Физические явления при стекании тока в землю
Стекание тока в землю происходит только через проводник, находящийся в непосредственном контакте с землей. Такой контакт может быть случайным или преднамеренным.
В последнем случае проводник или группа соединенных между собой проводников, находящихся в контакте с землей, называется заземлителем. Одиночный проводник, находящийся в контакте с землей, называется одиночным заземлителем, а заземлитель, состоящий из нескольких параллельно соединенных одиночных заземлителей, называется групповым или сложным заземлителем.
Стекание тока в землю сопровождается возникновением на заземлителе, в земле вокруг заземлителя и на поверхности земли некоторых потенциалов. В объеме земли, где проходит ток, возникает так называемое поле растекания тока. Теоретически оно простирается до бесконечности. Однако в действительных условиях уже на расстоянии 20 м от заземлителя сечение слоя земли, через который проходит ток, оказывается столь большим, что плотность тока здесь практически равна нулю. Следовательно, при шаровом заземлителе малого радиуса, поле растекания можно считать ограниченным объемом сферы радиусом примерно 20 м.
Рисунок. Полушаровой электрод
Рисунок. Потенциальная кривая одиночного полушарового заземлителя - показывает распределение потенциалов на поверхности земли
Рисунок. Эквипотенциальные линии - линии на поверхности земли с одинаковым потенциалом
Основными характеристиками одиночного заземлителя являются:
- напряжение на заземлителе;
| Конструкция заземлителя | Формула для расчета напряжения на заземлителе | Примечание |
| Полушаровой у поверхности земли |  |
Iз – ток стекающий в землю, R – радиус шара; ρ – удельное сопротивление земли |
| Стержневой круглого сечения у поверхности земли |  |
l – длина заземлителя; d – диаметр сечения стержневого заземлителя |
| Дисковый на поверхности земли |  |
D – диаметр диска |
| Протяженный стержневой круглого сечения лежащий на земле |  |
l – длина заземлителя; d – диаметр сечения стержневого заземлителя |
- вид потенциальной кривой (потенциалы точек земли в зоне растекания и их изменение в зависимости от расстояния до заземлителя);
| Конструкция заземлителя | Уравнение для определения потенциальной кривой | Примечание |
| Полушаровой у поверхности земли |  |
|
| Стержневой круглого сечения у поверхности земли |  |
l – длина заземлителя |
| Дисковый на поверхности земли |  |
D – диаметр диска |
| Протяженный стержневой круглого сечения лежащий на земле | Вдоль оси заземлителя  |
l – длина заземлителя |
Поперек оси заземлителя  |
- вид эквипотенциальных линий (линий равного потенциала на поверхности земли);
- сопротивление заземлителя и заземляющего устройства;
- напряжения прикосновения и шага.
Рассмотрим физические явления для группового заземлителя.
При бесконечно больших расстояниях между электродами группового заземлителя (на практике можно считать, что более 40 м) поля растекания токов вокруг них практически не взаимодействуют. В этом случае потенциальные кривые каждого электрода взаимно не пересекаются.
Рисунок. Групповой заземлитель стержневого типа круглого сечения у поверхности земли (при «большом» расстоянии между электродами)
Рисунок. Распределение потенциалов на поверхности земли при групповом заземлителе (при «большом» расстоянии между электродами)
При малых расстояниях между электродами группового заземлителя (менее 40 м) поля растекания токов как бы накладываются одно на другое, а потенциальные кривые электродов взаимно пересекаются и, складываясь, образуют непрерывную суммарную потенциальную кривую группового заземлителя. Поскольку электроды группового заземлителя связаны между собой электрически, они имеют одинаковый потенциал, являющийся потенциалом группового заземлителя. Следовательно, потенциал каждого электрода группового заземлителя будет состоять из собственного потенциала, обусловленного стеканием через него тока, и потенциалов наведенных другими электродами. В общем случае собственные потенциалы электродов не равны, как не равны и потенциалы, наводимые другими электродами. Однако, сумма собственного и всех наведенных на электроде потенциалов для всех электродов одинакова и равна потенциалу группового заземлителя.
Рисунок. Распределение потенциалов на поверхности земли при групповом заземлителе (синим цветом показаны потенциальные кривые одиночных заземлителей, а красным – потенциальная кривая группового заземлителя)
В результате поверхность земли на участках между электродами приобретает некоторый потенциал. При этом форма суммарной потенциальной кривой зависит от расстояния между электродами, их взаимного расположения, числа, формы и размеров.
