Javy, keď prúd tečie do zeme. Napätie
dotykové, krokové napätie
Tok prúdu do zeme je jav, pri ktorom dochádza k prudkému poklesu potenciálu napájaných kovových častí zariadenia (skriňa, rám atď.) na potenciál uzemňovacej elektródy φ 3: φ 3 = ja 3 R 3 ,
Kde je veľkosť prúdu tečúceho do zeme;
― odpor, ktorý sa rovná odporu uzemňovacieho zariadenia.
Medzi puzdrom a zemou sa vytvorí spojenie s vysokou vodivosťou, vďaka čomu prúdi prúd. Prechádzajúc ľudským telom sa stáva životu nebezpečným. Pretože v prípade núdze, napríklad keď dôjde k skratu fázy na puzdre, dotyk pracovníka na puzdro sa rovná dotyku fázy a jeho telom môže pretiecť nebezpečný prúd. Nebezpečenstvo napätia v prítomnosti ochranného uzemnenia je znížené, pretože je vytvorený elektrický obvod pre prúd, ktorý má nízky odpor = 4 ohmy alebo 10 ohmov, v dôsledku čoho prúd uteká po dráhe najmenej odpor.
Odpor ľudského tela môže mať hodnoty: 104 ... 106 Ohm. Na zabezpečenie väčšej spoľahlivosti ochranných zariadení, ktoré zaisťujú elektrickú bezpečnosť, sa používa vypočítaná hodnota ľudského odporu rovnajúca sa 1000 ohmom.
Krokové napätie (krokové napätie) je napätie medzi bodmi zeme v dôsledku šírenia poruchového prúdu na zem, pričom sa ich súčasne dotýkajú nohy osoby.
Najväčší elektrický potenciál bude v mieste kontaktu vodiča so zemou. Ako sa vzďaľujete od tohto miesta, potenciál povrchu zeme klesá, pretože prierez vodiča (pôdy) sa zvyšuje úmerne so štvorcom polomeru a vo vzdialenosti 20 m sa môže rovnať nule.
Poškodenie krokovým napätím sa zhoršuje tým, že v dôsledku kŕčovitých kontrakcií svalov nôh môže človek spadnúť, po čom sa na tele uzavrie elektrický obvod cez životne dôležité orgány.
Napätie medzi dvoma bodmi elektrického obvodu, ktorého sa človek súčasne dotkne, sa nazýva dotykové napätie.
Nebezpečenstvo takéhoto dotyku sa odhaduje podľa hodnoty prúdu prechádzajúceho ľudským telom alebo napätia dotyku a závisí od množstva faktorov: obvod na uzavretie prúdového obvodu cez ľudské telo, napätie v sieti. , obvod samotnej siete, režim jej neutrálu (uzemnený alebo izolovaný neutrál), stupeň izolácie častí pod prúdom od zeme, hodnoty kapacity častí pod prúdom vzhľadom na zem atď.
- ^
Opatrenia na ochranu pred úrazom elektrickým prúdom
Aby sa zabránilo nebezpečným účinkom elektrického prúdu na osobu, uplatňujú sa tieto ochranné opatrenia: ochranné uzemnenie; nulovanie, elektrické oddelenie sietí; použitie nízkeho napätia; kontrola a prevencia poškodenia izolácie; dvojitá izolácia; ochranné vypnutie; vyrovnanie potenciálu; ochrana pred náhodným kontaktom so živými časťami; ochranné zariadenia; elektrické ochranné zariadenia a prístroje; blokovanie; výstražné značky, bezpečnostné značky.
Podľa GOST 12.1.019-79 SSBT zabezpečuje elektrickú bezpečnosť a prevádzku ochranných zariadení pred nebezpečenstvom úrazu elektrickým prúdom: projektovanie elektrických inštalácií, technické metódy
a prostriedky ochrany; organizačné a technické opatrenia.
