Охрана труда и БЖД

Отекание тока в землю происходит только 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.

При стекании тока в землю происходит резкое снижение потенциала заземлившейся токоведущей части до значения ф3 (В), равного произведению тока, стекающего в землю I3 (А) на сопротивление, которое этот ток встречает на своем пути R3 (Ом):

Это явление, весьма благоприятное по условиям безопасности, используется как мера защиты от поражения током при случайном появлении напряжения на металлических токоведущих у частях, которые с этой целью заземляют. Однако наряду с понижением потенциала заземлившейся токоведущей части при стекании тока в землю возникают и отрицательные явления, а именно, появление потенциалов на заземлителе и находящихся в контакте с ним металлических частях, а также на поверхности грунта вокруг места отекания тока в землю, что может представлять опасность для жизни человека.

Характер распределения потенциалов на поверхности земли, т. е. изменение величины потенциала при изменениях расстояния до заземлителя, можно оценить, рассмотрев случай отекания тока I3 (А) в землю через наиболее простой заземлитель — полушар радиусом r (м) (рис. 64).

Рис. 64. Распределение потенциала на поверхности земли вокруг полушарового заземлителя

Для упрощения считаем, что земля во всем своем объеме однородна, т. е. в любой точке обладает одинаковым удельным сопротивлением р (Ом-м). В этом случае ток в земле будет растекаться во все стороны по радиусам полушара и плотность его в земле будет убывать по мере удаления от заземлителя. На расстоянии х от центра полушара плотность тока (А/м2) будет

В объеме земли, где проходит ток, возникает так называемое «поле растекания тока». Теоретически оно простирается до бесконечности. Однако в действительных условиях уже на расстоянии 20 м от заземлителя сечение слоя земли, по которому проходит ток, оказывается столь большим, что плотность тока здесь практически равна нулю. Следовательно, и поле растекания можно считать распространяющимся лишь на расстояние 20 м от заземлителя.

При постоянном токе, а также при переменном токе с частотой 50 Гц поле растекания тока можно рассматривать как стационарное электрическое поле. Поэтому

На основании этого легко определить потенциал любой точки на поверхности земли, например точки А, отстоящей от центра заземлителя на расстоянии х (см. рис. 64). Он равен падению напряжения в грунте на участке от х до бесконечности, т. е.

, (26)

где dU падение напряжения в элементарном слое земли толщиной dx:

Потенциал точки А по выражению (26)

Минимальный потенциал, т. е. φ = 0, будет иметь точка, лежащая в бесконечности, т. е. при х = ∞. Практически область нулевого потенциала на поверхности земли начинается обычно на расстоянии 20 м от заземлителя.

Максимальный потенциал будет при наименьшем значении х, т. е. непосредственно на заземлителе (х = r):

, (28)

Решив совместно уравнения (27) и (28), получим

, (29)

Заменив произведение постоянных φ3г на К, получим уравнение равносторонней гиперболы

φ=K*1/x

Следовательно, потенциал на поверхности земли вокруг полушарового заземлителя изменяется по закону гиперболы, уменьшаясь от своего максимального значения φ3 до нуля по мере удаления от заземлителя (см. рис. 64).

Для вертикального стержневого заземлителя уравнение потенциальной кривой имеет следующий вид:

где l — длина заземлителя, м,

Максимальный потенциал, т. е. потенциал стержневого заземлителя, будет при наименьшем значении х, т. е. при х = 0,5 d:

здесь d — диаметр заземлителя, м.

Сопротивление заземлителя растеканию тока. Ток, проходящий через заземлитель в землю, преодолевает сопротивление, называемое сопротивлением заземлителя растеканию тока или просто сопротивлением растекания. Оно имеет три слагаемых: сопротивление самого заземлителя, переходное сопротивление между заземлителем и грунтом и сопротивление грунта.

Две первые части по сравнению с третьей весьма малы, поэтому ими пренебрегают и под сопротивлением заземлителя растеканию тока понимают сопротивление грунта растеканию тока.

Сопротивление растеканию любого заземлителя R3 (Ом) определяется по выражению (25) как частное от деления потенциала заземлителя φ3 (В) на ток J3 (А), протекающий в землю через заземлитель.

Так, например, сопротивление растекания одиночного полушарового заземлителя, потенциал которого определяется выражением (28), будет:

Формулы для вычисления сопротивлений некоторых заземлителей приведены в табл. 14.

По условиям безопасности заземление должно обладать относительно малым сопротивлением. Поэтому в практике применяется, как правило, групповой заземлитель, т. е. заземлитель, состоящий из нескольких параллельно включенных одиночных заземлителей (электродов).

При больших расстояниях между электродами (более 40 м) ток каждого электрода проходит по «своему», отдельному участку земли, в котором токи других заземлителей не проходят. В этом случае вокруг каждого одиночного заземлителя возникают самостоятельные потенциальные кривые, взаимно не пересекающиеся. При одинаковых размерах, а следовательно, при одинаковых сопротивлениях одиночных заземлителей R0 сопротивление группового заземлителя Rгp будет:

Rгp = R0/n

где п — количество одиночных заземлителей.

При малых расстояниях между электродами (менее 40 м) поля растекания токов как бы накладываются одно на другое, а потенциальные кривые взаимно пересекаются и, складываясь, образуют суммарную потенциальную кривую (рис. 65).

Рис. 65. Потенциальная кривая Группового заземлителя и поле растекания тока при расстоянии между электродами S < 40 м

---

Полезная информация: