Электрические характеристики заземлителей

Основными характеристиками заземлителя являются его потенциал относительно земли (напряжение) Uз, сопротивление Rз и кривая распределения потенциала на поверхности земли вблизи заземлителя (х). От распределения потенциалов на поверхности земли, в свою очередь, зависят напряжения прикосновения и шага в зоне заземлителя.

Рассмотрим эл. характеристики заземлителей. Допустим ток, стекает в землю с четырех вертикальных электродов 2, находящихся в земле и соединенных между собой и с опорой 1 линии электропередачи (рис.)

При растекании тока в земле создается Эл. Поле, а на поверхности образуется зона растекания тока; т.е. участок земли, за пределами которого Эл. потенциал может быть условно принят равным нулю.

Линии 3 тока в земле 7аправлены перпендикулярно электродам. Для упрощения заменим действительный заземлитель равнозначным в виде полусферы радиусом r (рис.).

Допустим, что второй электрод (на рис. не показан) имеет форму тонкостенной концентрической полусферы и удален на большое расстояние от заземлителя. Тогда линии тока в эл. поле (земле) будут направлены по радиусу. Эквипотенциальные поверхности (т.е. поверхности равного потенциала) перпендикулярны линиям тока и образуют концентрические полусферы. Потенциал поверхности земли определяют по формуле:

= Iз* /[2 (r+x)], где Iз – ток, проходящий через заземлитель, А; - удельное эл. сопротивление земли (между гранями куба со стороной 1 м,

= R*s/l Ом*м /м или Ом*м); х – расстояние от края заземлителя до рассматриваемой точки в метрах.

Графическая зависимость потенциала от расстояния наз. кривой распределения потенциала. При х потенциал 0. Теоретически зона земли, на поверхности которой отсутствует потенциал, находится в бесконечности. Практически зоной нулевого потенциала наз. участок земли, где потенциал на поверхности земли становится мало заметным, т.е находится за пределами зоны растек5ания тока.

Разность между потенциалами заземлителя и зоной нулевого потенциала, где =0, наз. напряжением заземлителя. Из формулы для следует, что при х=0 потенциал равен потенциалу заземлителя, т.е .

Отсюда напряжение заземлителя Uз= -0=Iз* /(2 r).

Напряжение заземлителя соответствует падению напряжения на сопротивлении участка земли между заземлителем и зоной нулевого потенциала. Вблизи заземлителя кривая распределения потенциала имеет крутой спад.

На расстоянии, равном одному диаметру полусферы, происходит основное падение потенциала (68%); на расстоянии 7-8 диаметров потенциал уже мало заметен.

Сопротивление, которое оказывает току земля (грунт), окружающая электрод, наз. сопротивлением растекания тока или просто сопротивлением заземлителя. Его определяют по закону Ома как отношение напряжения заземлителя Uз к току Iз , проходящему через него в землю: R=Uз/Iз=

= Iз* /(2 *r*Iз)= /(2 *r).

Сопротивление заземлителей прямо пропорционально удельному сопротивлению земли и обратно пропорционально их геометрическим размерам. Его не следует смешивать с сопротивлением заземлителя (проводника), которое очень мало по сравнению с сопротивлением растеканию тока, т.е по сравнению с сопротивлением массы земли, окружающей заземлитель.

Пользуясь выше указанными формулами, можно определить напряжение прикосновения в зоне растекания тока: Uпр=(Iз* )/[Iз* ], где х – расстояние от края заземлителя до места нахождения человека, r – радиус полусферического заземлителя.

Из этой формулы следует, что напряжение прикосновения будет минимальным, когда человек находится в непосредственной близости от заземленного оборудования (х 0). Если человек стоит на заземленной части и рукой касается другого участка заземленного оборудования (х=0), напряжение прикосновения будет отсутствовать. Если он стоит в зоне нулевого потенциала (х ) и касается заземленного оборудования, напряжение прикосновения окажется максимальным, равным полному потенциалу заземлителя. ЭЖто возможно в случае появления напряжения на заземленных металлических конструкциях или телефонных проводах на дальнем расстоянии от заземлителя.

Если человек стоит в зоне растекания тока с полусферического заземлителя, он окажется под напряжением шага (Uш= ):

Uш= [Iз* / 2 ]-[Iз* /2 ].

Из последней формулы следует, что напряжение шага будет отсутствовать, когда человек стоит в зоне малых (близких к нулевому) потенциалов, на линии равного потенциала или на одной ноге. Поэтому выходить из зоны растекания тока рекомендуется прыжками на одной ноге и располагая ступню вдоль линии равного потенциала.

Максимальным напряжение шага будет в том случае, когда человек одной ногой стоит на заземленной части, а другой – на земле (х=0, длина шага принимается наибольшей – 0,8 – 1 м);

Uш max= . Поэ\тому при обнаружении замыкания на землю до отключения поврежденного участка запрещается приближаться к месту повреждения на расстояние менее 4-5 м в ЗРУ и 8-10 м – на открытых подстанциях.