Явления, когато ток тече в земята. Волтаж
докосване, стъпково напрежение
Потокът на ток в земята е явление, при което има рязко намаляване на потенциала на захранваните метални части на оборудването (корпус, рамка и др.) до потенциала на заземяващия електрод φ 3: φ 3 = аз 3 Р 3 ,
Къде е големината на тока, протичащ в земята;
― съпротивление, което е равно на съпротивлението на заземяващото устройство.
Между корпуса и земята се създава връзка с висока проводимост, поради което протича токът. Преминавайки през човешкото тяло, той не става животозастрашаващ. Тъй като в случай на авария, например, когато една фаза е на късо към корпуса, докосването на работника до корпуса е еквивалентно на докосване на фазата и през тялото му може да протече опасен ток. Опасността от напрежение при наличие на защитно заземяване се намалява, тъй като за тока се създава електрическа верига, която има ниско съпротивление = 4 ома или 10 ома, в резултат на което токът се изтича по пътя на най-малкото съпротивление.
Съпротивлението на човешкото тяло може да има стойности: 104 ... 106 Ohm. За да се осигури по-голяма надеждност на защитното оборудване, което гарантира електрическа безопасност, се използва изчислена стойност на съпротивлението на човека, равна на 1000 ома.
Стъпковото напрежение (стъпково напрежение) е напрежението между точките на земята, дължащо се на разпространението на тока на повреда към земята, докато едновременно ги докосва с краката на човек.
Най-големият електрически потенциал ще бъде в точката на контакт на проводника със земята. Докато се отдалечавате от това място, потенциалът на земната повърхност намалява, тъй като напречното сечение на проводника (почвата) се увеличава пропорционално на квадрата на радиуса и на разстояние от 20 m може да се приеме, че е равно на нула.
Увреждането със стъпково напрежение се влошава от факта, че поради конвулсивни контракции на мускулите на краката човек може да падне, след което електрическата верига се затваря върху тялото през жизненоважните органи.
Напрежението между две точки в електрическа верига, което се докосва едновременно от човек, се нарича напрежение на докосване.
Опасността от такова докосване се оценява от стойността на тока, преминаващ през човешкото тяло, или напрежението на докосването и зависи от редица фактори: веригата за затваряне на токовата верига през човешкото тяло, мрежовото напрежение , веригата на самата мрежа, нейния неутрален режим (заземен или изолиран неутрален), степента на изолация на токопроводящите части от земята, стойностите на капацитета на тоководещите части спрямо земята и др.
- ^
Мерки за защита срещу токов удар
За предотвратяване на опасното въздействие на електрически ток върху човек се прилагат следните защитни мерки: защитно заземяване; нулиране, електрическо разделяне на мрежи; използването на ниско напрежение; контрол и предотвратяване на увреждане на изолацията; двойна изолация; защитно изключване; изравняване на потенциала; защита срещу случаен контакт с части под напрежение; защитни устройства; електрически защитни съоръжения и устройства; блокиране; предупредителни знаци, знаци за безопасност.
Съгласно GOST 12.1.019-79 SSBT, електрическата безопасност и работата на защитното оборудване срещу опасност от токов удар се осигуряват от: проектирането на електрически инсталации, технически методи
и средства за защита; организационни и технически мерки.
Защитното заземяване е най-често срещано и е ефективен начинзащита срещу токов удар.
Това е умишлена електрическа връзка със земята или еквивалентна на нетокови метални части на оборудването. Принципът на действие на защитното заземяване е да намали контактното напрежение и тока, протичащи през човешкото тяло, до безопасни стойности.
Целта на защитното заземяване е да премахне опасността от токов удар в случай на докосване на човек
към корпуса на електрическо оборудване или към други метални части без ток, които са под напрежение. Този метод за защита на човек от напрежение чрез електрически ток се основава на феномена на изтичане на ток в земята.
Фигура 4 показва схематична диаграма на защитно заземяване и потенциална крива, която отразява закона за разпределение на потенциала върху земната повърхност около единичен заземяващ проводник, 
, където е показано, че когато се случи затваряне в точка A, законът за разпределение на потенциала има хиперболичен характер, а потенциалът има максимална стойност в точката на затваряне A, намаляваща при отдалечаване от затварянето.
Защитното заземяване се състои от вертикални заземители, свързани помежду си с лентови хоризонтални заземители и разположени в земята на дълбочина H 0 най-малко 0,5 м. Като вертикално заземяване се използват метални елементи под формата на пръти, тръби, ъгли, канали и др. проводници, като правило се използва метална лента със сечение 12x4; 16х4 мм. Свързването на лентата с вертикални заземяващи проводници не е разрешено в съответствие с PUE.
