням на заземлювачі, в землі навколо заземлювача і на поверхні землі деяких потенціалів. В обсязі землі, де протікає струм, виникає так зване поле розтікання струму. Теоретично воно тягнеться до нескінченності. Однак у дійсних умовах вже на відстані 20 м від заземлювача перетин шару землі, через який проходить струм, виявляється настільки великим, що щільність струму практично дорівнює нулю. Отже, при кульовому заземлювачі малого радіусу, поле розтікання вважатимуться обмеженим обсягом сфери радіусом приблизно 20 м-коду.
Малюнок. Напівкульовий електрод
Малюнок. Потенційна крива одиночного напівкульового заземлювача – показує розподіл потенціалів на поверхні землі
Малюнок. Еквіпотенційні лінії – лінії на поверхні землі з однаковим потенціалом
Основними характеристиками одиночного заземлювача є:
- напруга на заземлювачі;
| Конструкція заземлювача | Примітка | |
| I з – струм, що стікає в землю, R – радіус кулі; ρ – питомий опір землі | ||
 |
||
| D – діаметр диска | ||
 |
l - Довжина заземлювача; d – діаметр перерізу стрижневого заземлювача |
- вид потенційної кривої (потенціали точок землі у зоні розтікання та його зміна залежно від відстані до заземлювача);
| Конструкція заземлювача | Рівняння для визначення потенційної кривої | Примітка |
| Напівкульовий біля поверхні землі |  |
|
| Стрижневий круглий переріз у поверхні землі |  |
l – довжина заземлювача |
| Дисковий на поверхні землі |  |
D – діаметр диска |
| Протяжний стрижневий круглий переріз лежить на землі | Вздовж осі заземлювача  |
l – довжина заземлювача |
Поперек осі заземлювача  |
- вид еквіпотенційних ліній (ліній рівного потенціалу поверхні землі);
- опір заземлювача та заземлювального пристрою;
- напруги дотику та кроку.
Розглянемо фізичні явища для групового заземлювача.
При нескінченно великих відстанях між електродами групового заземлювача (практично вважати, що понад 40 м) поля розтікання струмів навколо них мало взаємодіють. І тут потенційні криві кожного електрода взаємно не перетинаються.
Малюнок. Груповий заземлювач стрижневого типу круглого перерізу біля поверхні землі (при великій відстані між електродами)
Малюнок. Розподіл потенціалів на поверхні землі при груповому заземлювачі (при великій відстані між електродами)
При малих відстанях між електродами групового заземлювача (менше 40 м) поля розтікання струмів хіба що накладаються одне інше, а потенційні криві електродів взаємно перетинаються і, складаючись, утворюють безперервну сумарну потенційну криву групового заземлювача. Оскільки електроди групового заземлювача пов'язані між собою електрично, вони мають однаковий потенціал, що є потенціалом групового заземлювача. Отже, потенціал кожного електрода групового заземлювача складатиметься з власного потенціалу, зумовленого стіканням через нього струму, та потенціалів, наведених іншими електродами. У загальному випадку власні потенціали електродів не рівні, як і потенціали, що наводяться іншими електродами. Однак, сума власного та всіх наведених на електроді потенціалів для всіх електродів однакова і дорівнює потенціалу групового заземлювача.
Малюнок. Розподіл потенціалів на поверхні землі при груповому заземлювачі (синім кольором показані потенційні криві одиночних заземлювачів, а червоним – потенційна крива групового заземлювача)
В результаті поверхня землі на ділянках між електродами набуває деякого потенціалу. При цьому форма сумарної потенційної кривої залежить від відстані між електродами, їх взаємного розташування, числа, форми та розмірів.
Причини ураження електричним струмом та основні заходи захисту.
Основні причини нещасних випадків від впливу електричного струму є такими.
1. Випадковий дотик або наближення на небезпечну відстань до струмоведучих частин, що знаходяться під напругою.
2. Поява напруги на металевих конструктивних частинах електрообладнання – корпусах, кожухах тощо – внаслідок пошкодження ізоляції та інших причин.
3. Поява, напруги на відключених струмопровідних частинах, у яких працюють люди, внаслідок помилкового включення установки.
4. Виникнення крокової напруги на поверхні землі внаслідок замикання дроту на землю.
