top.ht1.jpg (17384 bytes)

Национальный исследовательский университет МЭИ

Кафедра инженерной экологии и охраны труда

 

Учебно-методический комплекс (издание второе, исправленное и дополненное)

                                         Справки по телефону: 362-71-32;   e-mail: KorolevIV@mpei.ru _ _

 

2. Явления при стекании тока в землю

F. Практическое занятие "Явления при стекании тока в землю, напряжение прикосновения и шага"

 

Пример решения задачи на напряжение прикосновения и шага

Задача

Ток стекает в землю через полушаровой заземлитель.

wpe10.jpg (17115 bytes)

1) На расстоянии x1 = 2,2 м от места замыкания на землю стоит человек (см. рисунок).  Определить для него напряжение шага, если размер шага а=0,8 м. 

2) На расстоянии x2 = 4 м расположена металлоконструкция (см. рисунок). Определить напряжение прикосновения для человека, касающегося металлоконструкции и находящегося на расстоянии x3= 8 м или x4 = 25 м от места замыкания.

При решении задачи принять удельное объемное сопротивление грунта r = 100 Ом*м, а сопротивления растеканию тока  основания, на котором стоит человек, равным нулю.

Решение:

Потенциал любой точки поверхности земли вблизи одиночного полушарового заземлителя можно определить по формуле (2.8)

1) Определим напряжение шага (см. Напряжение прикосновения и шага). Так как напряжение шага – это разность потенциалов между двумя точками поверхности земли, на которых одновременно стоит человек, в нашем случае с координатами x1 и x1+ а, рассчитаем его значение как:

2) Определим напряжение прикосновения для двух указанных в условиях задачи случаев. Напряжение прикосновения – это разность потенциалов между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек (см. Напряжение прикосновения и шага). В обоих случаях человек касается металлической конструкции, имеющей связь с землей. Следовательно потенциал рук человека в обоих случаях будет равен потенциалу металлической конструкции, который может быть определен следующим образом:

Потенциал ног человека определяется потенциалом основания, на котором стоит человек (в одном случае расстоянием x3, в другом  x4). Потенциал ног на расстоянии x3 рассчитывается как

следовательно напряжение прикосновения для этого случая равно

Так как расстояние x4 > 20м, можно принять потенциал ног равным нулю. Человек фактически находится вне зоны растекания тока. Следовательно, напряжение прикосновения для этого случая равно

Ответ задачи: 1) 40 В; 2) 30 В, 60 В.

Усложним задачу.

Предположим, что сопротивление растеканию тока с основания, на котором стоит человек Rосн   не равно нулю, а сопротивление тела человека электрическому току Rh = 1 кОм.

1) Для человека, стоящего на расстоянии x1 = 2,2 м  определим напряжение шага с учетом того, что сопротивление растеканию тока с одной ноги человека Rн = 2 кОм.

Решение:

С учетом Rосн    напряжение шага    определяется  как:

U'ш= Uш * b 2 ,

где Uш – напряжение шага, рассчитанное без учета Rосн;

b 2 – коэффициент напряжения шага:

(Здесь учтено, что в контуре тока участвует поочередно каждая нога человека, и, соответственно, сопротивление основания, на котором он стоит, равно удвоенному значению Rн.)

В нашем случае

При этом                                                        U'ш = 40 * 0,2 =8 В.

 Ответ задачи: 8 В.

2) Для человека, находящегося на расстоянии x4 = 25м, определим напряжение прикосновения с учетом того, что сопротивление растеканию тока с основания, на котором стоит человек Rосн = 9 кОм.

Решение:    С учетом   Rосн    напряжение прикосновения определяется как   

U'h = Uh * a2,      

где Uh – напряжение прикосновения, рассчитанное ранее без учета Rосн, a 2 – коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий Rосн :

В нашем случае                                         

 Следовательно,   искомое напряжение прикосновения      U'h = 60 * 0,1 = 6 В.

Результаты показывают, что напряжение прикосновения и шага существенно зависят от сопротивления Rосн.

Ответ задачи: 6 В.

Решите аналогичные задачи самостоятельно.

Задача 1

На участке небольшой протяженности земля используется в качестве проводника, по которому протекает ток от одного полушарового электрода к другому (см. рисунок).

wpe20.jpg (19883 bytes)

Определить напряжения прикосновения, воздействию которых подверглись два человека (1 и 2), коснувшиеся провода в период прохождения по нему тока, а так же напряжение между заземлителями Uо.

Значение тока Iо = 1,0 А; удельное сопротивление земли r = 200 Ом*м; радиусы заземлителей r = 0,05 м;                 расстояния: L1 = 3 м, L2 = 40 м, L3 = 20 м; сопротивление тела человека Rh = 1000 Ом.

Ответ задачи:  Uпр1= 482 В; Uпр2= 768 В; U0= 1636 В.

Если Ваш ответ не совпал с приведенным, повторите раздел       Напряжение прикосновения

Задача 2

Определить напряжение прикосновения для человека, стоящего на полушаровом заземлителе в токопроводящей обуви и касающегося токоведущей части (см. рисунок).

wpe21.jpg (13265 bytes)

Радиус каждого заземлителя r = 0,05 м; расстояния между соседними заземлителями х = 1,0 м; ток, проходящий по схеме в землю, I0 = 0,5 А; земля однородная с удельным сопротивлением r = 1000 Ом*м.

Ответ задачи:  Uпр= 135 В.

Если Ваш ответ не совпал с приведенным, повторите раздел Напряжение прикосновения и шага.

Задача 3

На территории промышленного предприятия в земле на небольшой глубине находится металлический предмет в форме шара большого размера, обладающий сравнительно малым сопротивлением расстеканию с него тока в землю. В связи с этим было решено использовать этот предмет в качестве естественного заземлителя в системе существующего на данном предприятии защитного заземления. При этом предварительно необходимо оценить безопасность нахождения людей в непосредственной близости от участка расположения указанного естественного заземлителя.

Для этого требуется рассчитать значение напряжения шага Uш для человека, идущего по земле к точке С – месту входа провода в землю (см. рисунок), а так же потенциал заземлителя j з в период стекания с него в землю тока Iз.

wpe22.jpg (20084 bytes)

Глубина погружения шара в землю t = 4 м; наибольшее значение тока Iз = 60 А; расчетное удельное сопротивление земли r = 80 Ом*м; минимально возможное (по производственным условиям) расстояние от точки С до человека L = 2 м; длина шага человека а = 0,8 м.

Указания: считать, что ток Iз идет к рассматриваемому заземлителю через слой земли толщиной t по изолированному проводу; заземлитель имеет форму шара радиусом r = 0,4 м; сопротивление растекания тока с основания, на котором стоит человек, равно нулю.

  Ответ задачи:  Uш = 14,5 В; j з = 1000 В

Если Ваш ответ не совпал с приведенным, повторите разделы Стекание тока в землю через одиночные заземлители,   Стекание тока в землю через групповые заземлители и   Напряжение прикосновения и шага.

Следующий раздел          Начало раздела       Оглавление