Ochranné uzemnenie je najbežnejšie a je efektívnym spôsobom ochrana pred úrazom elektrickým prúdom.
Ide o úmyselné elektrické spojenie so zemou alebo jeho ekvivalent k bezprúdovým kovovým častiam zariadenia. Princípom fungovania ochranného uzemnenia je zníženie dotykového napätia a prúdu pretekajúceho ľudským telom na bezpečné hodnoty.
Účelom ochranného uzemnenia je eliminovať nebezpečenstvo úrazu elektrickým prúdom v prípade dotyku osoby
na teleso elektrického zariadenia alebo na iné kovové časti bez prúdu, ktoré sú pod napätím. Tento spôsob ochrany človeka pred napätím elektrickým prúdom je založený na fenoméne odvádzania prúdu do zeme.
Obrázok 4 zobrazuje schematický diagram ochranného uzemnenia a potenciálovú krivku, ktorá odráža zákon rozloženia potenciálu na zemskom povrchu okolo jediného uzemňovacieho vodiča, 
, kde je ukázané, že keď dôjde k uzavretiu v bode A, zákon rozdelenia potenciálu má hyperbolický charakter a potenciál má maximálnu hodnotu v bode uzavretia A, ktorá sa zmenšuje, keď sa vzďaľuje od uzáveru.
Ochranné uzemnenie pozostáva z vertikálnych uzemňovacích vodičov prepojených pásovými vodorovnými uzemňovacími vodičmi a umiestnených v zemi v hĺbke H 0 najmenej 0,5 m. Ako zvislé uzemnenie sa používajú kovové prvky vo forme tyčí, rúrok, uholníkov, kanálov atď. vodiče.spravidla sa používa kovový pás s prierezom 12x4; 16x4 mm. Spojenie pásu s vertikálnymi uzemňovacími vodičmi nie je povolené v súlade s PUE.
Obrázok 4 - schému zapojenia ochranná zem
— dotykové napätie, V; 
je veľkosť prúdu, A; ―
Potenciálna krivka; EC - puzdro na elektroinštaláciu; 
― odolnosť ochrannej inštalácie; 
― elektrický odpor tela osoby; Z - vertikálne uzemnenie
V praxi sa používajú skupinové uzemňovacie vodiče - paralelné spojenie jednotlivých uzemňovacích vodičov a pásika. Takýto uzemňovací vodič má menšiu odolnosť proti šíreniu prúdu a vytvára lepšie vyrovnanie potenciálu v objeme a na povrchu zeme.
Požiadavky na konštrukciu, zariadenie a parametre ochranného uzemnenia určujú Pravidlá elektrickej inštalácie (PUE) a GOST 12.1.030-81 SSBT „Elektrická bezpečnosť. Ochranné uzemnenie, nulovanie.
Ako uzemňovacie vodiče sa okrem umelých používajú prírodné uzemňovacie vodiče - sú to kovové predmety nachádzajúce sa v zemi (vodné potrubia, iné kovové potrubia okrem potrubí horľavých kvapalín, horľavých a výbušných plynov; kovové a železobetónové konštrukcie budovy a stavby, ktoré sú spojené so zemou; olovené káble, atď.)
Regulačné dokumenty stanovujú hodnotu najvyššieho prípustného odporu chráneného uzemňovacieho zariadenia
v elektrických inštaláciách. Takže v elektrických inštaláciách áno 1000 V v sieti s izolovaným neutrálom s výkonom generátora do 1000 kVA je 10 ohmov a s výkonom do 100 kVA sú to 4 ohmy.
Výpočet uzemňovacieho zariadenia spočíva v určení druhu uzemnenia, počtu, veľkosti, spôsobu umiestnenia jednotlivých uzemňovacích vodičov.
