18.8. Земля як елемент електричної мережі. Напруга кроку

18.8. Земля як елемент електричної мережі. Напруга кроку

У разі обриву проводів повітряних ліній електропередач і їх контакту з землею, пробою кабельних ліній на землю, замикання на неструмовідні елементи електроустановок, що мають контакт з землею, доторкання людини, яка стоїть на землі, до струмовідних частин, що перебувають під напругою тощо, земля стає елементом електричної мережі замикання на землю.

Структурні елементи можливої мережі замикання на землю та послідовність включення цих елементів у мережу залежать від конструктивних особливостей мережі і будуть розглянуті нижче (див. 18.9). Але в усіх перерахованих випадках у мережах замикання на землю обов’язковим є структурний елемент “земля”.

Земля є специфічним провідником електричного струму – неоднорідним і нелінійним – зі змінною площею поперечного перерізу. Тому, при проходженні струму в землі, на її поверхні виникає специфічне поле потенціалів, характер якого визначається конструкцією заземлювача, параметрами електричної мережі, властивостями ґрунту тощо.

Більш детально зупинимось на явищі протікання струму в землі для напівсферичного заземлювача, який знаходиться на поверхні землі (рис. 18.1):

Рис. 18.1. Розподіл потенціалів па поверхні землі в зоні розтікання струму

Для такого заземлювача, за умови однорідності й електричної ізотропності ґрунту, можна вважати, що струм у всіх напрямках буде розтікатись рівномірно – як показано стрілками на рисунку, а його величина в будь-якому поперечному перетині провідника “земля” буде дорівнювати 1^.

При цьому площа поперечного перерізу провідника “земля” за зроблених допущень (однорідність ґрунту) буде визначатися площею поверхні півкулі радіусом г;. Зі збільшенням (зменшенням) їх площа поперечного перерізу провідника “земля” буде збільшуватись (зменшуватись) пропорційно квадрату г| ($^2Ш а опір проходженню струму буде, відповідно, зменшуватись або збільшуватись.

Падіння напруги на будь-якій ділянці електричної мережі ди, в тому числі і при проходженні струму в землі, залежить від величини струму і від електричного опору Я.

Тому на поверхні землі в зоні розтікання струму між рівновіддаленими в радіальному напрямку точками (за однакових І) AU буде тим більше, чим ближче ці точки будуть до місця замикання на землю.

Із цієї причини, відповідно до наведеного, на поверхні землі в зоні розтікання струму виникає локальне поле підвищених потенціалів радіусом близько 20 м, розподіл потенціалів (фг) у якому відносно нульового потенціалу землі (ф0) подібний наведеному на рис. 18.1.

При переміщенні людини в зоні розтікання струму в землі (рис. 18.1) її ноги будуть торкатися ділянок землі з різними потенціалами, а па людину буде діяти напруга, яка визначається різницею цих потенціалів і відома під назвою напруга кроку (UK) – різниця потенціалів між двома точками на поверхні землі в зоні розтікання струму, які знаходяться на відстані кроку (0,8 м) одна від одної. З наближенням до місця замикання на землю величина напруги кроку буде зростати, і вона може досягти небезпечних для людини значень вже при напрузі електроустановок 0,4 кВ, а в сиру погоду та за зволоженого грунту і при меншій напрузі. Тому Правила безпечної експлуатації електроустановок споживачів за наявності замикання на землю забороняють наближатися до місця замикання ближче 8 м поза приміщенням і 4 м в приміщенні без застосування засобів захисту – діелектричні боти, галоші, суха дошка, сухе гумове взуття тощо.

У цілому, заходи захисту людини від дії напруги кроку зводяться до розірвання мережі струму через людину по петлі “нога-нога” або різкого збільшення опору в цій петлі за рахунок використання різних підручних засобів. За необхідності невідкладного входу в зону небезпечних напруг кроку для надання допомоги потерпілим і т. ін. і відсутності під рукою засобів захисту, доцільно переміщуватися в цій зоні обережно, пересуваючи ступні по землі так, щоб вони постійно торкались одна одної.