Основними заходами захисту від ураження струмом є: забезпечення недоступності струмопровідних частин, що знаходяться під напругою, для дотику; захисний поділ мережі;
усунення небезпеки ураження при появі напруги на корпусах, кожухах та інших частинах електрообладнання, що досягається застосуванням малої напруги, застосуванням подвійної ізоляції, вирівнюванням потенціалу, захисним заземленням, зануленням, захисним відключенням та ін.; застосування спеціальних захисних засобів - переносних приладів та пристроїв; організація безпечної експлуатації електроустановок.
Стек струму в землю відбувається тільки через провідник, що знаходиться в безпосередньому контакті із землею. Такий контакт може бути випадковим чи навмисним. Наприклад, у дворі Вашої оселі обірвався електричний провід і впав на землю. Або на одному з електричних двигунів обірвався і торкнувся землі провід, що підводить електроенергію. В останньому випадку провідник, що перебуває в контакті із землею, називається заземлювачемабо електродім.
При стіканні струму в землю відбувається різке зниження потенціалу заземлення струмоведучої частини до значення j з (В), рівного добутку струму, що стікає в землю I з (А) на опір, який цей струм зустрічає на своєму шляху R з (Ом): j з = I з R з.
Це явище, дуже сприятливе за умовами безпеки, використовується як міра захисту від ураження струмом при випадковій появі напруги на металевих струмопровідних частинах, які з цією метою заземлюють. Однак поряд зі зниженням потенціалу заземленої струмопровідної частини при стіканні струму в землю виникають і негативні явища, а саме, поява потенціалів на заземлювачі і металевих частинах, що знаходяться в контакті з ним, а також на поверхні грунту навколо місця стікання струму в землю, що може становити небезпеку життя людини.
Характер розподілу потенціалів на поверхні землі, тобто зміна величини потенціалу при змінах відстані до заземлювача, можна оточити, розглянувши випадки набряку струму I з (А) в землю через найпростіший заземлювач - півкуля радіусом r(м) (рис. 1.6).Для спрощення вважаємо, що земля у всьому своєму обсязі однорідна, тобто в будь-якій точці має однаковий питомий опір r(Ом-м). У цьому випадку струм у землі розтікатиметься на всі боки по радіусах півкулі і щільність його в землі зменшуватиметься в міру віддалення від заземлювача. На відстані хвід центру півкулі щільність струму j (А/м 2) буде: ( 15)
де - I з - сила струму в точці замикання,
x – відстань від точки замикання заземлювача.
В обсязі землі, де розтікається струм, виникає так зване поле розтікання струму.Теоретично воно тягнеться до нескінченності. Однак у дійсних умовах вже на відстані 20 м від заземлювача перетин шару землі, яким проходить струм, виявляється настільки великим, що щільність струму тут практично дорівнює нулю. Отже, і поле розтікання можна вважати таким, що поширюється лише на відстань 20 м від заземлювача.
11.3.2. Опір заземлювача розтіканню струму.
Струм, що проходить через заземлювач у землю, долає опір, званий опором заземлювача розтіканню струму,або просто опором розтікання.Воно має три доданки: опір самого заземлювача, перехідний опір між заземлювачем і ґрунтом та опір ґрунту.
Дві перші частини порівняно з третьою дуже малі, тому ними нехтують і під опором заземлювача розтіканню струму розуміють опір ґрунту розтіканню струму.
Опір розтіканню будь-якого заземлювача R з (Ом) визначається за виразом (1) як окреме від розподілу потенціалу заземлювача j з (В) на струм J з (А), що протікає в землю через заземлювач.
Так, наприклад, опір розтікання одиночного напівкульового заземлювача, потенціал якого визначається виразом (16), буде:
За умовами безпеки заземлення повинно мати відносно малий опір. Тому в практиці застосовується, як правило, груповий заземлювач,тобто. заземлювач, що складається з кількох паралельно включених одиночних заземлювачів (електродів).
При великих відстанях між електродами (понад 40 м) струм кожного електрода проходить по «своєму», окремій ділянці землі, в якій струми інших заземлювачів не проходять. У цьому випадку навколо кожного одиночного заземлювача виникають самостійні потенційні криві, що взаємно не перетинаються. При однакових розмірах, а отже, при однакових опорах одиночних заземлювачів R 0 опір групового заземлювача R гр буде: (17)
де n – кількість одиночних заземлювачів.
При малих відстанях між електродами (менше 40 м) поля розтікання струмів хіба що накладаються одне на інше, а потенційні криві взаємно перетинаються і, складаючись, утворюють сумарну потенційну криву (рис. 1.7).
У цьому випадку в загальних ділянках землі, якими проходять струми декількох електродів, збільшується щільність струму, що призводить до збільшення опору розтікання заземлювачів.