V súlade s PUE by sa malo vykonať uzemnenie alebo uzemnenie elektrických inštalácií:
pri napätí 380 V a vyššom AC;
pri napätí 440 V a nad jednosmerným prúdom;
pri napätiach nad 42 V, ale pod 380 V AC
a nad 110 V, ale pod 440 V DC (v miestnostiach so zvýšeným nebezpečenstvom, obzvlášť nebezpečným a vo vonkajších inštaláciách).
Nulovanie je zámerné elektrické spojenie s nulovým ochranným vodičom kovových bezprúdových častí zariadenia, ktoré sa môže dostať pod napätie v dôsledku skratu na skrinke. Dochádza k rýchlemu odpojeniu poškodenej elektroinštalácie od elektrickej siete.
Princípom činnosti nulovania je transformácia skratu do tela na jednofázový skrat medzi fázovým a nulovým vodičom, aby sa vytvoril veľký prúd, ktorý je schopný zabezpečiť ochrannú činnosť a tým automaticky odpojiť poškodená elektroinštalácia z elektrickej siete.
Ako prostriedky ochrany môžu byť poistky, magnetické štartéry so zabudovanou tepelnou ochranou, stýkače v kombinácii s tepelnými relé, automatické stroje, ktoré súčasne chránia pred skratovými prúdmi a preťažením.
Nulovanie sa používa v trojfázových štvorvodičových sieťach
s uzemneným neutrálom. Nulovaniu podliehajú bezprúdové časti elektrického zariadenia, ktoré musia byť uzemnené. Zároveň nie je zakázané uzemňovať a uzemňovať elektrické inštalácie, pretože to zlepšuje bezpečnostné podmienky v dôsledku dodatočného uzemnenia neutrálneho ochranného vodiča.
zemné spojenie nazývané náhodné elektrické spojenie so zemou častí elektrickej inštalácie, ktorá je pod napätím.
Pri poškodení izolácie a skrate nastáva zemné spojenie
fázy na telese elektrického zariadenia, pri páde prerušeného drôtu na zem a z iných príčin.
Tok prúdu do zeme nastáva cez vodič, ktorý je s ňou v priamom kontakte a je tzv uzemňovacia elektróda . Uzemňovacie spínače vykonávajú ochrannú funkciu, pretože keď dôjde ku skratu, potenciál poškodenej fázy vzhľadom na zem klesá na hodnotu rovnajúcu sa poklesu napätia na uzemňovacom vodiči:
Uz = Iz Rz,(1)
kde: Iz - zemný poruchový prúd,
Rz - odpor šírenia prúdu uzemňovacieho vodiča.
Prúd sa šíri z uzemňovacieho vodiča rovnomerne všetkými smermi po povrchu a do hlbín zeme. Keď sa vzdialite od uzemňovacej elektródy, hustota prúdu klesá, pretože zväčšuje sa prierez zemskej vrstvy, ktorou prúd prechádza, t.j. potenciál zemného povrchu klesá so vzdialenosťou od uzemňovacej elektródy od maximálnej hodnoty na zemnej elektróde k nule v nekonečne veľkej vzdialenosti od nej (l » 20 m).
Nazýva sa zóna zeme, v ktorej sa elektrický potenciál v dôsledku zemných poruchových prúdov nerovná nule aktuálna zóna šírenia .
Napätie medzi dvoma bodmi v prúdovom obvode, ktorého sa človek súčasne dotkne, sa nazýva dotykové napätie .
U pr \u003d U s - U x,(2)
kde U g je potenciál uzemňovacej elektródy, pod ktorou sú umiestnené puzdrá
elektrické zariadenia elektricky pripojené k uzemňovacej elektróde;
U x - potenciál získaný nohami stojacej osoby
zemského povrchu v oblasti šírenia prúdu vo vzdialenosti x od
uzemňovacia elektróda.
|
Dotykové napätie U pr sa zvyšuje od nuly (pri uzemňovacej elektróde) do maximálnej hodnoty na vzdialenosť 20 metrov.