Фигура 4 - електрическа схемазащитна земя
— напрежение на докосване, V; 
е големината на тока, A; ―
Крива на потенциала; EC - ел.инсталационен корпус; 
― устойчивост на защитната инсталация; 
― електрическо съпротивление на тялото на човек; Z - вертикално заземяване
На практика се използват групови заземители - паралелно свързване на единични заземители и лента. Такъв заземяващ проводник има по-ниско съпротивление на разпръскване на тока и създава по-добро изравняване на потенциала в обема и на земната повърхност.
Изискването за конструкцията, устройството и параметрите на защитното заземяване се определят от Правилата за електрическа инсталация (PUE) и GOST 12.1.030-81 SSBT „Електрическа безопасност. Защитно заземяване, зануляване.
Като заземители, освен изкуствени, се използват естествени заземители - това са метални предмети, разположени в земята (водопроводи, други метални тръби, с изключение на тръбопроводи за запалими течности, запалими и експлозивни газове; метални и стоманобетонни конструкции на сгради и конструкции, които са свързани със земята; кабели с оловни черупки и др.)
Нормативните документи установяват стойността на най-високото допустимо съпротивление на защитено заземително устройство
в електрически инсталации. И така, в електрически инсталации да 1000 V в мрежа с изолирана неутрала с мощност на генератор до 1000 kVA е 10 ома, а с мощност до 100 kVA е 4 ома.
Изчисляването на заземяващото устройство се състои в определяне на вида на заземяването, броя, размера, метода на разположение на единичните заземяващи проводници.
В съответствие с PUE, заземяването или заземяването на електрически инсталации трябва да се извърши:
при напрежение 380 V и повече AC;
при напрежение 440 V и повече постоянен ток;
при напрежение над 42 V, но под 380 V AC
и над 110 V, но под 440 V DC (в помещения с повишена опасност, особено опасни и при външни инсталации).
Нулирането е умишлено електрическо свързване с нулев защитен проводник на метални части от оборудване, които не носят ток, които могат да се захранват поради късо съединение в корпуса. Налице е бързо изключване на повредената ел. инсталация от електрическата мрежа.
Принципът на действие на нулиране е трансформирането на късо съединение към тялото в еднофазно късо съединение между фазовия и нулевия проводник, за да се генерира голям ток по големина, способен да осигури действие на защита и по този начин автоматично да изключи повредена ел. инсталация от електрическата мрежа.
Като средства за защита може да има предпазители, магнитни стартери с вградена термична защита, контактори в комбинация с термични релета, автомати, които едновременно предпазват от токове на късо съединение и претоварване.
Нулирането се използва в трифазни четирипроводни мрежи
със заземена неутрала. На заземяване подлежат части от електрообзавеждане без ток, които трябва да бъдат заземени. В същото време не е забранено заземяването и заземяването на електрически инсталации, тъй като това подобрява условията за безопасност поради допълнително заземяване на неутралния защитен проводник.
земно съединениенаречена случайно електрическо свързване към земята на части от електрическа инсталация, която е под напрежение.
Заземяване възниква, когато изолацията е повредена и късо съединение
фази върху тялото на електрическото оборудване, когато счупен проводник падне на земята и по други причини.
Потокът на ток в земята става през проводник, който е в пряк контакт с него и се нарича заземяващ електрод . Заземителните превключватели изпълняват защитна функция, тъй като при късо съединение потенциалът на повредената фаза спрямо земята намалява до стойност, равна на спада на напрежението върху заземителния проводник:
Uz = Iz Rz,(1)
където: Iz - ток на земното съединение,
Rz - съпротивление на разпръскването на тока на заземителния проводник.
Токът се разпространява от заземителния проводник равномерно във всички посоки по повърхността и в дълбините на земята. Когато се отдалечите от заземяващия електрод, плътността на тока намалява, т.к напречното сечение на земния слой, през което преминава токът, се увеличава, т.е. потенциалът на земната повърхност намалява с разстояние от земния електрод от максималната стойност на заземяващия електрод до нула на безкрайно голямо разстояние от него (l » 20 m).
Зоната на земята, в която електрическият потенциал, дължащ се на токове на земното съединение, не е равен на нула, се нарича текуща зона на разпространение .
Напрежението между две точки в токова верига, докоснати от човек по едно и също време, се нарича напрежение на докосване .
U pr \u003d U s - U x,(2)
където U g е потенциалът на заземяващия електрод, под който са разположени корпусите
електрическо оборудване, електрически свързано към заземяващия електрод;
U x - потенциалът, придобит от краката на стоящ на човек
земна повърхност в зоната на разпространение на тока на разстояние x от
заземяващ електрод.
|
Напрежение на докосване U pr се увеличава от нула (при заземяващия електрод) до максимална стойност на разстояние от 20 метра.