Якщо людина опинився в зоні дії одиночного заземлювача і наближається до місця замикання та розтікання струму, то його ноги піддаються дії різниці потенціалів, що виникають на відстані один крок. Різниця потенціалів двох точок на відстані один крок ності назва крокової напруги. Зі схеми видно, що різниця потенціалів на кривій розподілу щільності струму буде тим більшою, чим ближче людина підійде до місця замикання.
* Примітка. Наближатися до місця замикання ближче, ніж на 20 м небезпечно, на 3-5 м – заборонено через надзвичайну небезпеку.
Якщо людина знаходиться на деякій відстані від місця замикання і не наближається до нього, але він стосується металевих частин, пов'язаних з місцем замикання, він піддається дії різниці потенціалів між потенціалом корпусу електроустановки і потенціалом на поверхні землі в місці його знаходження. Ця різниця потенціалів зветься напруга дотику, ця різниця буде тим більшою, чим далі перебуває людина.
^Поява при стіканні струму в землю. Напруга
дотику, крокова напруга
Стікання струму в землю - це явище, при якому відбувається різке зниження потенціалу, що опинилися під напругою металевих частин обладнання (корпусу, станини і т.д.), до потенціалу заземлювача φ3: φ3 = I 3 R 3 ,
Де - величина струму, що стікає в землю;
― опір, який дорівнює опору заземлювального пристрою.
Створюється між корпусом і землею з'єднання великої провідності завдяки чому струм. Той, хто проходить через тіло людини, стає безпечним для життя. Так як при виникненні аварійної ситуації, наприклад, при замиканні фази на корпус, дотик працівника до корпусу рівнозначно дотику до фази і через його тіло може протікати струм небезпечної величини. Небезпека напруги, за наявності захисного заземлення знижується, оскільки струму створюється електрична ланцюг, має малий опір = 4 Ом чи 10 Ом, унаслідок чого відбувається стікання струму шляхом найменшого опору.
Опір тіла може мати значення: 104…106 Ом. Для забезпечення більшої надійності засобів захисту, що забезпечують електробезпеку, застосовується розрахункове значення опору людини 1000 Ом.
Напруга кроку (кроковою напругою) називається напруга між точками землі, обумовлена розтіканням струму замикання на землю при одночасному торканні їх ногами людини.
Найбільший електричний потенціал буде у місці зіткнення провідника із землею. У міру віддалення від цього місця потенціал поверхні грунту зменшується, так як переріз провідника (ґрунту) збільшується пропорційно квадрату радіусу, і на відстані 20 м може прийматися рівним нулю.
Поразка при кроковому напрузі посилюються тим, що через судомні скорочення м'язів ніг, людина може впасти, після чого електричний ланцюг замикається на тілі через життєво важливі органи.
Напруга між двома точками ланцюга електричного струму, яких одночасно стосується людина, називається напругою дотику.
Небезпека такого дотику оцінюється значенням струму, що проходить через тіло людини, або напругою дотику і залежить від ряду факторів: схеми замикання ланцюга струму через тіло людини, напруги мережі, схема мережі, режиму її нейтралі (заземлена або ізольована нейтраль), ступеня ізоляції струмопровідних частин від землі, значення ємності струмовідних частин щодо землі тощо.
- ^
Заходи захисту від ураження електричним струмом
Для запобігання небезпечному впливу електричного струму на людину застосовуються такі заходи захисту: захисне заземлення; занулення, електричний розподіл мереж; застосування малої напруги; контроль та профілактика пошкодження ізоляції; подвійна ізоляція; захисне відключення; вирівнювання потенціалу; захист від випадкового дотику до струмоведучих частин; огороджувальні пристрої; електрозахисні засоби та пристрої; блокування; попереджувальна сигналізація, знаки безпеки.
Відповідно до ГОСТ 12.1.019-79 ССБТ електробезпека та дія засобів захисту від небезпеки ураження електричним струмом забезпечуються: конструкцією електроустановок, технічними способами
та засобами захисту; організаційними та технічними заходами.
Захисне заземлення найбільш поширене і є ефективним способом захисту від ураження електричним струмом.
Це навмисне електричне з'єднання із землею або її еквівалентом металевих невідповідних частин обладнання. Принцип дії захисного заземлення полягає у зниженні до безпечних значень напруги дотику та струму, що протікають через тіло людини.
Призначення захисного заземлення - усунення небезпеки ураження електричним струмом у разі дотику людини
до корпусу електрообладнання або до інших нестругуючих металевих частин, що опинилися під напругою. В основі цього методу захисту людини від напруги електричним струмом є явище стікання струму в землю.
