Растекание тока в грунте.

Схема растекания тока в грунте представ­лена на рис. 3.16, а.Замыкание тока происходит при повреждении изоляции и пробое фазы на корпус оборудования, при падении на землю провода под напряжением и по другим причинам. Растекание тока замыкания в грунте определяет характер распределения потенциалов на поверхности земли. Для упрощения анализа сделаем допуще­ния, что ток стекает в грунт через одиночный заземлитель полусфери­ческой формы (рис. 3.16, а),что грунт однородный и изотропный и что удельное сопротивление грунта ρ во много раз превышает удельное сопротивление материала заземлителя. Тогда плотность тока в точке А на расстоянии х выразится зависимостью:

где I₃ — ток, стекающий с заземлителя в грунт; S = 2πx² — площадь поверхности полусферы радиусом х.

Падение напряжения в элементарном слое грунта толщиной dx выразится через напряженность поля Е и толщину этого слоя:

Напряженность поля определяется законом Ома в дифференциаль­ной форме Е= δρ.

Потенциал точки А (или напряжение в этой точке) равен падению напряжения от точки А до бесконечно удаленной точки с нулевым потенциалом. Поэтому

Обозначив I₃ = ρ/2π = const = κ, получим

Таким образом, потенциал на поверхности грунта распределяется по закону гиперболы.

Напряжение прикосновения (рис. 3.16, б)— это напряжение между двумя точками цепи тока замыкания на землю (корпус) при одновре­менном прикосновении к ним человека. Численно оно равно разности потенциалов корпуса φ_к и точек почвы, в которых находятся ноги человека φ_н (рис. 3.16, б),т. е.

или

Величину α называют коэффициентом напряжения прикосновения (в пределах этой зоны растекания тока α меньше единицы, а за пределами этой зоны равен единице). Напряжение прикосновения увеличивается по мере удаления от заземлителя, и за пределами зоны растекания тока оно равно напряжению на корпусе оборудования.

Ток, протекающий через человека при прикосновении,

Напряжение шага — это напряжение между точками земли, обус­ловленное растеканием тока замыкания на землю при одновременном касании их ногами человека. Численно напряжение шага равно раз­ности потенциалов точек, на которых находятся ноги человека (рис 3.16, в).

При расположении одной ноги человека на расстоянии х от заземлителя и ширине шага а (обычно принимается а = 80 см) получаем

или

Аналогично напряжению прикосновения напряжение шага:

где — коэффициент напряжения шага, который зависит от вида заземлителей, расстояния от заземлителя и ширины шага (чем ближе к заземлителю и чем шире шаг, тем β больше).

Напряжение шага максимально у заземлителя и уменьшается по мере удаления от заземлителя; вне поля растекания оно равно нулю. Напряженность шага также увеличивается с увеличением ширины шага.

Ток, обусловленный напряжением шага,

Следует отметить, что условия поражения человека напряжением прикосновения и напряжением шага различны, так как ток протекает по разным путям: через грудную клетку — от напряжения прикосно­вения и по нижней петле — от напряжения шага. Значительные на­пряжения шага вызывают судорогу в ногах, человек падает, после чего цепь тока замыкается вдоль всего тела человека.