Напрежението между две точки от токовата верига, разположени една от друга на разстояние стъпка (» 0,8 m.), на която човек стои едновременно, се нарича стъпково напрежение .
Стъпково напрежение U w колкото е възможно по-близо до заземяващия електрод , намалява с разстоянието от него и е равно на нула извън зоната на разпръскване. Навсякъде в зоната на разпространение стъпковото напрежение е по-голямо, толкова по-голяма е ширината на стъпката .
Забранено е приближаването до падналата на земята тел на разстояние по-малко от 6 - 8 метра. След като попаднете в опасната зона, трябва да я напуснете с малки крачки в посока, обратна на мястото на инцидента.
Класификация на помещенията по
Степени на опасност от повреда
токов удар
Съгласно Правилата за електрическа инсталация (PUE), по отношение на опасността от токов удар за хората, има:
1) помещения без повишена опасност , при които няма условия, създаващи повишена и особена опасност;
2) зони с висок риск характеризиращи се с наличието в тях на едно от следните пет условия, които създават повишена опасност:
а) влага (влажност повече от 75%) за дълго време,
б) проводящ прах (въглища, метал и др.),
в) проводими подове (бетон, стоманобетон, метал, пръст и др.),
г) висока температура (повече от 35 ° C) за дълго време;
д) възможността за едновременен контакт с металните корпуси на електрическото оборудване и елементите на сградата и конструкциите, свързани със земята;
3) особено опасни помещения се характеризират с:
а) изключителна влажност (относителна влажност близо до 100%),
б) химически активна или органична среда (агресивни пари, газове и течности, отлагания или мухъл), които разрушават изолацията и тоководещите части на електрическото оборудване,
в) едновременното наличие на две или повече условия, които създават повишена опасност;
4) територия за външни ел. инсталации , които се приравняват към особено опасни помещения, т.к. характеризира се с наличието на условия, които създават конкретна опасност.
Разпределение на потенциала на повърхността на земята, диаграма.
Опасността от токов удар за човек до голяма степен се определя от явленията, които възникват при протичане на електрически ток в земята.
Потокът на ток в земята се осъществява само през проводник, който е в пряк контакт с него. Такъв контакт може да бъде случаен или преднамерен. В последния случай проводник или група от свързани помежду си проводници, които са в контакт със земята, се нарича заземяващ електрод.
Причините за протичането на ток в земята са: късо съединение на токопроводящата част към заземеното тяло на електрическото оборудване; падаща тел на земята; използване на земята като проводник и др. Във всички тези случаи се наблюдава рязко намаляване на потенциала на заземената част на електрическото оборудване jz, V до стойност, равна на произведението на тока, протичащ в земята, Iz, A, и съпротивлението, което този ток среща по пътя си, т.е. съпротивлението на заземяващия електрод към разпространението на тока Rz, Ohm:
Потокът на ток в земята се придружава от появата не само върху заземяващия електрод, но и в земята около заземяващия електрод и следователно на повърхността на земята на някои потенциали.
Трябва да знаем от какво зависят стойностите на тези потенциали, как се променят с промени в разстоянието до заземяващия електрод, тоест да знаем уравнението на потенциалната крива.
Разпределение на потенциала на повърхността на земята. Затварянето на части от електрически инсталации към земята е придружено от протичане на ток през нея. Земята става част от електрическата верига. В този случай поради съпротивлението на земята се получава спад на напрежението и се появява потенциална разлика между отделните точки на земната повърхност.
Помислете за схемата на разпространение на тока в земята по време на повреда на изолацията на електрическа инсталация или счупен проводник, падащ на земята (фиг. 16.14). Да приемем, че връзката със земята се осъществява чрез полусферичен заземяващ електрод. Почвата е хомогенна с съпротивление r. В този случай токът на късо съединение I3 ще изтече от повърхността на заземяващия електрод в посока на радиусите от центъра на сферата. Плътност на тока δ в точка А на земната повърхност на разстояние x от центъра на сферата
Токът от заземителния проводник се разпространява върху значителен обем от земята. С увеличаване на разстоянието от заземяващия електрод плътността на тока намалява поради рязко увеличаване на напречното сечение на земята, през която протича токът. В точки, безкрайно отдалечени от заземяващия електрод (x>∞), плътността на тока е равна на нула.
Измерванията на потенциалите в точката на земята на различни разстояния от заземяващия електрод показаха, че разпределението на потенциалите по повърхността на земята, когато токът се разпространява от полусферичния заземяващ електрод, се подчинява на хиперболичния закон (виж кривата на фиг. 16.14) .
На разстояние 1 m от заземителния електрод падането на напрежението е 68%, на разстояние 10 m - 92%, на разстояние 20 m потенциалите на точките са толкова малки, че практически могат да се вземат равни на нула. Тези точки на земната повърхност могат да се считат за извън зоната на разпространение и наречени "земя" в електрическия смисъл на думата.