На малюнку 4 показана принципова схема захисного заземлення та потенційна крива, що відображає закон розподілу потенціалу на поверхні землі навколо одиночного заземлювача, 
де показано, що при виникненні замикання в точці А, закон розподілу потенціалу має гіперболічний характер, і максимальне значення потенціал має в точці замикання А, знижуючись у міру віддалення від місця замикання.
Захисне заземлення складається з вертикальних заземлювачів, з'єднаних між собою смуговими горизонтальними заземлювачами і що знаходяться в землі на глибині H 0 не менше 0,5 м. Як вертикальні заземлювачі використовуються металеві елементи у вигляді стрижнів, труб, куточків, швелера та ін для смугового заземлювача використовується, зазвичай, металева смуга перетином 12x4; 16×4 мм. З'єднання смуги з вертикальними заземлювачами проводитися відповідно до ПУЕ не допускаються.
Рисунок 4 – Принципова схема захисного заземлення
― напруга дотику, В; 
― величина струму, А; ―
Потенційна крива; КЕ - корпус електроустановки; 
― опір захисної установки; 
― електричний опір тіла людини; З ― заземлювач вертикальний
На практиці використовуються групові заземлювачі - паралельне з'єднання одиночних заземлювачів та смуги. Такий заземлювач має менший опір розтіканню струму та створює краще вирівнювання потенціалу в обсязі та на поверхні землі.
Вимоги до конструкції, пристрою та параметрів захисного заземлення визначаються Правилами влаштування електроустановок (ПУЕ) та ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ «Електробезопааність. Захисне заземлення, занулення».
Як заземлювачів, крім штучних, використовуються природні заземлювачі - це металеві предмети, що знаходяться в землі (водопровідні труби, інші металеві труби, крім трубопроводів горючих рідин, горючих і вибухонебезпечних газів; металеві та залізобетонні конструкції будівель і споруд, що мають з'єднання із землею; свинцеві оболонки). кабелів тощо)
Нормативні документи встановлюють значення найбільшого допустимого опору захищеного заземлювального пристрою
в електроустановках. Так, в електроустановках і 1000 В мережі з ізольованою нейтраллю при потужності генератора до 1000 кВА становить 10 Ом, а при потужності до 100 кВА становить 4 Ом.
Розрахунок заземлювального пристрою полягає у визначенні типу заземлення, кількості, розмірів, способу розташування одиночних заземлювачів.
Відповідно до ПУЕ заземлення або занулення електроустановок слід виконувати:
при напрузі 380 і вище змінного струму;
при напрузі 440 і вище постійного струму;
при напругах вище 42 В, але нижче 380 В змінного струму
і вище 110, але нижче 440 В постійного струму (у приміщеннях з підвищеною небезпекою, особливо небезпечних і в зовнішніх установках).
Зануленням називається навмисне електричне з'єднання з нульовим захисним провідником металевих нетоковедущих частин обладнання, які можуть опинитися під напругою внаслідок замикання корпусу. Відбувається швидке вимкнення пошкодженої електроустановки від електричної мережі.
Принцип дії занулення ― перетворення замикання на корпус на однофазне коротке замикання між фазним та нульовим проводами, з метою утворення великого струму за величиною, здатного забезпечити спрацьовування захисту та таким чином автоматично відключити пошкоджену електроустановку від електричної мережі.
Як засоби захисту можуть бути плавкі запобіжники, магнітні пускачі з вбудованим тепловим захистом, контактори у поєднанні з тепловими реле, автомати, що здійснюють захист одночасно від струмів короткого замикання та від навантаження.
Занулення застосовують у трифазних чотирипровідних мережах
з глухозаземленою нейтраллю. Зануленню підлягають невідповідні частини електроустаткування, які мають бути заземлені. Одночасно електроустановки заземлювати та занулювати не забороняється, оскільки це покращує умови безпеки за рахунок додаткового заземлення нульового захисного дроту.
Відповідь: Стек струму в землю відбувається тільки через провідник, що знаходиться в безпосередньому контакті із землею. Такий контакт може бути випадковим чи навмисним.
У разі провідник чи група з'єднаних між собою провідників, що у контакті із землею, називається заземлювачем. Крім того, одиночний провідник, що знаходиться в контакті із землею, називається також одиночним заземлювачем, або заземлюючим електродом, або просто електродом, а заземлювач, що складається з декількох паралельно з'єднаних електродів, називається груповим або складним заземлювачем.
