Потенциал и сопротивление растеканий одиночных заземлителей

Рисунок 2. Схема защитного заземления в сети с заземленной нейтралью. 1 - электродвигатель; 2 - заземлитель; 3 - заземлитель нейтрали; I, II, III, 0 - фазовые и нулевой провода.

При стекании электрического тока в грунт через заземлитель, возникает потенциал на самом заземлителе, а также на находящихся в контакте с ним металлических частях и на поверхности грунта вокруг места стекания тока в землю. Этот потенциал достигает максимума на поверхности заземлителя и практически равен нулю на расстояния 20 м от места стекания тока.

Ток, стекающий в землю, встречает сопротивление, которое слагается из сопротивления заземляющих проводников, сопротивления самого заземлителя, переходного сопротивления между заземлителем и грунтом и, наконец, сопротивления грунта. Три первые составляющие в сравнении с четвертой весьма малы и в практических расчетах во внимание не принимаются. Сопротивление заземляющего устройства растеканию тока, или просто сопротивление растеканию называют сопротивление грунта растеканий тока. Оно для заземления защитного слагается из сопротивлений одиночных заземлителей, зависящих от их формы, размеров и расположения.

Потенциал какой-либо точки на поверхности земли, отстоящей на расстоянии х от точечного заземлителя, равен падению напряжении в грунте на участка от x до бесконечности, т.е.

и, поскольку, сопротивление току, стекающему с заземлителя, оказывает вся земля, начиная от участка, прилегаюцего к поверхности заземлителя, сопротивление заземлителя растеканию тока

где - потенциал точки на поверхности земли; - падение напряжения на элементарном участке грунта; - ток стекания; - сопротивление заземлителя; - удельное сопротивление грунта; - поверхность, через которую происходит растекание тока.

Сопротивление растеканию полушарового заземлителя на поверхности земли.

Рисунок 3 – Схема к расчету сопротивления растекания полушарового зазелителя поверхности земли.

Заземлитель представляет собой погруженное в грунт и выходящее на поверхность земли полушарие (Рисунок 3).

Поверхность растекания является полусферой радиуса х и равна:

Потенциал на поверхности земли изменяется по следующему закону:

Сопротивление растеканию равно:

Сопротивление растеканию стержневого вертикального заземлителя у поверхности земли.

Рисунок 4 – Схема к расчету сопротивления растеканию стержневого заземлителя у поверхности земли.

Заземлитель представляет собой стержень длиной с диаметром пренебрежимо малым по сравнению с длиной, вертикально погруженный в грунт и выходящий на поверхность земли (Рисунок 4).

Поверхностью растекания является цилиндр радиуса х с образующей, длина которой изменяется по закону равнобочной гиперболы. Эта поверхность равна:

Потенциал на поверхности земли выражается следующей зависимостью:

Сопротивление растеканию тока:

Сопротивление растеканию стержневого горизонтального заземлителя у поверхности земли

Рисунок 5 – Схема к расчету сопротивления растеканию стержневого горизонтального эаземлителя у поверхности земли.

Заземлитель представляет собой стержень длиной с диаметром пренебрежимо малым по сравнению с длиной, горизонтально погруженный в грунт и выходящий на поверхность земли (Рисунок 5).

Поверхностью растекания являются два полуцилиндра радиуса х с образующими, длины которых изменяются по гиперболическому закону. Эта поверхность равна:

Потенциал на поверхности земли:

Сопротивление растеканию тока:

Сопротивление растеканию стержневого вертикального заземлителя, заглубленного в землю

Рисунок 6 – Схема к расчету сопротивления растеканию стержневого вериткального заземлителя, заглубленного в землю.

Заземлитель представляет собой стержень длиной с диаметром пренебрежимо малым по сравнению с длиной, вертикально погруженный в землю на глубину t до его средины (Рисунок 6).

Поверхность растекания вначале представляет собой два цилиндра радиуса х с образующими, длины которых изменяются по закону равнобочной гиперболы пока длина образующей не достигнет 2t. Затем один такой цилиндр. Эти поверхности равны соответственно:

Потенциал на поверхности земли:

Сопротивление растеканию тока:

Сопротивление растеканию стержневого горизонтального заземлителя, заглубленного в землю

Рисунок 7 – Схема к расчету сопротивления растеканию стержневого горизонтального заземлителя, заглубленного в землю.

Заземлитель представляет собой стержень длиной с диаметром много меньшим длины, горизонтально погруженный в землю на глубину t до его оси (Рисунок 7).

Поверхностью растекания вначале являются два цилиндра радиуса х образующим, длины которых изменяются по закону разнобочной гиперболы пока радиус не достигнет 2t. Затем один такой заземлитель. Эти поверхности равны соответственно:

Потенциал на поверхности земли:

Сопротивление растеканию тока:

Сопротивление растеканию пластинчатого вертикального заземлителя, заглубленного в землю

Рисунок 8 – Схема к расчету сопротивления растеканию пластинчатого вертикального заземления заглубленного в землю

Заземлитель предсталвляет собой плоскую пластину площадь F равновеликую кругу радиуса r, вертикально погруженный в землю на глубину t до ее центра (Рисунок 8).

Поверхностью растекания вначале являются два цилиндра радиуса х с образующими, длины которых изменяются по закону равнобочной гиперболы пока длина образующей не достигнет 2t. Затем один такой цилиндр. Эти поверхности равны соответственно:

Потенциал на поверхности земли:

Сопротивление растеканию тока:

Расчетные формулы, для вычисления сопротивлений растеканию одиночных, наиболее распространенных заземлителей приведены в Таблице 3.

Таблица 3. Формулы для расчета сопротивлений растеканию тока.

Заземлитель	Расчетная формула
Стержневой вертикальный у поверхности земли
Стержневой вертикальный, заглубленный в грунт
Стержневой горизонтальный у поверхности земли
Стержневой горизонтальный, заглубленный в грунт