Искусственные и естественные заземлители

Характеристика заземлителя. Основными характеристиками за-

землителя являются его потенциал (напряжение) Uз, сопротивление Rз и кривая распределения потенциала на поверхности земли вблизи заземлителя γ = ƒ(x). Рассмотрим эти характеристики. Допустим, ток стекает в землю с четырёх вертикальных электродов 2, находящихся в земле и соединённых между собой и с опорой 1 линии электропередачи (рис. 2.2). При растекании тока в земле создаётся электрическое поле, а на поверхности образуется зона растекания тока, т. е. участок земли, в пределах которого наблюдаются заметные потенциалы, создаваемые растекающимся током. Линии 3 тока в земле направлены перпендикулярно электродам. Для упрощения заменим действительный заземлитель равнозначным в виде полусферы радиусом r (рис. 2.3). Допустим, второй электрод имеет форму концентрической полусферы и удалён на большое расстояние. Тогда линии тока, стекающего с полусферы, будут направлены по радиусам. Эквипотенциальные поверхности (т.е. поверхности равного потенциала) перпендикулярны к линиям тока и образуют концентрические полусферы.

Величина потенциалов поверхности земли γх, В, определяется по формуле

Iз ρ

γх = ——, (2.3)

(r + x)

где Iз – ток, стекающий с заземлителя, А;

ρ – удельное электрическое сопротивление земли (между гранями куба со стороной в 1 м; ρ = Rs/l Ом*м);

r – радиус полусферического заземлителя, м;

х – расстояние от края заземлителя до рассматриваемой точки, м.

Кривой распределения потенциала (см. рис.2.3) называется графическая зависимость потенциала от расстояния. При х → ∞ потенциал γх → 0. Теоретически зона земли, в которой отсутствует потенциал, находится в бесконечности. Практической зоной нулевого потенциала называется участок

земли, где потенциал на поверхности земли становится малозаметным, т.е. находится за пределами зоны растекания.

а - общий вид, б – вид сверху; 1 – опора линии электропередачи, 2 – вертикальные электроды, 3 – направление линий растекания тока, 4 – линии равного потенциала на поверхности земли (эквипотенциальные линии), 5 – линии равного потенциала в земле

Рисунок 2.2 - Кривая распределения потенциала в зоне растекания тока замыкания на землю

Рисунок 2.3. - Картина растекания тока в земле с полусферического заземлителя и кривая распределения потенциала на поверхности земли.

Напряжением заземлителя называется разность между потенциалами заземлителя γз и зоной нулевого потенциала, где γх=0. Из формулы (2.4) следует, что потенциал заземлителя γз= γх при х=0. Отсюда напряжение заземлителя

I_з ρ

U_з = γ_з – 0 = —— (2.4)

2πr

Напряжение заземлителя соответствует падению напряжения на сопротивление участка земли между заземлителем и зоной нулевого поетенциала.

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 малозаметен.

Сопротивление, которое оказывает току земля, окружающая электрод, называется сопротивлением растеканию тока или просто сопротивлением заземлителя. Его определяют по закону Ома как отношение напряжения заземлителя Uз к току Iз, стекающему с него в землю,

U_з I_з ρ ρ

R = — = ——— = —— (2.5)

I_з 2πr I_з 2πr

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