Явление при растекании тока к земле

Явлением при растекании тока к земле (замыканием на землю) называется случайное электрическое соединение, находящихся под напряжением частей электроустановки с землей. Замыкание на землю происходит вследствие появления контакта между токоведущими частями (ТВЧ) и заземленным корпусом или конструктивными частями оборудования:

- при падении на землю оборванного провода;

- при нарушении (пробое) изоляции оборудования.

Во всех этих случаях электрический ток от частей находящийся под напряжением проходит землю через электрод, который осуществляет контакт с грунтом.

Специальный металлический электрод принято называть заземлителем. Размеры электрода составляет от нескольких сантиметров до десятков и сотен метров. Форма электрода и состав грунта могут быть различными, и поэтому закон распределения потенциала вокруг электрода определяется сложной зависимостью.

И для упрощения вводят допущение, что ток стекает в землю через одиночный заземлитель полусферической формы погруженной в однородный изотропный грунт с удельным сопротивлением ρ во много раз превышающий удельное сопротивление материала заземлителя. Если второй электрод находится на достаточно большом удалении, то линии тока вблизи исследуемого заземлителя направлены по радиусам от центра полусферы. Поскольку грунт однородный и изотропный, ток распределяется по этой поверхности равномерно. Поэтому плотность тока σ в точке А на поверхности грунта на расстоянии Х от заземлителя определяется, как:

.

Для определения потенциала точки А, лежащей на поверхности радиуса х, выделим элементарный слой dX падение напряжения в этом слое будет определяться по формуле:

Напряженность определяется из закона Ома, выраженного в дифференциальной форме:

Потенциал точки А или напряжение этой точки земли равно суммарному падению напряжения от точки А до земли, т.е. бесконечно удаленной точки с нулевым потенциалом:

Если учесть что , то:

,

То есть потенциал точки А изменяется по гиперболическому закону.

Uз – напряжение на заземляющем устройстве относительно земли.

Наибольший электрический потенциал будет в месте соприкосновения проводника с землей. По мере удаления от этого места потенциал поверхности грунта уменьшается, т.к. сечение проводника увеличивается пропорционально квадрату радиуса и на расстоянии равном примерно 20 м может быть принят равным нулю.