Федерална агенция за железопътен транспорт
Уралски държавен транспортен университет
Катедра по безопасност на живота
Стъпково напрежение и напрежение на допир
1. Изследване на разпределението на потенциала на земната повърхност в областта на разпространението на тока върху различни почви, както и стъпаловидни напрежения в зависимост от разстоянието до заземяване.
2. Проучване на опасността от еднопроводен контакт с тоководещи части в трифазна мрежа с изолирана неутрала в зависимост от съпротивлението на изолацията на фазата спрямо земята и съпротивлението на човека.
1. ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТ
По време на работа на електрическите инсталации човек може да бъде ударен от електрически ток в резултат на попадане под стъпково напрежение или напрежение на допир. Тези напрежения възникват върху части, достъпни за докосване и на повърхността на земята, като правило, по време на аварийна работа на електрически инсталации.
Опасността от токов удар, наред с други опасности, се отличава с факта, че човек не е в състояние да открие дистанционно наличието на напрежение без специални устройства, като движещи се части, горещи предмети, отворени люкове, незащитени ръбове на обекта на височина и др. Открива се само след токов удар на човек. Следователно е необходимо да имате ясно разбиране за напрежението на стъпката и напрежението на допир, за да осигурите защитни мерки, които напълно гарантират безопасността на персонала, обслужващ електрическите инсталации.
Когато възникне контакт между части под напрежение и заземен корпус на електрическо оборудване, върху тялото се появява потенциал спрямо земята. Корпусът има електрическа връзка с модератора, така че можем да приемем, че потенциалите на корпуса и заземителния електродса равни и заземителният електрод в този случай ще бъде точката на заземяване.
Земно съединение е случайно електрическо свързване на части под напрежение на електрическа инсталация към земята. Мястото, където токът протича в земята, се наричаточка на заземяване. Точката на заземяване може да бъде заземителен проводник или проводник, който е паднал на земята.
Токът, протичащ от заземителния електрод в земята, се разпространява в неговия значителен обем. Областта на земята, разположена близо до заземяващия електрод, където потенциалите не са равни на нула, се наричаполе на разпространение на ток. Формата на земния електрод може да бъде много сложна и електрическите свойства на почвата обикновено са нееднородни, така че законът за разпределение на потенциалите в близост до земния електрод се определя от сложна връзка. С цел да се опрости изображението на електрическото поле и да се анализира, ние приемаме, че токът протича в земята през единичен полусферичен заземен електрод, положен в хомогенна почва (Фигура 1). В този случай линиите на разпространение на тока в земята ще бъдат радиални.
Плътността на тока δ на разстояниеxот центъра на земния електрод се определя като съотношението на тока на земно съединениеIgкъм площта на повърхността на полукълбо с радиусx:
За да определим потенциала в точка А, избираме елементарен слойdxв текущото поле на разпространение. Спадът на напрежениетоdUв този слой е
къдетоE=δρ –напрегнатост на електрическото поле;
ρ –съпротивление на почвата.
В безкрайно отдалечена точка (x=∞), плътността на тока, силата на електрическото поле и потенциалът са равни на нула.
Земният потенциал в точка А, разположена на разстояние χ от центъра на заземяващия електрод, се определя от
(1)
къдетоI3–ток на земно съединение, койтоопределена при разглеждане на пълната верига, A;
ρ–съпротивление на почвата, Ohm m;
х –разстояние от центъра на земния електрод до определената точка, m.
Фигура 1 - Хиперболичен закон за промяна на потенциалите на точките на земята
От израз (1) може да се види, че потенциалът на точките на земната повърхност намалява с разстоянието от земното съединение и клони към нула в границата.Областта на земната повърхност, чийто потенциал е нула, се наричаелектротехническа земя.
Експерименталната крива на разпределение на потенциала (Фигура 2), получена чрез директни измервания на тръбен заземителен електрод, има приблизително същата форма като тази на полусферичен заземителен електрод.
От кривата (Фигура 2) може да се види, че повърхността на заземяващия електрод има максимален потенциал. На разстояние 1 m от моста на токовия поток в земята потенциалът намалява с 68%. В края на десетия метър намалението достига 92%, а на разстояние от 20 метра потенциалът на точките на земята е почти нулев.
Тоест токът на земното съединение се съпротивлява от обем от почва с радиус 20 метра, разположен в полето на разпространение на тока. Извън електрическото поле почвата е проводник с безкрайно голямо напречно сечение и не се съпротивлява на протичането на електрически ток. Практически "земята" в електрически смисъл започва с разстояние = 10-20 m от земния електрод.
Фигура 2 - Естеството на разпределението на потенциалите в земята, когато токът се оттича от тръбния заземен електрод.
Ако човек влезе в зоната на разпространение на тока, тогава краката му могат да докоснат различни потенциали. Точките от земната повърхност, разположени по-далеч от земния електрод, имат по-нисък потенциал. Следователно съществува при ширината на стъпката (d=0,8l) има потенциална разлика в полето на разпространение на тока. Тази потенциална разлика се наричастъпково напрежение.
Стойността на напрежението на стъпката зависи от ширината на стъпката α и разстоянието χ до заземяването. Стъпковото напрежение на различни разстояния от точката на повреда (фиг. 1) може да се определи чрез следните изрази:
(2)
(3)
От израз (2) се вижда, че
