способ уменьшения шаговых напряжений на поверхности земли по периметру контура заземляющего устройства

Формула изобретения

СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ШАГОВЫХ НАПРЯЖЕНИЙ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ ПО ПЕРИМЕТРУ КОНТУРА ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА, заключающийся в том, что в грунт на некоторую глубину закладывают заземляющую стенку, отличающийся тем, что заземляющую сетку закладывают в грунт на глубину, равную величине радиуса R_оп опасной зоны поля растекания тока на поверхности земли, определяемого соотношением

R_оп = (1/7 - 1/8)R_max,

где R_max - максимальный радиус поля растекания тока на поверхности земли.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для заземления электроустановок преимущественно с помощью горизонтальных (стержневых или полосовых) заземляющих устройств, выполненных в виде заземляющих сеток.

Известен способ уменьшения "шаговых напряжений" на поверхности земли внутри и за пределами контура заземляющих сеток [1] ,

Основным недостатком указанного способа является использование сложных конструкций заземляющих сеток.

Известен способ уменьшения "шаговых напряжений" на поверхности земли, осуществляемый путем установки по периметру заземляющей сетки выравнивающего контура.

Недостатком этого способа является использование сложной конструкции заземляющего устройства, а именно специальной конструкции выравнивающего контура из дорогостоящего диэлектрического материала - бризола.

Цель изобретения - исключение опасных для жизни человека шаговых напряжений на поверхности земли по периметру контура заземляющей сетки.

Согласно предлагаемому способу заземляющую сетку закладывают в однородный грунт на глубину, определяемую размерами опасной зоны "поля растекания тока" на поверхности земли, а именно для однорядного грунта, на величину радиуса опасной зоны "поля растекания тока" на поверхности земли

R_оп= R_max, где R_max - максимальный радиус "поля растекания тока" на поверхности земли.

На фиг. 1 изображена кривая распределения потенциалов точек земли "поля растекания тока" одиночного заземлителя (стержня или полосы), находящегося на поверхности земли; на фиг. 2 - II-I - гипербола, выражаемая уравнением U = K/R; кривая распределения "шаговых напряжений", "поля растекания тока" на поверхности земли одиночного заземлителя; на фиг. 3 - "цилиндры растекания тока" в земле одиночного заземлителя; на фиг. 4 - схема размещения заземляющей сетки в грунте и кривая распределения выравненных потенциалов точек земли в пределах контура заземляющей сетки; на фиг. 5 - общий вид в плане заземляющей сетки.

Необходимость заложения заземляющей сетки в грунт на величину радиуса опасной зоны "поля растекания тока" на поверхности земли R_оп= R_max объясняется следующим образом.

При пробое тока на корпус заземленной одиночным заземлителем (стержнем) электроустановки ток через заземлитель уходит в землю, растекаясь в ней по радиусам полуцилиндров и образуя на поверхности земли "поле растекания тока" в плане в виде прямоугольника длиной, равной длине заземлителя, шириной D = 2R_max = 40 м [1] . При этом потенциалы точек земли в этом "поле" в вертикальной плоскости для шаровых и горизонтальных стержневых заземлителей распределяются по закону гиперболы, выраженной уравнением

U = K/R [1] (1) где К - коэффициент (постоянная величина), выражаемая равенством

K = U_maxr [1] (2) здесь U_max - максимальный потенциал в точке расположения заземлителя;

r - радиус заземлителя (шара, полушара, стержня или трубы).

В случае попадания человека в "поле растекания тока" он оказывается под "шаговым напряжением"

U_ш = U₁ - U₂ [1] , (3) где U₁ и U₂ - потенциалы точек земли соответственно под одной и другой ногами человека.

Принимая параметры U_max = 220 В, R_max = 20 м, шаг человека R = 0,8 мм, r = 1 см, строим гиперболу U = K/R (фиг. 2, кривая I), а по ней с помощью формулы (3) - кривую распределения "шаговых напряжений" U_ш = f(R) (фиг. 2, кривая II).

Из фиг. 2 видно, что при значениях R = 0-5 м наблюдается резкое уменьшение параметров U и U_ш, при значениях R = 6-20 м уменьшение параметров U и U_ш - незначительное. Это наводит на мысль о том, что в первом случае "шаговые напряжения" могут быть описанными, во втором - безопасными.

Принимая в качестве критерия оценки параметра, безопасные для жизни человека напряжения U = 36 В и U = 42 В и проведя через точки U = 36 В и U = 42 В прямые до пересечения с кривой U_ш = f(R), находим, что эти прямые пересекаются с кривой U_ш = f(R) на расстоянии R = 2,5-2,7 м, что составляет относительно величины R_max 1/7 - 1/8 часть. Следовательно, при R< R_max "шаговые напряжения" - опасны, при R> R_max - безопасны. Отсюда следует, что радиус опасной зоны "поля растекания тока" одиночного заземлителя, находящегося на поверхности земли, составляет R_оп= R_max , а сама описанная зона в плане имеет вид прямоугольника шириной D= 2R_оп= 2 R_max . Таким образом, для исключения опасных для жизни человека "шаговых напряжений" на поверхности земли вблизи заземлителя его необходимо погрузить в грунт на глубину R_оп. Погружая заземлитель в грунт на эту величину, получаем в земле опасный для жизни человека "цилиндр растекания тока" (фиг. 3).

Способ уменьшения "шаговых напряжений" на поверхности земли по периметру контура заземляющего устройства включает проводники 1, идущие от электроустановок и заземляющую сетку 2, заложенную в грунт на глубину радиуса опасной зоны "поля растекания тока" на поверхности земли.

Уменьшение "шаговых напряжений" на поверхности земли по периметру контура заземляющего устройства происходит следующим образом.

При пробое тока на корпус электроустановки ток по проводнику 1 поступает в заземляющую сетку 2 и уходит в землю, растекаясь в ней от каждого стержня по радиусам "цилиндров растекания тока". Размещение сетки на глубине R_оп исключает опасную зону "поля растекания тока" на поверхности земли и опасные для жизни человека "шаговые напряжения" в этом поле. Исключение этих напряжений внутри контура заземляющей сетки достигается выравниванием потенциалов точек земли смежных стержней сетки. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 881921, кл. Н 01 R 4/66, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР N 930462, кл. Н 01 R 4/66, 1982.