Шаговое напряжение и напряжение прикосновения

Разность потенциалов точек земли, расстояние между которыми равно длине шага человека (≈0,8м) называют шаговым напряжением. Пусть, например, заземлитель выполнен в виде плоской пластины диаметром 0,5м, лежащей на земле с удельным сопротивлением ρ = 100 Ом*м. Сопротивление заземления такой пластины, согласно (4), равно 100 Ом. При попадании на пластину напряжения 1 кВ ток пластины 10 А; распределение потенциала на поверхности земли показано в таблице 8.

Табл. 8.

Затухание потенциала на поверхности земли вблизи плоской платины диаметром 0,5 м и напряжении 1 кВ.

r, м		1,5		2,5
φ, В	159,2	106,1	79,6	63,7	53,1	39,8		26,5

Как видно, при длине шага 1м разность потенциалов на удалении 1м и 2м от центра пластины 80В. Увеличение напряжения пластины пропорционально увеличит потенциал земли и шаговое напряжение.

С эффективностью заземления связано также напряжение прикосновения – разность потенциалов между корпусом оборудования, оказавшегося под напряжением, и возможным местом расположения ног человека, касающегося этого корпуса. В рассмотренном выше примере напряжение прикосновения равно разности между напряжением пластины (1 кВ) и потенциалом земли в точке возможного нахождения ног человека. Так, если человек стоит непосредственно на пластине, напряжение прикосновения отсутствует, так как нет разности потенциалов между пластиной и корпусом оборудования. Но если человек стоит на расстоянии r =1м от пластины, то напряжение прикосновения достигнет 841 В.

Расчет групповых заземлителей

Для снижения сопротивления заземления можно увеличивать размеры одиночного заземлителя либо соединять параллельно нескольких электродов. При этом во избежание взаимного влияния электродов расстояние между ними должно быть достаточно большим.

Пусть, например, электроды выполнены в виде пластин диаметром 0,5м на поверхности земли, так что распределение потенциалов соответствует данным табл. 8. Тогда, если расстояние между электродами 1м, каждый из них оказывается в зоне действия соседнего электрода, создающего потенциал 159 В. В результате ток электродов снизится и составит не 10А, а (1000-159)/10 = 8,41 А, а сопротивление заземления не 100 Ом, а 1000/8,41= 119 Ом. При параллельном соединении 2-х электродов результирующее сопротивление составит не 50 Ом, а 59,5 Ом. Увеличение количества электродов еще больше увеличит сопротивление каждого из них.

В зимний период верхний слой грунта замерзает, и его удельное сопротивление возрастает в сотни раз. Если заземляющие устройства частично оказываются в зоне промерзания, то зимой их сопротивление возрастает.

Порядок расчета заземляющих устройств, когда задано максимально допустимое значение сопротивления R_зад и климатическая зона (приложение 5), следующий:

1. Уточнить требуемое сопротивление заземляющего устройства R_зу с учетом климатической зоны: R_зу = kR_зад
2. Определить сопротивление заземления одиночного вертикального электрода R_э по формулам раздела 8.
3. Определить минимальное количество электродов n:

n_min = R_зу/R_э.

1. Выбрать схему расположения электродов (в ряд или по контуру), расстояния между ними и определить коэффициент использования K по данным приложений 1или 2.
2. Уточнить требуемое количество электродов с учетом коэффициента K:

n = n_min/K.

1. Уточнить сопротивление вертикальных стержней:

R_ст = R_э/(K∙ n)

1. Выбрать размеры горизонтальной полосы между двумя смежными вертикальными стержнями и определить её сопротивление.
2. Вычислить сопротивление всех горизонтальных полос R_гп с учетом коэффициента использования, приложения 3 и 4.
3. Вычислить суммарное сопротивление вертикальных стержней R_ст и горизонтальных полос R_гп :

R_сум = (R_ст∙R_гп)/( R_ст + R_гп).

Измерение удельного сопротивления грунта