Почему заземление важно: предотвращение удара от одного провода

Электричеству нужен замкнутый контур для поддержания тока. Поэтому кратковременный удар статического разряда происходит только во время выравнивания заряда между двумя объектами, делая такие удары обычно безвредными.

Риск удара возникает только когда ток может войти и выйти из тела через две различные точки контакта. Этот принцип объясняет, почему птицы безопасно сидят на высоковольтных линиях — они касаются в одной точке, поэтому никакое напряжение не может прогнать ток через их тела.

Для тока через проводник нужно напряжение между двумя точками; напряжение никогда не присуще одной точке. Птица, касающаяся только одного провода, не испытывает напряжения на теле, и ток не течёт.

Птица может коснуться обоими ногами одного провода, но её ноги остаются электрически общими — разности потенциалов между ними нет. Это убивает движущую силу тока через птицу.

Многие думают, что касаться только одного подводящего провода всегда безопасно, но люди обычно стоят на земле. Если жёлтый провод системы отнесён к земле, прикосновение к нему замкнет контур через землю, создавая опасность удара.

Символ заземления — три горизонтальные полосы убывающей ширины — обозначает металлический проводник, заложенный глубоко для низкоимпедансного пути к земле. Когда ноги человека контактируют с землёй, они фактически присоединяются к контуру во второй точке, замыкая петлю.

Студенты часто спрашивают:

• Зачем вводить точку заземления, если она может создать путь удара?
• Защищает ли обувь от ударов через землю?
• Может ли земля служить надёжным проводником в системах питания?

Заземление цепи гарантирует, что один её полюс всегда на нулевом потенциале относительно земли, делая эту точку безопасной для прикосновения. Например, если нижняя шина на диаграмме заземлена, человек, касающийся её, не получит удар, хотя ноги всё равно на земле.

В незаземлённой системе прикосновение к любой одиночной точке обычно безопасно, так как полного пути через тело нет. Но случайные заземления — например, ветка дерева, замыкающая жёлтый провод на землю — могут создать опасный контур.

Заземления возникают от: загрязнённых изоляторов, грунтовых вод, животных, замыкающих провода. Они непредсказуемы, и одно случайное соединение может превратить ранее безопасную точку в опасную.

Заземления

Заземления могут вызвать:

• Накопленная грязь на изоляторах, образующая проводящую водяную плёнку под дождём.
• Водопроникновение в заземлённые проводники.
• Птицы, замыкающие провода на опоры.

Так как появление заземления случайно, единственная гарантированно безопасная точка в незаземлённой системе — та, что явно подключена к земле. Поэтому промышленные и жилые проекты обязывают заземление по стандартам NEC и IEEE.

Представьте дерево, касающееся верхнего провода: вся цепь заземляется в этой точке, оставляя нижний провод на полном линейном напряжении относительно земли — в точности противоположно типичному сценарию заземления.

В истинно незаземлённой системе два человека, касающихся разных проводов, создают смертельный путь: ток течёт от одного через землю к другому. Единственное действительно безопасное животное — птица, остающаяся электрически изолированной от земли.

Таким образом, заземление — это намеренная мера безопасности, а не фактор риска. Оно гарантирует одну безопасную точку касания и ограничивает напряжение в незаземлённых местах.

Касательно обуви: резиновые подошвы дают скромную изоляцию (обычно ~20 МОм для сухой резины). Но обычная обувь не предназначена для электробезопасности; влага или пот могут резко снизить сопротивление до 5–20 кОм. Специализированная защитная обувь и коврики обязательны и должны быть сухими и чистыми.

Исследования сопротивления контакта человека показывают:

• Рука/нога в резиновой изоляции: ~20 МОм.
• Сухая кожаная подошва: 100 кОм–500 кОм.
• Мокрая кожаная подошва: 5 кОм–20 кОм.

Сухая земля — плохой проводник, но при влаге или электролитах сопротивление падает, позволяя проходить опасным токам от высоковольтных систем.

Бетон обычно даёт меньшее сопротивление из-за воды и ионов, а асфальт — большее за счёт масляной основы.

Обзор

• Удар требует две точки цепи и напряжение через тело.
• Заземление соединяет одну точку цепи с землёй, делая её безопасной для прикосновения.
• Заземление — непреднамеренный мост между проводником и землёй.
• Специализированная обувь и коврики должны быть сухими и чистыми; обычная обувь не гарантирует защиту.
• Даже сухая земля может проводить достаточно тока для летального исхода при высоком напряжении.

Связанный рабочий лист

• Рабочий лист по электрическому удару