Заземляющее устройство обладает сопротивлением. Сопротивление заземления состоит из сопротивления, которое оказывает земля проходящему току (сопротивление растеканию), сопротивления заземляющих проводов и сопротивления самого заземлителя.
Сопротивления заземляющих проводов и заземлителя обычно бывают малыми по сравнению с сопротивлением растеканию и ими во многих случаях можно пренебречь, считая сопротивление заземления равным сопротивлению растекания.
Величина сопротивления заземления не должна повышаться более некоторой определенной для каждой установки величины, так как в противном случае обслуживание установки может сделаться небезопасным или сама установка может оказаться в условиях, на работу при которых она не рассчитана.
Все электрооборудование и электроника создаются исходя из некоторых нормированных величин сопротивления заземления - 0,5, 1, 2, 4,8, 10, 15, 30 и 60 Ом.
1.7.101. Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генератора или трансформатора или выводы источника однофазного тока, в любое время года должно быть не более 2 - 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380. 220 и 127 В источника однофазного тока.
Сопротивление заземлителя, расположенного в непосредственной близости от нейтрали генератора или трансформатора или вывода источника однофазного тока, должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. (ПУЭ)
Сопротивление заземления может сильно меняться от различных причин, как, например, от состояния погоды (дождь или сухая погода), времени года и т. д. Поэтому важно периодически измерять величину сопротивления заземления.
Если к двум электродам (одиночным трубам), расположенным в земле на большом расстоянии (несколько десятков метров), приложить напряжение U, то через электроды и землю пойдет ток I (рис. 1).
Рис. 1. Распределение потенциалов между двумя электродами на поверхности земли: а — схема для нахождения распределения потенциалов; б — кривая падения напряжения; в — схема прохождения токов.
Если первый электрод (А) соединить с одним зажимом электростатического вольтметра, а второй зажим его при помощи железного стержня — зонда соединять с землей в разных точках, расположенных на прямой, соединяющей электроды, то можно получить кривую падения напряжения сто линии, соединяющей электроды. Такая кривая дана на рис. 1,б.
Из кривой видно, что вблизи первого электрода напряжение сначала растет быстро, затем медленнее и далее остается неизменным. При приближении ко второму электроду (В) напряжение начинает нарастать сначала медленно, а затем быстрее.
Такое распределение напряжения объясняется тем, что линии тока от первого электрода расходятся в разные стороны (рис. 1), ток растекается и, следовательно, по мере удаления от первого электрода ток проходит через все возрастающие сечения земли. Иначе говоря, по мере удаления от первого электрода плотность тока уменьшается, достигая на некотором расстоянии от него (для одиночной трубы на расстоянии около 20 м) настолько малых значений, что ее можно считать равной нулю.
Вследствие этого на единицу длины пути тока земля оказывает току неодинаковое сопротивление: большее — вблизи электрода и все меньшее — по мере удаления от него. Это и приводит к тому, что падение напряжения на единицу пути по мере удаления от электрода уменьшается, достигая нулевого значения при удалении от одиночной трубы на расстояние, большее 20 м.
По мере же приближения ко второму электроду линии тока сходятся, поэтому увеличиваются сопротивление и падение напряжения на единицу пути тока.
На основании сказанного под сопротивлением растеканию первого электрода мы и будем понимать то сопротивление, которое встречает на своем пути так во всем прилегающем к электроду слое земли (в зоне растекания тока), на котором наблюдается падение напряжения.
Следовательно, величина сопротивления первого заземления
rа = Uад/I
Если на прилегающем ко второму электроду слое земли будет напряжение Uвг то сопротивление второго заземления
rв = Uвг/I
Точки поверхности земли в зоне, в которой не наблюдается падения напряжения (зона ДГ, рис. 1), принято считать точками нулевого потенциалаа.
При этом условии потенциал φх любой точки х в зоне растекания тока будет численно равен напряжению между этой точкой и точкой нулевого потенциала, например точкой Д:
UхД = φх - φд = φх - 0 = φх
Согласно сказанному потенциалы электродов А и В, называемые полными потенциалами, равны:
φа = UаД и φв = UвГ
Кривая распределения потенциала на поверхности земли на линии, соединяющей электроды А и В, дана на рис. 2.
Рис. 2. Кривая распределения потенциалов на поверхности земли
Рис. 3. Кривая распределения потенциалов и определение напряжения прикосновения
Форма этой кривой зависит не от тока, а от формы электродов и их расположения. Кривая распределения потенциала дает возможность определить, под какой разностью потенциалов окажется человек, прикасающийся к двум точкам земли или к заземленной точке установки и какой-либо точке земли. Таким образом, эта кривая дает возможность судить, обеспечивает ли заземление безопасность людей, соприкасающихся с установкой.
Измерение сопротивления заземлений можно производить различными методами:
-
методом амперметра и вольтметра;
-
методом непосредственного отсчета при помощи специальных логометров;
-
методом компенсации;
-
мостовыми методами (одинарными мостами).
Во всех случаях измерений сопротивления заземления необходимо применять переменный ток, так как при применении постоянного тока в месте соприкосновения заземлителя с сырой землей будут возникать явления поляризации, которые сильно искажают результат измерения.
Читайте также по этой теме: Измерение сопротивления контура защитного заземления