9.6. Електричне поле в діелектрику між двома струмопроводами
Прийнято вважати, що картина електричного поля в діелектрику, який охоплює провідники зі струмами, тотожна картині електричного поля в умовах електростатики.
Строго кажучи, це вірно лише наближено, оскільки в умовах електростатики тангенціальна складова напруженості електричного поля на поверхні провідного тіла рівна нулю, тоді, як при протіканні постійного струму провідником тангенціальна складова напруженості електричного на поверхні провідника, хоч і дуже мала в порівнянні з нормальною складовою напруженості в цій же точці, але не рівна нулю.
Приклад
9.1. На
числовому прикладі переконаємось, що
тангенціальна складова напруженості
поля
в багато разів менша від нормальної
складової напруженості
.
Припустимо,
що різниця потенціалів
між двома паралельними струмонесучими
мідними шинами (рис. 9.4) рівна 100
В,
відстань
між шинами 0,02
м,
густина струму
,
провідність
.
Р
озв’язання
Таким чином, нормальна складова напруженості на чотири порядки більша від тангенціальної складової .
Приклад
9.2. Визначимо
струм витікання коаксіального кабелю
на 1 км довжини, якщо простір між жилою
і оболонкою кабелю заповнений неідеальним
діелектриком, провідність якого
;
радіус жили
,
радіус оболонки
,
де
– основа натурального логарифму; напруга
між жилою і оболонкою
.
Розв’язання
Провідність кабелю:
.
Стум витікання через недосконалу ізоляцію:
.
Приклад
9.3. В
морську воду, провідність якої
,
вертикально опущені дві металічні
трубки зовнішнім діаметром
і довжиною
.
Відстань між осями труб
.
Визначимо провідність
між трубками.
Розв’язання
.
9.7. Просторове розтікання електричного струму в землі. Опір замикання
Для здійснення з’єднання будь-якої точки електричного кола з землею закопують у землю металічні провідники, до яких і приєднують відповідну точку кола. Систему таких закопаних у землю провідників називають заземлювачем.
Опір, який зустрічає струм при розтіканні в землі від заземлювача, називають опором заземлення. Опором металічних заземлювачів зазвичай нехтують у порівнянні з опором землі.
У потужних електроенергетичних пристроях при коротких замиканнях на землю будь-якої точки електричного кола, яка в нормальних умовах не повинна мати з’єднання з землею, виникають великі струми короткого замикання, які проходять через заземлювачі, землю і місце пошкодження електричного кола. Спад напруги в землі біля заземлювача залежать від величини струму короткого замикання і від опору заземлення. Надзвичайно важливо намагатись зменшити цей спад напруги: цього можна досягти зменшенням опору заземлення.
Зменшення опору заземлення досягають двома шляхами: збільшенням розмірів системи, утвореної провідниками заземлення і, якщо це можливо, збільшенням питомої провідності ґрунту.
Особливо важливо надати системі провідників заземлення таку конструкцію, щоб спад напруги від струмів короткого замикання, який виникає на поверхні землі, рівній довжині людського кроку, так звана крокова напруга, ніде не перевищував величини, при якій через людину, що йде по землі, можуть пройти небезпечні для її життя струми. У зв’язку з цим досить важливо вміти розраховувати опір розтіканню струму в землі при різних конструкціях заземлювачів.
Формули
для провідності
заземлення можуть бути написані на
основі методу електричної аналогії з
формулами для ємності
відповідно розміщених тіл.
В електростатичних задачах звично приймають рівним нулю потенціал нескінченно віддалених точок. У задачах, що відносяться до обчислення струмів у землі, також приймають рівним нулю потенціал нескінченно віддалених точок або практично достатньо віддалених від електрода точок. При цьому у виразі величина є потенціал зарядженого тіла.
Необхідно зазначити, що в землі лінії струму не прямують у нескінченність, а збираються біля іншого електрода або біля місця пошкодження ізоляції лінії. Одначе ця обставина мало відбивається на розподілі струму біля даного електрода і на значенні відповідного йому опору заземлення, так як основний опір розтіканню струму зосереджений поблизу електрода, де густина струму в землі має найбільше значення.