Napätie medzi dvoma bodmi prúdového obvodu, ktoré sa nachádzajú jeden od druhého v krokovej vzdialenosti (» 0,8 m.), na ktorých človek súčasne stojí, sa nazýva krokové napätie .
Krokové napätie U w čo najbližšie k uzemňovacej elektróde , klesá so vzdialenosťou od nej a rovná sa nule mimo zóny šírenia. Kdekoľvek v zóne šírenia čím väčšie je krokové napätie, tým väčšia je šírka kroku .
K drôtu, ktorý spadol na zem, je zakázané približovať sa na vzdialenosť menšiu ako 6 - 8 metrov. Keď ste v nebezpečnej zóne, mali by ste ju opustiť malými krokmi v smere opačnom k miestu nehody.
Klasifikácia priestorov podľa
Stupne nebezpečenstva poškodenia
elektrický šok
Podľa pravidiel elektrickej inštalácie (PUE) s ohľadom na nebezpečenstvo úrazu elektrickým prúdom pre ľudí existujú:
1) priestory bez zvýšeného nebezpečenstva , v ktorom nie sú žiadne podmienky, ktoré vytvárajú zvýšené a osobitné nebezpečenstvo;
2) vysoko rizikové oblasti charakterizované prítomnosťou v nich jednej z nasledujúcich piatich podmienok, ktoré vytvárajú zvýšené nebezpečenstvo:
a) vlhkosť (vlhkosť viac ako 75%) po dlhú dobu,
b) vodivý prach (uhlie, kov atď.),
c) vodivé podlahy (betón, železobetón, kov, zemina atď.),
d) vysoká teplota (viac ako 35 ° C) po dlhú dobu;
e) možnosť súčasného kontaktu s kovovými skriňami elektrických zariadení a prvkov budovy a konštrukcií spojených so zemou;
3) obzvlášť nebezpečné priestory sa vyznačujú:
a) extrémna vlhkosť (relatívna vlhkosť takmer 100%),
b) chemicky aktívne alebo organické prostredie (agresívne pary, plyny a kvapaliny, usadeniny alebo plesne), ktoré ničí izoláciu a časti elektrického zariadenia, pod ktorými prúdi,
c) súčasná prítomnosť dvoch alebo viacerých stavov, ktoré vytvárajú zvýšené nebezpečenstvo;
4) územie pre vonkajšie elektrické inštalácie , ktoré sú prirovnávané k obzvlášť nebezpečným priestorom, tk. charakterizované prítomnosťou podmienok, ktoré vytvárajú osobitné nebezpečenstvo.
Rozloženie potenciálu na povrchu zeme, schéma.
Nebezpečenstvo úrazu elektrickým prúdom pre človeka je do značnej miery určené javmi, ktoré sa vyskytujú, keď elektrický prúd prúdi do zeme.
Tok prúdu do zeme sa vyskytuje iba cez vodič, ktorý je s ňou v priamom kontakte. Takýto kontakt môže byť náhodný alebo úmyselný. V druhom prípade sa vodič alebo skupina prepojených vodičov, ktoré sú v kontakte so zemou, nazýva uzemňovacia elektróda.
Dôvody toku prúdu do zeme sú: skrat časti vedúcej prúd k uzemnenému telesu elektrického zariadenia; padajúci drôt na zem; použitie zeme ako drôtu atď. Vo všetkých týchto prípadoch dochádza k prudkému poklesu potenciálu uzemnenej časti elektrického zariadenia jz, V na hodnotu rovnajúcu sa súčinu prúdu tečúceho do zeme Iz, A a odporu, na ktorý tento prúd naráža. na svojej ceste, t.j. odpor uzemňovacej elektródy voči šíreniu prúdu Rz, Ohm:
Prúd prúdu do zeme je sprevádzaný výskytom niektorých potenciálov nielen na uzemňovacej elektróde, ale aj v zemi okolo uzemňovacej elektródy, a teda aj na povrchu zeme.
