Явища, які виникають при проходженні електричного струму в землю

 

При проходженні струму в землю відбувається різке зниження потенціалу струмопровідної частини, що заземлилася, до значення f_з, В, який дорівнює добутку струму, що проходить в землю, I_з, А, на опір, який струм зустрічає на своєму шляху, R_з, Ом:

f_з = I_з·R_з (9.1)

 

Це явище використовується як засіб захисту від ураження струмом при випадковій появі напруги на металевих не струмопровідних частинах обладнання, які з цією метою заземляють.

Проте при цьому виникають і негативні явища - поява потенціалу на заземлювачі, а також на поверхні ґрунту навколо місця проходження струму в землю.

Природу розподілу потенціалу на поверхні землі розглянемо на прикладі проходження струму - I_з, А, в землю через заземлювач - півсферу радіусом r, м.

Рисунок 9.1 - Розподіл потенціалу на поверхні землі навколо півкульового заземлювача

 

Для спрощення вважаємо, що земля в будь-якому напрямі має однаковий питомий опір , Ом·м. В цьому випадку струм в землі розходитиметься по радіусах півсфери і величина його зменшуватиметься у міру віддалення від заземлювача за законом збільшення площі півсфери, через яку проходить струм.

На відстані Х від центра півкулі щільність струму, А/м², буде дорівнювати

 

. (9.2)

 

Потенціал точки А, розміщеної на відстані Х від центра заземлювача буде дорівнювати

 

f_х = i_х·R_х , (9.3)

оскільки

R_х = ·x, то (9.4)

 

. (9.5)

 

Теоретично f_х = 0 при Х = . Звичайно область нульового потенціалу розпочинається на відстані більше 20 м від заземлювача.

Максимальний потенціал буде при Х=min, тобто при Х=r

 

. (9.6)

 

Вирішивши спільно два рівняння (9.5) і (9.6), отримаємо з (9.6) , тоді, підставивши в (9.5) це значення отримаємо

f_х = r·f_з*1/х.

Позначивши r·f₃ через К, маємо

f = K , (9.7)

тобто маємо рівняння рівносторонньої гіперболи. Отже, висновок:

Потенціал на поверхні землі навколо заземлювача змінюється за законом рівносторонньої гіперболи.

Напруга кроку (рис. 9.2), або крокова напруга, це різниця потенціалів f_x і f_x+a двох точок на поверхні землі в зоні розходження струму, що знаходяться на відстані кроку а = 0,8 м:

 

. (9.8)

 

Напруга дотику - U_дот (рис. 9.3) характеризується відрізком АВ і залежить від форми кривої і відстані Х між людиною, що торкається до заземленого обладнання, і заземлювачем. Чим далі від заземлювача перебуває людина, тим більше U_дот, навпаки при Х=20 м, U_дот = f_з. Таке положення найбільш небезпечне. При Х = 0, тобто людина стоїть на заземлювачі, U_дот = 0, тобто це безпечний випадок, хоч людина і перебуває під потенціалом f_з. В решті випадків U_дот зростає від 0 до f_з.

 

Рисунок 9.2 - Напруга кроку при одиночному заземлювачі