59. Заземлитель вблизи поверхности земли. Распределение потенциала.

Обычно заземлители погружают в землю на относительно небольшую глубину, при которой  поверхность земли оказывает влияние на электрическое поле, искажая линии тока (рис. 2.2, 2.3).

                                            

                                        

В этом случае расчет потенциалов осуществляется методом зеркального отображения: потенциал  _с  в некоторой точке С  будет равен сумме потенциалов  _д и  _ф, создаваемых в этой точке полями токов, стекающих как с действительного, так и с фиктивного заземлителей: 

      _с =  _д +  _ф.

С учетом  уравнения потенциальной кривой  можно записать:

где m и n - расстояния от центров действительного и фиктивного заземлителей до точки С:

Если нас интересуют потенциалы точек, лежащих на поверхности земли, то для каждой такой точки, например точки D (рис.2.3),

                                                                           (2.3)

а уравнение, определяющее ее потенциал, т. е. уравнение потенциальной кривой для точек на поверхности земли имеет вид:      

                                                                                      (2.4)

или

                                                                         (2.5)

Потенциал шарового заземлителя вблизи поверхности земли   _з, т. е. максимальный потенциал, будет при y = 0 и, следовательно, при х = r (рис. 2.3):

                                                              (2.6)

Если 4t² >> r (так обычно бывает на практике), это уравнение примет вид:

60. Напряжение прикосновения

Напряжение прикосновения – это напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека или животного.

Другими словами напряжением прикосновения (для человека) U_пр называется напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек, или падение напряжения в сопротивлении тела человека:

                                                  U_пр = I_h R_h,                        (2.35)

где I_h — ток, проходящий через человека по пути "рука - ноги",

 R_h — сопротивление тела человека.

В области защитных заземлений, занулений и т. п. одна из этих точек имеет потенциал заземлителя  _з, а другая — потенциал основания в том месте, где стоит человек,  _осн.  При этом  напряжение прикосновения:

                                            U_пр =  _з -  _осн.                     (2.36)

Если принять во внимание характер изменения потенциала по поверхности грунта и пренебречь сопротивлением растеканию тока основания, то  U_пр =  _з₁,

где ₁ — коэффициент, называемый коэффициентом напряжения прикосновения или просто коэффициентом прикосновения, учитывающим форму потенциальной кривой:

                                                                                             _(2.37)  

_{Поскольку напряжение прикосновения зависит от значения потенциала заземлителя и от характера его потенциальной кривой, опасность для человека будет различной при использовании различных типов одиночных заземлителей и групповых заземлителей:}

• Напряжение прикосновения при одиночном заземлителе;

• Напряжение прикосновения при групповом заземлителе.

Напряжение прикосновения с учетом падения напряжения в сопротивлении основания, на котором стоит человек. Ток, стекающий в землю через человека, стоящего на земле, полу или другом основании, преодолевает сопротивление не только тела человека, но и этого основания, вернее, тех его участков, с которыми имеют контакт подошвы ног человека (сопротивление обуви  в данном случае во внимание не принимается).

Сопротивление основания, на котором стоит человек, правильнее называть (аналогично сопротивлению заземлителя) сопротивлением растеканию тока основания ног; нередко это сопротивление именуют также сопротивлением растеканию тока основания или сопротивлением растеканию тока ног человека.

Все положения, рассмотренные выше, справедливы для случаев, когда сопротивление растеканию основания, на котором стоит человек, равно нулю. В действительных условиях это сопротивление не равно нулю и в ряде случаев бывает довольно велико.

Следовательно, разность потенциалов ( _з -  _осн) =  _зa₁, оказывается приложенной не только к сопротивлению тела человека R_h, но и к последовательно соединенному с ним сопротивлению основания R_осн, на котором стоит человек (рис. 2.14): _зa₁= I_h (R_h +R_осн).

Рис. 2.14. К определению напряжения прикосновения с учетом падения напряжения в сопротивлении растеканию тока основания, на котором стоит человек:

1 — потенциальная кривая;

2 — кривая, характеризующая изменение U_пр с изменением расстояния от заземлителя

Заменив в этом выражении ток I_h, проходящий через человека, его значением из (2.35), получим:

откуда напряжение прикосновения с учетом падения напряжения в сопротивлении растеканию основания:

                              

или

где a₂ — коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий падение напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек:

(2.41)