Potrebujeme vedieť, od čoho závisia hodnoty týchto potenciálov, ako sa menia so zmenami vzdialenosti od uzemňovacej elektródy, teda poznať rovnicu krivky potenciálu.
Rozloženie potenciálu na zemskom povrchu. Uzavretie častí elektrických inštalácií k zemi je sprevádzané tokom prúdu cez ňu. Zem sa stáva súčasťou elektrického obvodu. V tomto prípade vplyvom odporu zeme dochádza k poklesu napätia a medzi jednotlivými bodmi zemského povrchu vzniká rozdiel potenciálov.
Zvážte schému šírenia prúdu v zemi počas poruchy izolácie elektrickej inštalácie alebo prerušeného drôtu padajúceho na zem (obr. 16.14). Predpokladajme, že spojenie so zemou sa vykonáva cez pologuľovú uzemňovaciu elektródu. Pôda je homogénna s merným odporom r. V tomto prípade bude skratový prúd I3 odtekať z povrchu uzemňovacej elektródy v smere polomerov zo stredu gule. Prúdová hustota δ v bode A na povrchu zeme vo vzdialenosti x od stredu gule
Prúd z uzemňovacieho vodiča sa šíri po značnom objeme zeme. Keď sa vzdialenosť od uzemňovacej elektródy zväčšuje, hustota prúdu klesá v dôsledku prudkého nárastu prierezu zeme, cez ktorú prúd preteká. V bodoch nekonečne vzdialených od uzemňovacej elektródy (x>∞) sa hustota prúdu rovná nule.
Merania potenciálov v bode zeme v rôznych vzdialenostiach od zemskej elektródy ukázali, že rozloženie potenciálov po zemskom povrchu pri šírení prúdu z pologuľovej zemnej elektródy sa riadi hyperbolickým zákonom (pozri krivku na obr. 16.14).
Vo vzdialenosti 1 m od uzemňovacej elektródy je úbytok napätia 68%, vo vzdialenosti 10 m - 92%, vo vzdialenosti 20 m sú potenciály bodov také malé, že ich možno prakticky považovať za rovné nula. Tieto body na povrchu zeme možno považovať za body mimo zóny šírenia a nazývané „zem“ v elektrickom zmysle slova.
K podobnému rozloženiu potenciálov dochádza, keď sa prúd šíri z uzemňovacích vodičov iného tvaru (rúrka, platňa, miesto kontaktu prerušeného drôtu so zemou atď.).
Prúd odvádza do zeme len cez vodič, ktorý je v priamom kontakte so zemou. Takýto kontakt môže byť náhodný alebo úmyselný.
V druhom prípade sa vodič alebo skupina prepojených vodičov, ktoré sú v kontakte so zemou, nazýva uzemňovacia elektróda. Jediný vodič v kontakte so zemou sa nazýva jediná uzemňovacia elektróda a uzemňovacia elektróda pozostávajúca z niekoľkých paralelne zapojených samostatných uzemňovacích elektród sa nazýva skupinová alebo komplexná uzemňovacia elektróda.
Tok prúdu do zeme je sprevádzaný objavením sa niektorých potenciálov na uzemňovacej elektróde, v zemi okolo uzemňovacej elektródy a na povrchu zeme. V objeme zeme, kde prúd prechádza, vzniká takzvané pole šírenia prúdu. Teoreticky siaha do nekonečna. V skutočných podmienkach sa však už vo vzdialenosti 20 m od uzemňovacej elektródy ukazuje, že prierez vrstvy zeme, cez ktorý prúd prechádza, je taký veľký, že hustota prúdu je tu prakticky nulová. Preto pri guľovej uzemňovacej elektróde s malým polomerom možno pole šírenia považovať za obmedzený objem gule s polomerom asi 20 m.
