Опасность сетей однофазного тока

Рис. 5. Опасность сетей однофазного тока

При однополюсном прикосновении к проводу изолированной сети человек оказывается “подключенным” к другому проводу через сопротивление утечки (рис.5.а). Так как однофазные сети переменного тока имеют небольшую протяженность, емкостью проводов относительно земли можно пренебречь, а для сетей постоянного тока емкость не увеличивается, так как ток утечки через емкость равен нулю. Для упрощения выводов условимся, что сопротивление утечки обоих проводов одинаковы, т.е.

.

Выражение для тока, протекающего через человека, полученное из эквивалентной схемы (рис.5.б), имеет вид

I_ч = U / (r + 2R_ч).

Прикосновение человека к незаземленному проводу сети заземленным полюсом (рис.5.в) вызывает протекание тока по следующей формуле:

I_ч = U / (R_ч + R₀).

А так как R₀ <<R_ч, то можно записать, что

I_ч = U / R_ч.

Прикосновение к исправному проводу при замыкании другого провода на землю (рис.5.г) вызывает ток через человека:

I_ч = U / (R_ч+Rк).

При прикосновении к одному из проводов сети с заземленной средней точкой (рис 5,д) человек попадает под напряжение, равное половине напряжения сети:

I_ч=U/2(R_ч+R₃),

где R₃ – сопротивление замыкания.

В случае прикосновения к двум проводам сети (рис.5.е) человек попадает под напряжение сети и выражение для тока вычисляют по формуле

I_ч = U / R_ч.

Анализируя эти выражения для токов, проходящих через человека при различных случаях прикосновения к однофазным сетям постоянного тока, можно сделать вывод, что наиболее опасно двухполюсное прикосновение при любом режиме сети относительно земли (изолированной, с заземленным полюсом или средней точкой), так как в этом случае ток, протекающий через человека, определяется только сопротивлением его тела. Наименее опасно однополюсное прикосновение к проводу изолированной сети в нормальном режиме работы.

Растекание тока в грунте

Схема растекания тока в грунте представлена на рис.6,а. Замыкание тока происходит при повреждении изоляции и пробое фазы на корпус оборудования, при падении на землю провода под напряжением и по другим причинам.

Таким образом, потенциал на поверхности грунта распределяется по закону гиперболы.

Напряжение прикосновения (рис.6.б) – это напряжение между двумя точками цепи тока замыкания на землю (корпус) при одновременном прикосновении к ним человека. Численно оно равно разности потенциалов корпуса φ_к и точек почвы, в которых находятся ноги человека φ_н (рис.6.б), т.е.

или

U_пр = U₃α.

Величину α называют коэффициентом напряжения прикосновения (в пределах этой зоны растекания тока α меньше единицы, а за пределами этой зоны равен единице). Напряжение прикосновения увеличивается по мере удаления от заземления, и за пределами зоны растекания тока оно равно напряжению на корпусе оборудования.

Ток, протекающий через человека при прикосновении:

I_ч = U_пр / R_ч.

Напряжение шага – это напряжение между точками земли, обусловленное растеканием тока замыкания на землю при одновременном касании их ногами человека. Численно напряжение шага разности потенциалов точек, на которых находятся ноги человека (рис.6,в).

При расположении одной ноги человека на расстоянии х от заземлителя и ширине шага а (обычно принимается а=80 см) получаем

или

.

Аналогично напряжению прикосновения напряжение шага:

U_ш = U₃ / β ,

где – коэффициент напряжения шага, который зависит от вида заземлителей, расстояния от заземлителя и ширины шага (чем ближе к заземлителю и чем шире шаг, тем β больше).

Рис. 6. Растекание тока в грунте (а); напряжение прикосновения (б) и напряжения шага (в)

Напряжение шага максимально у заземлителя и уменьшается по мере удаления от заземлителя; вне поля растекания оно равно нулю. Напряженность шага также увеличивается с увеличением ширины шага.

Ток, обусловленный напряжением шага,

I_ч = U_ш / R_ч.

Следует отметить, что условия поражения человека напряжением прикосновения и напряжением шага различны, так как ток протекает по разным путям: через грудную клетку – от напряжения прикосновения и по нижней петле – от напряжения шага. Значительные напряжения шага вызывают судорогу в ногах, человек падает, после чего цепь тока замыкается вдоль всего тела человека.