Причинами стікання струму в землю є: замикання струмоведучої частини на заземлений корпус електричного обладнання, падіння дроту на землю, використання землі як дроти і т. п. частини до значення, що дорівнює добутку струму, що стікає в землю Iз, А, на опір, який цей струм зустрічає своєму шляху, тобто. опір заземлювача розтіканню струму, Rз,Ом: Фз = Iз * Rз.
Це явище, вельми сприятливе за умовами безпеки, використовується як міра захисту від ураження струмом при випадковій появі напруги на металевих невідповідних частинах, які з цією метою заземлюються. Однак поряд зі зниженням потенціалу заземленої струмопровідної частини при стіканні струму в землю виникають і негативні явища, а саме поява потенціалів на заземлювачі і металевих частинах, що знаходяться в контакті з ним, а також на поверхні грунту навколо місця стікання струму в землю. Різниці потенціалів окремих точок ланцюга струму, у тому числі точок на поверхні землі, можуть досягати великих значень, що становлять небезпеку для людини.
Напруга дотику при одиночному та груповому заземлювачі.
Відповідь:
Напруга дотику Uпр – різниця потенціалів між двома точками струмоведучого ланцюга, в кіт. включений людина.
Uпр=I h *R h (де Ih - струм, що походить по дорозі рука - нога, R h - опір тіла людини). У сфері захисних заземлень, занулень тощо. одна з цих точок має потенціал заземлювача φз, В, а інша - потенціал основи в тому місці, де стоїть людина, φос, Ст.
У цьому випадку напруга дотику буде: Uпр = φз - φос = φз * 1, де α1 - коефіцієнт, званий коефіцієнтом дотику, що враховує форму потенційної кривої.
Напруга дотику при одиночному заземлювачі: Нехай ми маємо обладнання, наприклад електродвигуни, корпуси яких заземлені за допомогою одиночного заземлювача (електрода) (рис. 14.4). частинах, зокрема на корпусах двигунів, з'явиться потенціал Uпр.
Поверхня землі навколо заземлювача також матиме потенціал, що змінюється по кривій, що залежить від форми та розмірів заземлювача. Напруга дотику для людини, що стосується заземленого корпусу двигуна і стоїть на землі (випадок 1), характеризується відрізком АВ і форми потенційної кривої і відстані (х) між людиною і заземлювачем: чим далі від заземлювача знаходиться чол-к, тим більше Uпр. Безпечний випадки: При найменшому значенні х , тобто. коли людина стоїть безпосередньо на заземлювачі (випадок 3).
Напруга дотику при груповому заземлювачі: Поля розтікання струмів електродів групового заземлювача накладаються одна на одну, всі точки поверхні на ділянці між електродами мають потенціали, відмінні від 0. Тому в будь-якому місці цієї ділянки U пр<φз, α1<1.
Як і випадку одиночного заземлювача, Uпр=0 і a=0 тоді, коли людина, торкаючись заземленого предмета, стоїть безпосередньо на електроді, що входить до складу групового заземлювача.
Напруга кроку.
Відповідь: Напруга кроку – напруга між двома точками ланцюга струму, що є одна від одної з відривом кроку, на кіт. одночасно стоїть чол-к. Напруга кроку залежить від форми потенційної кривої, тобто від типу заземлювача, і змінюється від деякого максимального значення до нуля зі зміною відстані від заземлювача (рис. 1).
Максимальні значення U ш - (довжина кроку 0,8 м) буде при найменшій відстані від заземлювача, коли людина однією ногою стоїть безпосередньо на заземлювачі, а інший - на відстані кроку від нього. Пояснюється це тим, що потенціал навколо заземлювачів розподіляється за увігнутими кривими і, отже, найбільший перепад виявляється, як правило, на початку кривої.
Малюнок 1 - Крокова напруга при одиночному заземлювачі.
Найменші значення U ш - буде при нескінченно великій відстані від заземлювача, а практично за межами поля розтікання струму, тобто далі 20 м. У цьому місці U ш » 0. На відстанях менших 20 м, U шматиме проміжне значення, що залежить від типу заземлювача.
Напруга кроку при груповому заземлювачі:
Рисунок 2 Крокова напруга при груповому заземлювачі.
У межах площі, на якій розміщені електроди групового заземлювача, напруга кроку менша, ніж при одиночному заземлювачі, але також змінюється від деякого максимального значення до нуля при віддаленні електродів (рис. 2).
.jpg)
