Раздел 3. Техногенные опасности и защита от них Лекция № 6. Явления при растекании тока в земле Учебные вопросы

1. Растекание тока при замыкании на землю.

2. Напряжение прикосновения.

3. Напряжение шага.

Литература

1 Белов, С.В. Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды (техносферная безопасность): учеб. для бакалавров по дисц. «Безопасность жизнедеятельности» / С. В. Белов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Юрайт, 2013. - 682 с.

2 Занько, Н.Г. Безопасность жизнедеятельности [Электронный ресурс]: учебник / Н.Г. Занько, К.Р. Малаян, О.Н. Русак: под ред. О.Н. Русака. - СПб.: Лань, 2012. – 672 с. – Режим доступа: http://e.lanbook.com/view/book/4227/.

3 Халилов, Ш.А. Безопасность жизнедеятельности [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Ш.А. Халилов, А.Н. Маликов, В.П. Гневанов; Под ред. Ш.А. Халилова. - М.: ИД ФОРУМ: ИНФРА-М, 2012. - 576 с. – Режим доступа: http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=238589.

1. Растекание тока при замыкании на землю

Замыканием на землю называется случайное электри­ческое соединение находящихся под напряжением частей электро­установки с землей.

Замыкание на землю может произойти вследствие появления контакта между токоведущими частями и заземленным корпусом или конструктивными частями оборудования при падении на землю оборванного провода, при нарушении изоляции обору­дования и т. п. Во всех этих случаях ток от частей, находящихся под напряжением, проходит в землю через электрод, который осуществляет контакт с грунтом. Специальный металлический электрод принято называть заземлителем.

Размеры электрода могут быть весьма различными - от не­скольких сантиметров до десятков и сотен метров. Форма элек­трода может быть очень сложной, и закон распределения потен­циалов в электрическом поле элек­трода определяется сложной за­висимостью. Состав, а значит, и электрические свойства грунта - неоднородны, особенно если учесть слоистое строение грунта.

С целью упростить картину электрического поля и его анализ делается допущение, что ток сте­кает в землю через одиночный заземлитель полусферической фор­мы, погруженный в однородный и изотропный грунт с удельным сопротивлением , во много раз превышающим удельное сопротивление материала заземлителя (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Растекание тока в грун­те через полусферический заземлитель

Если второй электрод находится на достаточно большом удалении, то линии тока вблизи исследуемого заземлителя на­правлены по радиусам от центра полусферы. При этом линии тока перпендикулярны как к поверхности самого заземлителя, так и к любой полусфере в грунте, концентричной с ним.

Поскольку грунт однородный и изотропный, ток распреде­ляется по этой поверхности равномерно.

Поэтому плотность тока  в точке А на поверхности грунта на расстоянии х от зазем­лителя определяется как отношение тока замыкания на землю к площади поверхности полушара радиусом х:

(1.1)

Эта поверхность является эквипотенциальной поверхностью.

Для определения потенциала точки А, лежащей на поверх­ности радиусом х, выделим элементарный слой толщиной dx..Падение напряжения в этом слое равно:

dU = Edx. (1.2)

Потенциал точки А, или напряжение этой точки относительно земли, равен суммарному падению напряжения от точки А до земли, т. е. бесконечно удаленной точки с нулевым потенциалом:

(1.3)

Напряженность электрического поля в точке А определяется из закона Ома, выраженного в дифференциальной форме:

Е = . (1.4)

Подставив в выражение (1.3) соответствующие значения из выражений (1.1) и (1.2), а также значение Е, получим:

(1.5)

Решение этого интеграла приводит к выражению

(1.6)

Это и есть искомый потенциал точки А.