Значения кратковременно допустимых токов и напряжений

 

Характеристика электроустановки	Норми- руемая величина	Продолжительность воздействия, с
0, 1	0, 2	0, 5	0, 7	1, 0	3, 0	3-10
Электроустановка нап-ряжением до 1000 В с изолированной и заземленной нейтралью   Выше до 35 кВ с изолированной нейтралью при частоте f =50 Гц.	Uпр, В     Ih, мА
Тоже при частоте f = 400 Гц	Uпр, В   Ih, мА	---   ---

 

Физически здоровые люди имеют большое электрическое сопротивление и легче переносят электрические травмы, чем больные и слабые. При наличии заболеваний, в первую очередь, болезней кожи, сердечно-сосудистой системы, легких и других органов людей не допускают к работе на электроустановках.

При наличии в производственном помещении повышенной влажности, высокой температуры окружающей среды и низкого парциального давления воздуха опасность поражения человека электрическим током увеличивается.

РАСТЕКАНИЕ ТОКА В ЗЕМЛЕ

 

Растекание тока в земле происходит от случайно расположенного или преднамеренно установленного проводника – заземлителя.

Процесс растекания тока рассмотрим на примере полусферического заземлителя, расположенного на поверхности земли, (рис. 7.6).

 

 

Рис. 7.6. Заземлитель полусферический

 

На поверхности земли выберем произвольную точку А с элементарным участком dх.

Потенциал в точке А определяется интегрированием напряженности электрического поля Е от Х до ¥.

, где величина Е_А в точке А определяется из выражения

Е_А = jА× ρ r – напряженность электрического поля, В/м.

Здесь величина – плотность тока, А/м².

Подставив величины Е_А и j_А в исходное выражение, получим

 

.

Решение определенного интеграла дает величину , следовательно потенциал в точке А или в любой другой точке X выразится формулой:

 

(7.1)

 

При замене расстояния х на радиус r определим потенциал на самом полусферическом заземлителе.

 

 

(7.2)

 

Из выражений (7.1) и (7.2) следует: φ _хх = φ _з r, тогда потенциал в любой точке можно выразить так:

φ _х = φ _з r/х. (7.3)

 

Из выведенных значений (7.1) и (7.2) следует:

- потенциал на самом полусферическом заземлителе φ з зависит от величины стекаемого в землю тока I_З, удельного сопротивления грунта ρ r и радиуса полусферы r;

- потенциал на поверхности земли φ _х вокруг полусферического заземлителя изменяется по гиперболическому закону 1/х, уменьшается при этом от максимального значения φ _з до нуля по мере удаления от заземлителя на расстояние
х = 20 м (рис. 7.6).

Растекание тока от стержневого вертикального заземлителя

Рис. 7.7. Заземлитель стержневой вертикальный

 

Разбиваем заземлитель по длине λ на бесконечно малые участки длиной dy. Элементарный потенциал в точке А на поверхности земли на расстоянии х от центра заземлителя, создаваемый элементом dy, определяется:

 

,

 

где m = – расстояние точки А от элемента dy.

Величина элементарного тока dI_З, проходящего через участок dy, выра-жается

 

 

Подставляя величины m и dI_З в исходное выражение dφ _А, получим:

 

Проведем интегрирование в пределах от 0 до l

 

 

Подставим решение интеграла, а также заменив φ _А на φ _Х, получим выражение для определения потенциала от стержневого заземлителя в любой точке на поверхности земли:

 

(7.4)

 

Если принять расстояние х равным радиусу заземлителя r, который значительно меньше длины его, т. е. r < < λ, то можно определить потенциал на самом заземлителе в виде:

 

(7.5)

 

Из выражений (7.4) и (7.5) следуют выводы:

- Потенциал на самом стержневом вертикальном заземлителе φ _з зависит от величины стекаемого тока I_з, удельного сопротивления грунта rr, длины заземлителя и его радиуса r. Причем с изменением длины l потенциал изменяется значительно и незначительно – с изменением радиуса r.

- Потенциал на поверхности земли вокруг стержневого заземлителя φ _Х изменяется по логарифмическому закону f(ln). Причем на начальном участке потенциальная кривая изменяется круче по сравнению с изменением потенциала от полусферического заземлителя f(1/x) (рис. 7.6).

