Электрическим замыканием на землю называется случайное электрическое соединение находящихся под напряжением частей ЭУ непосредственно с землей или с металлическими нетоковедущими частями, не изолированными от земли.

Замыкание на землю может произойти при:

1) обрыве и падении провода ВЛ на землю;

2) пробое изоляции жил кабеля, находящегося в земле;

3) соединении т/в частей , находящихся под напряжением с заземленным корпусом эл.оборудования.

При этом ток стекает в землю через электрод (заземлитель), к которому присоединяются все металлические нетоковедущие части ЭУ, нормально не находящиеся под напряжением, но могущие оказаться в результате повреждения изоляции (Согл. ПУЭ).

В первых 2-х случаях непосредственно в землю.

 

При этом наблюдается 2 вида явлений:

- неблагоприятные явления – возникновение потенциала на самом заземлителе и находящихся в контакте с ним других металлических частей, другого оборудования и в объеме грунта вокруг заземлителя.

За счет разности потенциалов и проводимости грунта в земле протекает ток .

- благоприятное явление – уменьшение потенциала заземлившейся токоведущей части до значения, равного произведению , которое встречает ток на своем пути, т.е. сопротивление заземлителя растекания тока: (различно, в зависимости от размеров заземлителя) .

Это явление благоприятно с точки зрения безопасности, его используют как меру защиты от поражения электрическим током при случайном появлении напряжения на нетоковедущих частях, которые заземляют.

Если земля однородна во всем объеме, то ток в земле растекается равномерно и симметрично во всех направлениях.

Грунт обладает ионной проводимостью, заряды в нем переносятся ионами, образовавшимися в результате электролитической диссоциации (распада) молекул солей, кислот и оснований, растворенных в воде.

Проводимость грунта зависит от:

1. рода грунта – различные грунты содержат неодинаковое количество и виды растворимых веществ, обладающих различной дисперсностью (рассыпчатость), поэтому оказывают разное сопротивление электрическому току.

2. степени влажности – сухие соли, безводные кислоты тока не проводят, поэтому любые грунты в абсолютно сухом состоянии тока не проводят, являются непроводниками.

При увеличении влажности сопротивление уменьшается, а проводимость увеличивается. Резкое снижение наблюдается при влажности 15 – 20 %. Дальнейшее увеличение влажности мало влияет на сопротивление, а при влажности более 80 % сопротивление может возрасти за счет снижения концентрации растворенных веществ в воде.

 

3. температуры – с ростом температуры увеличивается диссоциация молекул веществ, растворенных в воде и, следовательно, снижается активное сопротивление и увеличивается удельное сопротивление за счет повышения концентрации ионов в почвенном растворе. Однако, эта закономерность сохраняется до тех пор, пока влага не начнет интенсивно испаряться и не произойдет высушивание грунта. При этом активное сопротивление увеличивается, проводимость снижается.

 

При низких температурах происходит замерзание почвенного раствора. Образовавшийся лед в виде прослоек препятствует прохождению тока по грунту, уменьшая проводящее сечение и удлиняя путь тока. Сопротивление грунта резко увеличивается, а проводимость снижается, т.к. сопротивление льда значительно выше, чем сопротивление воды;

4. степени уплотнения – с уплотнением исчезают пустоты, благодаря чему возрастает токопроводящее сечение и способность удерживать влагу и сопротивление снижается, а проводимость увеличивается;

5. времени года – сезон влияет на атмосферные условия, изменяется содержание влаги, температура, количество растворенных веществ.

Снижение сопротивления происходит весной и осенью (дожди, таяние снега, повышение температуры весной), увеличение сопротивления – зимой и летом (замерзание, испарение влаги). Более высокое сопротивление – зимой.

6. строения грунта – слоистое, неоднородное.

За счет разности потенциалов в земле протекает ток.

Если земля однородна во всем объеме, то ток в земле растекается равномерно и симметрично во все стороны.

Закон распределения потенциала в электрическом поле заземлителя определяется сложной зависимостью от многих факторов:  φ_х=f (I_з; r_уд; x; r_з; d_з; l_з; t).

Но формула кривой распределения потенциала по поверхности грунта едина – равносторонняя гипербола.

 

Для одиночного заземлителя любого типа при расстоянии от заземлителя значительно превышающем его размеры формула потенциальной кривой имеет вид:

, где

φ_x – потенциал в точке X;

I_з - ток замыкания на землю;

ρ – удельное сопротивление грунта;

x – расстояние от заземлителя.

Наибольшим потенциалом обладает заземлитель (при x= r_з - φ_x= max).

Точки, лежащие на поверхности грунта, имеют тем меньший потенциал, чем дальше находятся от заземлителя (при x→∞ -  φ→0).

В реальных условиях уже на расстоянии 20 метров от заземлителя потенциал настолько мал, что его можно принять равным нулю.

Объём земли, где проходит ток замыкания, называется полем растекания тока замыкания, а область, где потенциал равен нулю – электротехнической землей.

На практике, как правило, применяют грунтовые заземлители. Вокруг каждого заземлителя возникают самостоятельные потенциальные кривые.

При больших расстояниях между электродами (>4 Ом) поля растекания токов вокруг них практически не взаимодействуют, при этом потенциалы всех электродов равны, даже если они разных размеров.

 

При длине менее 40 метров поля растекания заземлителей накладываются одно на другое, потенциальные кривые, взаимно пересекаясь, складываются, образуя непрерывную потенциальную кривую группового заземлителя.

Уравнение суммарной потенциальной кривой между двумя электродами:

φ_х = φ₁+ φ₂

Наибольший потенциал будет при наименьшем расстоянии – x = r_з, наименьший – между электродами в точке, лежащей на середине отрезка L.

 

 

С уменьшением расстояния между электродами потенциал возрастает, следовательно, происходит выравнивание потенциала на поверхности земли между электродами.

Возникающие разности потенциалов отдельных точек цепи тока, в том числе, точек на поверхности земли, могут достигать больших значений и представлять опасность для человека. Человек, находясь в поле растекания тока, может попасть под шаговое напряжение или напряжение прикосновения.

Следующая >§2. Анализ опасности напряжения прикосновения.