Небезпека замикань на землю в ЕУ. Напруга кроку

Замикання на землю в ЕУ відбувається у наступних випадках:

− обрив і падіння на землю проводів ПЛ під напругою;

− пробой ізоляції КЛ і замикання фази на землю;

− пошкодження ізоляції і замикання на заземлений корпус ЕУ.

Небезпека замикань на землю в ЕУ зумовлена властивістю струму повертатись до свого джерела (у даному випадку через землю) і тим, що ґрунт чинить опір струму. Через це на поверхні ґрунту з'являються потенціали.

Закон розподілу потенціалів на поверхні землі у випадку замикань на землю. Розглянемо класичний випадок – замикання на напівсферичний заземлювач біля поверхні землі. Через заземлювач стікає струм замикання на землю (рис. 5.3, а)

Нас цікавить закон розподілу потенціалів на поверхні землі біля заземлювача. Потенціал у точці А, що знаходиться на відстані х від заземлювача, запишеться рівнянням:

; (5.23)

де − питомий опір ґрунту (опір кубика ґрунту з розміром ребра 1м(1см), виміряний між паралельними гранями у самому ґрунті – Ом_* м (Ом_*см).

Рис. 5.3 Схеми замикання і закони розподілу потенціалів на поверхні землі:

а – напівсферичний заземлювач; б – два напівсферичні заземлювачі

Для будь-якого конкретного випадку величина , тобто це рівняння гіперболи. Таким чином, потенціал на поверхні землі, зумовлений замиканням на напівсферичний заземлювач, розподіляється за законом гіперболи, зменшуючись з віддаленням від місця замикання на землю. Характерно, що для заземлювачів будь-якої форми цей закон справедливий, тільки з деякою похибкою.

Розглянемо замикання на подвійний заземлювач напівсферичної форми на поверхні землі (рис. 5.3, б). Для отримання картини розподілу потенціалів у зоні між заземлювачами застосуємо принцип накладання. Для цього у кожній точці поверхні знайдемо суму потенціалів, обумовлену кожним окремим заземлювачем.

Для характеристики замикань на землю в ЕУ введено два поняття:

− зона розтікання (локальна земля) – це частина землі, яка перебуває в електричному контакті із заземлювачем і електричний потенціал якої не обов'язково дорівнює нулю (радіус цієї зони залежить від і від ; для будь-яких можливих зараз він не перевищує 20 м, а для ЕУ напругою 10 кВ на середніх ґрунтах R ≈ 6...8 м);

− зона нульового потенціалу (відносна земля) - це провідна частина землі, яка перебуває за межею зони впливу будь-якого заземлювального пристрою, електричний потенціал якої умовно може бути прийнятий за нульовий.

У зв'язку з таким розподілом потенціалів з'являються дві небезпечні для людини напруги: непрямого дотику до корпусу ЕУ і кроку.

Напруга непрямого дотику до корпусу ЕУ. Під напругу непрямого дотику до корпусу потрапляє людина, що стоїть на ґрунті (струмопровідній основі) і доторкується до корпусу пошкодженої ЕУ (рис. 5.4, а).

Рис.5.4 Напруги:

а – непрямого дотику до корпусу ЕУ; б – крокуН

Напруга дотику дорівнює різниці потенціалів корпусу ЕУ і точки, де знаходяться ноги людини:

. (5.24)

Потенціал корпусу дорівнює добуткові струму замикання на землю і опору захисного заземлення :

= (5.25)

Потенціал точки, де знаходяться ноги людини, що торкається корпусу (на відстані х від захисного заземлювача), дорівнює:

. (5.26)

Тоді можемо записати у вигляді:

(5.27)

Напруга дотику прямо пропорційно залежить від і х та обернено пропорційно від .

За межами локальної землі (зони розтікання) напруга непрямого дотику дорівнює напрузі на корпусі ЕУ або заземлювачі – .

Напругу непрямого дотику прийнято записувати у вигляді функції напруги на корпусі ЕУ:

; (5.28)

де − коефіцієнти напруги дотику;

− враховує форму потенційної кривої (),

− враховує падіння напруги на опорній поверхні ніг ().

Для розрахунку сили струму, що протікає через людину, обумовленого напругою непрямого дотику, пропонується така залежність:

(5.29)

Для вимірювання напруги непрямого дотику на відстані кроку від корпуса ЕУ (а = 1 м) на поверхні ґрунту (підлоги) укладається металева пластина (свинцева або алюмінієва) з розміром 250x250 мм (імітує опорну поверхню ніг), навантажується масою 50 кг (для кращого контакту з ґрунтом), збирається вимірювальна схема, приймаються відповідні заходи безпеки і влаштовується штучне замикання на корпус ЕУ (рис. 5.5, а).

Напруга кроку. Під напругу кроку потрапляє людина, переміщуючись по поверхні землі у зоні розтікання струму замикання на землю. Напруга кроку дорівнює різниці потенціалів точок поверхні ґрунту, у яких знаходяться ноги людини (див. рис. 5.4, б).

Напруга кроку дорівнює:

. (5.30)

Якщо записати значення і підставити у цю формулу, отримаємо:

. (5.31)

Рис. 5.5 Вимірювання напруг:

а – непрямого дотику до корпусу ЕУ; б – кроку; – вольтметр статичний або електронний; – шунт, що імітує опір кола людини (для вимірювання напруги дотику – 6 кОм для неаварійного режиму, 1 кОм для аварійного режиму; для напруги кроку – 1 кОм)

Напруга кроку прямо пропорційно залежить від , та і обернено пропорційно − від x; за межами зони розтікання .

Аналогічно напрузі дотику , записують у функції напруги на корпусі ЕУ:

; (5.32)

де − відповідні коефіцієнти напруги кроку.

Для розрахунку сили струму, що протікає через людину, обумовленого напругою кроку, пропонується така залежність:

. (5.33)

Для вимірювання напруги кроку на потрібній відстані від точки стікання струму замикання на землю на відстані кроку (а = 1 м) укладаються дві металеві пластини розміром 250 x 125 мм, навантажуються масою по 25 кг, збирається вимірювальна схема, приймаються відповідні заходи безпеки і виконується штучне замикання на землю (див. рис. 5.5, б).