4.2.4. Определение величины тока замыкания на землю

Замыканием на землю называется случайный электрический контакт между токоведущими частями, находящимися под напряжением, и землей.

Током замыкания на землю называется ток, проходящий в землю через место замыкания.

Величина тока замыкания на землю в общем случае зависит от режима нейтрали источника питания (изолированная или глухозаземленная нейтраль), мощности, протяженности и конструкции сети (воздушная или кабельная), состояния изоляции и емкости проводов и т.п.

Некоторые параметры электрических сетей в процессе их эксплуатации изменяются. Поэтому определить величину тока замыкания на землю аналитическим путем довольно трудно. На практике обычно величину тока замыкания на землю определяют путем измерения с помощью амперметра, включенного в заземляющий проводник непосредственно через трансформатор тока (рис.4.3).

Рис. 4.3. Схема измерения

Величины тока замыкания на землю

4.2.5. Напряжение прикосновения и шага

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

Для человека, стоящего на земле и касающегося заземленного корпуса, оказавшегося под напряжением (рис.4.4), напряжение прикосновения U_пр

, (4.7)

где φ_р и φ_н – соответственно величины потенциалов руки и ног.

Так как человек касается корпуса, то потенциал руки есть потенциал корпуса (напряжение его относительно земли)

.

На рисунке 4.4 показаны два корпуса электрооборудования (1 и 2), присоединенных к заземлителю R_з. Потенциалы всех корпусов одинаковы, так как корпуса электрически связаны между собой заземляющим проводником, сопротивление которого мало. Для упрощения анализа падением напряжения в заземляющих проводниках ввиду его малости будем пренебрегать и считать, чтоU_к = U_з, т.е. напряжение корпуса и заземлителя относительно земли равны между собой.

Как видно на рисунке 4.4, потенциалы ног человека зависят от его местоположения относительно заземлителя. По мере удаления от заземлителя потенциалы ног человека уменьшаются (φ₁ > φ₂).

Следовательно, по мере удаления от заземлителя напряжение прикосновения в соответствии с выражением (4.7) возрастает (U_пр2>U_пр1) и у корпуса потребителя, находящегося за пределами зоны растекания тока, оно равно напряжению корпуса относительно земли, потому что человек стоит на земле, где потенциал ног равен нулю.

В общем случае напряжение прикосновения может быть определено из выражения

U_пр = α₁α₂U_з , (4.8)

где α₁ – коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий форму потенциальной кривой (зависимость от формы и конфигурации заземлителя и положения точки, в которой он определяется относительно заземлителя), α₁ = 0,1…0,75;

α₂ – коэффициент, учитывающий падение напряжения в дополнительных сопротивлениях цепи человека (сопротивление обуви и сопротивление опорной поверхности ног растеканию тока или сопротивление пола).

Рис. 4.4. Напряжение прикосновения

между проводящей частью (корпусом) и землей: I – кривая распределения потенциалов, II – кривая распределения напряжения прикосновения, 1,2 - корпусы электропотребителей

Напряжение шага – напряжение между двумя точками на поверхности земли, на расстоянии 1 м одна от другой, которое принимается равным длине шага человека.

Человек, находящийся в зоне растекания, оказывается под напряжением шага U_ш, если его ноги находятся в точках А и В с разными потенциалами (рис. 4.5):

U_ш = φ_А  φ_В . (4.9)

Как видно из рисунка 4.5, по мере удаления от заземлителя величина напряжения шага уменьшается (U_ш1 > U_ш2). Человек, находящийся вне зоны растекания тока замыкания на землю, вообще не попадает под напряжение шага, так как потенциалы обеих ног человека равны нулю.

Рисунок 4.5. Напряжение шага

В общем случае напряжение шага так же, как и напряжение прикосновения, может быть выражено через напряжение заземлителя:

U_ш = β₁β₂U_з, (4.10)

где β₁ – коэффициент напряжения шага, учитывающий форму потенциальной кривой, β₁ = 0,10…0,15;

β₂ – коэффициент, учитывающий падение напряжения в дополнительных сопротивлениях цепи человека (сопротивление обуви и сопротивление пола).