Подобно разпределение на потенциалите възниква, когато токът се разпространява от заземяващи проводници с различна форма (тръба, плоча, точка на контакт на счупен проводник със земята и др.).
Токът се оттича в земята само през проводник, който е в пряк контакт със земята. Такъв контакт може да бъде случаен или преднамерен.
В последния случай проводник или група от свързани помежду си проводници, които са в контакт със земята, се нарича заземяващ електрод. Единичен проводник в контакт със земята се нарича единичен заземяващ електрод, а заземяващ електрод, състоящ се от няколко паралелно свързани единични заземяващи електрода, се нарича групов или комплексен заземяващ електрод.
Потокът на ток в земята е придружен от появата на някои потенциали върху заземяващия електрод, в земята около заземяващия електрод и на повърхността на земята. В обема на земята, където преминава токът, възниква така нареченото поле за разпространение на тока. Теоретично се простира до безкрайност. Въпреки това, в реални условия, вече на разстояние 20 m от земния електрод, напречното сечение на земния слой, през който преминава токът, се оказва толкова голямо, че плътността на тока тук е практически равна на нула. Следователно, със сферичен заземяващ електрод с малък радиус, разпръскващото поле може да се разглежда като ограничен обем на сфера с радиус от около 20 m.
картина. Полусферичен електрод
картина. Крива на потенциала на единичен полусферичен земен електрод - показва разпределението на потенциалите на земната повърхност
картина. Еквипотенциални линии - линии на повърхността на земята със същия потенциал
Основните характеристики на системата с един заземен електрод са:
- напрежение на заземяващия електрод;
| Дизайн на заземяващ електрод | Забележка | |
| I c - ток, протичащ в земята, R - радиус на топката; ρ - съпротивление на земята | ||
 |
||
| D - диаметър на диска | ||
 |
l е дължината на заземяващия електрод; d е диаметърът на сечението на заземяващия прът |
- вид потенциална крива (потенциали на земните точки в зоната на разпространение и тяхното изменение в зависимост от разстоянието до заземяващия електрод);
| Дизайн на заземяващ електрод | Уравнение за определяне на потенциалната крива | Забележка |
| Полусферичен на повърхността на земята |  |
|
| Пръчка с кръгло сечение на повърхността на земята |  |
l е дължината на заземяващия електрод |
| Диск на земята |  |
D - диаметър на диска |
| Удължен прът с кръгло напречно сечение, лежащ на земята | По оста на заземителния електрод  |
l е дължината на заземяващия електрод |
Напречно на заземяващата ос  |
- вид на еквипотенциалните линии (линии с равен потенциал на повърхността на земята);
- съпротивление на заземяващия проводник и заземителното устройство;
- напрежения на допир и стъпка.
Помислете за физическите явления за групово заземяване.
При безкрайно големи разстояния между електродите на групов заземяващ електрод (на практика може да се счита, че повече от 40 m), полетата на разпространение на тока около тях практически не взаимодействат. В този случай потенциалните криви на всеки електрод не се пресичат взаимно.
картина. Тип групов заземителен прът с кръгло напречно сечение на повърхността на земята (с "голямо" разстояние между електродите)
картина. Разпределение на потенциалите на земната повърхност с групов заземяващ електрод (с "голямо" разстояние между електродите)
На малки разстояния между електродите на груповия заземяващ електрод (по-малко от 40 m) полетата на разпространение на тока изглежда се припокриват едно с друго и потенциалните криви на електродите взаимно се пресичат и, като се сумират, образуват непрекъсната обща потенциална крива на групов заземяващ електрод. Тъй като електродите на груповия заземяващ електрод са електрически свързани помежду си, те имат същия потенциал, който е потенциалът на груповия заземяващ електрод. Следователно, потенциалът на всеки електрод от груповия заземяващ електрод ще се състои от собствен потенциал, дължащ се на тока, изтичащ през него, и потенциалите, индуцирани от други електроди. AT общ случайсобствените потенциали на електродите не са равни, както и потенциалите, индуцирани от други електроди, не са равни. Въпреки това, сумата от неговите собствени и всички потенциали, индуцирани върху електрода за всички електроди, е една и съща и е равна на потенциала на груповия заземяващ електрод.
картина. Разпределение на потенциалите на земната повърхност с групов заземяващ електрод (в синьо са потенциалните криви на единични заземителни електроди, а в червено - потенциалната крива на групов заземяващ електрод)
В резултат на това повърхността на земята в областите между електродите придобива определен потенциал. В този случай формата на кривата на общия потенциал зависи от разстоянието между електродите, тяхното взаимно положение, брой, форма и размер.
