Растекание тока в грунте.

Схема растекания тока в грунте представлена на рис. 3.16, а. Замыкание тока происходит при повреждении изоляции и пробое фазы на корпус оборудования, при падении на землю провода под напряжением и по другим причинам. Растекание тока замыкания в грунте определяет характер распределения потенциалов на поверхности земли. Для упрощения анализа сделаем допущения, что ток стекает в грунт через одиночный заземлитель полусферической формы (рис. 3.16, а), что грунт однородный и изотропный и что удельное сопротивление грунта ρ во много раз превышает удельное сопротивление материала заземлителя. Тогда плотность тока в точке А на расстоянии х выразится зависимостью:

 где I3 — ток, стекающий с заземлителя в грунт; S = 2πx2  — площадь поверхности полусферы радиусом х.

Падение напряжения в элементарном слое грунта толщиной dx выразится через напряженность поля Е и толщину этого слоя:

Напряженность поля определяется законом Ома в дифференциальной форме Е= δρ.

Потенциал точки А (или напряжение в этой точке) равен падению напряжения от точки  А до бесконечно удаленной точки с нулевым потенциалом. Поэтому

Обозначив I3 = ρ/2π = const = κ, получим

Таким образом, потенциал на поверхности грунта распределяется по закону гиперболы.

Напряжение прикосновения (рис. 3.16, б) — это напряжение между двумя точками цепи тока замыкания на землю (корпус) при одновременном прикосновении к ним человека. Численно оно равно разности потенциалов корпуса φк и точек почвы, в которых находятся ноги человека φн (рис. 3.16, б), т. е.

или 

Величину α называют коэффициентом напряжения прикосновения (в пределах этой зоны растекания тока αменьше единицы, а за пределами этой зоны равен единице). Напряжение прикосновения увеличивается по мере удаления от заземлителя, и за пределами зоны растекания тока оно равно напряжению на корпусе оборудования.

Ток, протекающий через человека при прикосновении,

Напряжение шага — это напряжение между точками земли, обусловленное растеканием тока замыкания на землю при одновременном касании их ногами человека. Численно напряжение шага равно разности потенциалов точек, на которых находятся ноги человека (рис 3.16, в).

При расположении одной ноги человека на расстоянии х от заземлителя и ширине шага а (обычно принимается  а = 80 см) получаем

или

Аналогично напряжению прикосновения напряжение шага:

где  — коэффициент напряжения шага, который зависит от вида заземлителей, расстояния от заземлителя и ширины шага (чем ближе к заземлителю и чем шире шаг, тем β больше).

Напряжение шага максимально у заземлителя и уменьшается по мере удаления от заземлителя; вне поля растекания оно равно нулю. Напряженность шага также увеличивается с увеличением ширины шага.

Ток, обусловленный напряжением шага,

Следует отметить, что условия поражения человека напряжением прикосновения и напряжением шага различны, так как ток протекает по разным путям: через грудную клетку — от напряжения прикосновения и по нижней петле — от напряжения шага. Значительные напряжения шага вызывают судорогу в ногах, человек падает, после чего цепь тока замыкается вдоль всего тела человека.