 

НАПРЯЖЕНИЕ ШАГА

 

Разность потенциалов между двумя точками, находящимися на поверхности земли на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек, называется напряжением шага – U_ш.

Рассмотрим поставленный вопрос на примере полусферического заземлителя, приведенного на рис. 7.8.

Напряжение шагаU_ш, В в общем виде с учетом формулы (7.3) можно выразить так:

где а – расстояние шага человека, м, принимаемое в расчетах равным 0, 8 м; r – радиус заземлителя, м; х – расстояние ступни до заземлителя, м.

 

 

 

Рис. 7.8. Напряжение шага от полусферического заземлителя

 

Преобразуя предыдущее выражение, получим:

 

 

Коэффициент шага b будет

(7.6)

Следовательно, напряжение шага можно выразить формулой

 

U_ш = φ з*b (7.7)

 

Проведем анализ формул (7.6) и (7.7).

Если принять х = r (человек находится в положении 1 на рис. 7.8), то параметры b и U_ш принимают свои максимальные значения

(7.8)

 

(7.9)

 

При этом опасность поражения человека в положении, при котором одна ступня находится непосредственно на заземлителе, а другая на расстоянии шага, становится максимальной.

Если принять х > 20 м, при котором значение потенциала заземлителя φ _з становится равным (или близким) к нулю, (рис. 7.6 и 7.8), то напряжение шага на ступнях человека отсутствует, т.е. U_ш = 0.

Если принять а = 0 – ступни ног человек держит вместе, то параметры b и U_ш также обращаются в нуль, следовательно, опасность поражения отсутствует.

Человек стоит на эквипотенциальной кривой – на линии равного потенциала, например, на линии с потенциалом  2, как на рис. 7.9.

В этом положении ввиду равенства между собой потенциалов φ _2’ и φ _2’’ напряжение шага равно нулю, несмотря на то, что величина шага а > 0.

Человек находится в зоне действия протяженного заземления (участка электрического проводника, металлического стержня или трубопровода и под напряжением), расположенного на поверхности земли (рис. 7.10).

Наиболее резко потенциал падает вдоль оси заземлителя в сечении Б-Б, а наиболее плавно – перпендикулярно оси по линии, проведенной через его середину в сечении А-А.

Отсюда следует, что человек, находящийся в положении 1, подвергается меньшей опасности от напряжения шага по отношению к человеку, находящемуся в положении 2 относительно заземлителя, (рис. 7.10).

 

Рис. 7.10. Изменение потенциала вокруг протяженного заземления:

П1 – менее опасное положение человека; П2 – более опасное положение человека;

а – расстояние шага; 1– заземлитель; 2 – эквипотенциальные кривые

 

Напряжение шага при наличии стержневого вертикального заземлителя определяется аналогичным образом, как и в рассмотренном случае с полусферическим заземлителем. При этом максимальное значение напряжения шага определяется формулой

 

(7.10)

 

 

Меры защиты от напряжения шага

 

- Максимальная опасность от напряжения шага возникает тогда, когда одна ступня человека находится на самом заземлителе, а другая на расстоянии а.

- Повышенная опасность сохраняется при нахождении человека вблизи заземлителя на расстоянии х £ 10 м.

- Опасность отсутствует при нахождении человека от заземлителя на расстоянии х > 20 м.

- В зоне действия напряжения шага ступни ног необходимо держать вместе. Удаляться из зоны следует «гусиным» шагом, т.е. перемещать ступни ног, не отрывая друг от друга.

- По отношению к заземлителю необходимо располагаться «фронтом» (грудью или спиной), держа обе ступни на эквипотенциальной кривой.

- В случае протяженного заземлителя находиться в середине длины, а не на его концах.

 

НАПРЯЖЕНИЕ ПРИКОСНОВЕНИЯ

 

Разность потенциалов между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, называется напряжением прикосновения U_пр.

Рассмотрим пример, в котором напряжение прикосновения возникает между корпусом электроустановок (ЭУ) и основанием, на котором стоит человек. На рис. 7.11 представлены три электроустановки, соединенные с вертикальным стержневым заземлителем и расположены на разном расстоянии от него.

