Явления при стекании тока в землю

Электрическим замыканием на землю называется случайное соединение находящихся под напряжением частей электроустановки непосредственно с землей или с металлическими нетоковедущими частями, имеющими контакт с землей.

Замыкание на землю может произойти вследствие появления контакта между токоведущими частями и заземленным корпусом или конструктивными частями оборудования, при падении на землю оборванного провода, при пробе изоляции оборудования высокого напряжения и т. п. Во всех этих случаях ток от частей, находящихся под напряжением, проходит в землю через электрод, который осуществляет контакт с грунтом. Специальный металлический электрод принято называть заземлителем.

Рассмотрим стекание тока в землю через одиночный электрод полусферической формы и характер распределения потенциала на поверхности земли.

Ток на земле будет растекаться во все стороны по радиусам полусферы. В объеме земли, где проходит ток, возникает "поле растекания тока", которое характеризуется наличием потенциала грунта в любой точке, то есть в пределах поля растекания тока потенциал земли отличен от нуля. Теоретически оно простирается бесконечно. Однако, в реальных условиях уже на расстоянии 20м от заземлителя площадь полусферы, по которой растекается ток, становится столь большой, что сопротивление земли можно считать близким к нулю. Следовательно, и потенциал земли на расстоянии 20 м практически равен нулю.

Потенциал заземлителя определяется выражением:

 

(2.2.1)

 

где φ_з - потенциал заземлителя;

I ₃- ток, стекающий на землю;

R _p -сопротивление заземлителя растеканию тока, которое определяется как суммарное сопротивление самого электрода, переходного сопротивления от электрода к грунту и сопротивления грунта от заземлителя до точки с нулевым потенциалом.

 

Напряжение шага

  Человек, находящийся в поле растекания тока заземлителя оказывается под напряжением шага, если его ноги находятся в точках с разными потенциалами.

Напряжением шага называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек.

Если человек находится на расстоянии X от заземлителя, а длина шага равна «α» (рисунок 2.2.1), напряжение шага определяется как разность потенциалов между правой и левой ногами, находящимися в точках с координатами (x) и (х+а).

 

Рис. 2.2.1. Напряжение шага

 

Формула для определения напряжения шага будет иметь вид:

(2.2.2)

 

Потенциал этих точек определяется как:

	(2.2.3)
	(2.2.4)

 

 

Для расчета сопротивления заземлителей применяются следующие формулы:

 

- полусферический заземлитель:

(2.2.5)

 

где ρ - удельное сопротивление, Ом∙м;

r – радиус полусферы, м;

 

- заземлитель вертикальный трубчатый, расположенный у поверхности грунта:

(2.2.6)

где L - длина заземлителя, м (дана в задании);

d - наружный диаметр заземлителя, м (дан в задании);

 

- заземлитель вертикальный трубчатый, заглубленный в грунте:

(2.2.7)

где 

L – длина заземлителя, м;

d - наружный диаметр заземлителя, м;

H - глубина заложения заземлителя, м.

(2.2.8)

 

где H_o – глубина заглубления.

Таблица 2.2.2