Obrázok. Hemisférická elektróda
Obrázok. Potenciálna krivka jednej pologuľovej zemnej elektródy - znázorňuje rozloženie potenciálov na zemskom povrchu
Obrázok. Ekvipotenciálne čiary - čiary na povrchu zeme s rovnakým potenciálom
Hlavné charakteristiky systému jednej uzemňovacej elektródy sú:
- napätie na uzemňovacej elektróde;
| Konštrukcia uzemňovacej elektródy | Poznámka | |
| I c - prúd tečúci do zeme, R - polomer lopty; ρ - zemný odpor | ||
 |
||
| D - priemer kotúča | ||
 |
l je dĺžka uzemňovacej elektródy; d je priemer prierezu uzemňovacej tyče |
- typ potenciálovej krivky (potenciály zemných bodov v šíriacej sa zóne a ich zmena v závislosti od vzdialenosti k zemnej elektróde);
| Konštrukcia uzemňovacej elektródy | Rovnica na určenie potenciálnej krivky | Poznámka |
| Pologuľovité na povrchu zeme |  |
|
| Tyč kruhového prierezu na povrchu zeme |  |
l je dĺžka uzemňovacej elektródy |
| Disk na zemi |  |
D - priemer kotúča |
| Predĺžená tyč kruhového prierezu ležiaca na zemi | Pozdĺž osi uzemňovacej elektródy  |
l je dĺžka uzemňovacej elektródy |
Cez uzemňovaciu os  |
- typ ekvipotenciálnych čiar (čiary rovnakého potenciálu na povrchu zeme);
- odpor uzemňovacieho vodiča a uzemňovacieho zariadenia;
- dotykové a krokové napätie.
Zvážte fyzikálne javy pre skupinové uzemnenie.
Pri nekonečne veľkých vzdialenostiach medzi elektródami skupinovej uzemňovacej elektródy (v praxi možno uvažovať, že viac ako 40 m) prúdové polia okolo nich prakticky neinteragujú. V tomto prípade sa potenciálové krivky každej elektródy navzájom nepretínajú.
Obrázok. Typ skupinovej uzemňovacej tyče s kruhovým prierezom na povrchu zeme (s „veľkou“ vzdialenosťou medzi elektródami)
Obrázok. Rozloženie potenciálov na zemskom povrchu pomocou skupinovej uzemňovacej elektródy (s "veľkou" vzdialenosťou medzi elektródami)
Zdá sa, že pri malých vzdialenostiach medzi elektródami skupinovej uzemňovacej elektródy (menej ako 40 m) sa polia šírenia prúdu navzájom prekrývajú a potenciálové krivky elektród sa vzájomne pretínajú a tvoria súvislú krivku celkového potenciálu elektródy. skupinová uzemňovacia elektróda. Pretože elektródy skupinovej uzemňovacej elektródy sú elektricky prepojené, majú rovnaký potenciál, aký je potenciál skupinovej uzemňovacej elektródy. V dôsledku toho bude potenciál každej elektródy skupinovej uzemňovacej elektródy pozostávať z jej vlastného potenciálu v dôsledku prúdu, ktorý cez ňu prechádza, a potenciálov indukovaných inými elektródami. AT všeobecný prípad vlastné potenciály elektród nie sú rovnaké, rovnako ako potenciály indukované inými elektródami nie sú rovnaké. Súčet jeho vlastných a všetkých potenciálov indukovaných na elektróde pre všetky elektródy je však rovnaký a rovný potenciálu skupinovej uzemňovacej elektródy.
Obrázok. Rozloženie potenciálov na zemskom povrchu so skupinovou uzemňovacou elektródou (modrou farbou sú potenciálové krivky jednotlivých zemných elektród a červenou farbou potenciálová krivka skupinovej uzemňovacej elektródy)
Výsledkom je, že povrch zeme v oblastiach medzi elektródami nadobúda určitý potenciál. V tomto prípade tvar krivky celkového potenciálu závisí od vzdialenosti medzi elektródami, ich vzájomnej polohy, počtu, tvaru a veľkosti.