При замыкании фазного проводника на корпус любой электроустановки на корпусе возникнет потенциал φ к, близкий по значению потенциалу на заземлителе φ з ввиду малого сопротивления заземляющих проводников и самого заземлителя. Можно принять φ к = φ з. При растекании тока от заземлителя на поверхности земли ( на основании) образуется потенциал φ ос, зависящий от формы потенциальной кривой и расстояния Х (рис. 7.11).

 

 

Рис. 7.11. Напряжение прикосновения:

1, 2, 3 – электроустановки с замыканием фазных проводников на корпусы; 4 – заземлитель стержневой; U_пр – напряжение прикосновения человека, касающегося корпуса ЭУ-2;
φ з - потенциал заземлителя, φ ос- потенциал основания

 

Тогда напряжение прикосновения, исходя из его определения, можно выразить:

 

(7.11)

 

Выражения в скобках представляет величину, называемую коэффициентом прикосновения  a.

Напряжение прикосновения в общем виде выразится

(7.12)

 

 

Анализ формул (7.11) и (7.12) показывает:

- если расстояние Х между человеком, обслуживающим электроустановку, и заземлителем равняется или больше 20 м (х  => 20 м, положение 3 на рис.7.11), то потенциал на основании равен нулю, φ ос = 0. Напряжение прикосновения при этом становится максимальным и равным потенциалу заземления т.е. U_ПР^max = φ з;

- если расстояние Х равно нулю (Х = 0, положение 1), то потенциал на основании равен потенциалу на заземлителе, т.е. a = 0, U_пр = 0.

Таким образом, рассмотрев явления напряжения шага и прикосновения, можно сделать следующие дополнительные выводы:

- опасность поражения человека зависит от расстояния его от заземлителя. С уменьшением этого расстояния опасность поражения от напряжения шага возрастает, а от напряжения прикосновения уменьшается и, наоборот, с увеличением расстояния опасность поражения от напряжения шага уменьшается, но от напряжения прикосновения увеличивается;

- в целом напряжение прикосновения опаснее напряжения шага, так как, во-первых, максимальное значение коэффициента прикосновения равняется единице a^mах = 1, а максимальное значение коэффициента шага всегда меньше единицы b^mах < 1. Во вторых, протекание тока по пути «рука-нога» в случае попадания человека под напряжение прикосновения всегда опаснее, чем по пути «нога-нога» при напряжении шага.

 

Методы защиты от напряжений прикосновения и шага

 

Для снижения опасности поражения человека от напряжения прикосновения в производственных помещениях заземлители должны устанавливаться возможно ближе к электрическим установкам с учетом расположения рабочих мест.

В производственных помещениях для снижения опасности поражения от напряжения прикосновения и от напряжения шага одновременно применяется техническая мера защиты – выравнивание потенциала основания. Для этого используется контурное заземление с установкой групповых заземлителей в виде сетки. Вертикальные заземлители располагаются на расстоянии друг от друга равном или меньшем их длины, т.е. S < = L. Схема расположения групповых заземлителей представлена на рис. 7.12.

При замыкании фазы на корпус ЭУ, соединенной с групповыми заземлителями, происходит растекание тока от них по взаимно пересекаемым потенциальным кривым 1 (рис. 7.12), потенциалы от которых, складываясь, образуют суммарный групповой потенциал j_гр.. В результате на поверхности помещения появляется более или менее одинаковый во всех точках потенциал основания jос ~ const, равный потенциалу на корпусе ЭУ. Следовательно, напряжения прикосновения и шага становятся близкими к нулевым значениям, U_ш ~ 0 и
U_пр ~ 0. Чтобы уменьшить шаговое напряжение за пределами контура, вдоль проходов или проездов в грунт закладывают дополнительные металлические шины 2, как показано на рис. 7.12, благодаря чему спад потенциала происходит по более пологой кривой 3.

 

Рис. 7.12. Контурное заземление с групповыми заземлителями:

1 – естественные потенциальные кривые; 2 – металлические шины;

3 – пологие потенциальные кривые

 

⇐ Предыдущая11121314151617181920Следующая ⇒

Поделиться: