Стекание тока в землю через групповой заземлитель

По условиям безопасности обслуживающего персонала заземление должно обладать сравнительно малым сопротивлением, обеспечить которое можно путем увеличения геометрических размеров одиночного заземлителя (электрода) или применения нескольких параллельно соединенных электродов, именуемых групповым заземлителем.

Используя групповой заземлитель, можно выровнять потенциал на территории, где размещаются заземляющие электроды, что в ряде случаев играет решающую роль в обеспечении безопасности обслуживающего персонала.

Распределение потенциала на поверхности земли при использовании группового заземлителя и значение потенциала самого группового заземлителя (электродов) зависит от количества используемых электродов, их формы и размеров, а также от расстояния между электродами:

Поскольку электроды групповою заземлителя связаны между собой электрически, они имеют одинаковый потенциал, являющийся потенциалом группового заземлителя j _гр. Следовательно потенциал каждого электрода группового заземлителя состоит из собственного потенциала, обусловленного стеканием через него тока и потенциалов, наведенных другими электродами, например для первого электрода:

(2.19)

где - j ₀₁ собственный потенциал первого электрода, В, он равен произведению тока I₁, А, стекающего через этот электрод в землю, на сопротивление его растеканию R₁, Ом

(2.20)

п - количество электродов в групповом заземлителе; j _нi - потенциал, наведенный на первом электроде одним из соседних, В, который определяется из уравнения потенциальной кривой этого соседнего электрода с учетом расстояния между электродами. Например, если потенциал наводится полушаровым электродом радиусом r, то значение наведенного потенциала на другом электроде любой формы описывается уравнением (см. 2.10):

(2.21)

где j ₀ - собственный потенциал полушара, В; х — ближайшее расстояние от центра полушара до поверхности электрода, на котором определяется j _н, м.

Например, для случая, показанного на рис. 2.9 один полушаровой заземлитель наводит на другом потенциал:

(2.22)

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 равнаj _гр. Иначе говоря, каждый электрод, входящий в состав группового заземлителя, будет иметь потенциал, равный потенциалу группового заземлителя j _гр(рис. 2.10).

Рис. 2.10. Потенциальная кривая группового заземлителя, состоящего из трех одинаковых электродов, размещенных на одной прямой:

j_01, j₀₂ - собственные потенциалы электродов;

j_н1, j_н2 - потенциалы, наведенные другими электродами.

Если групповой заземлитель состоит из одинаковых электродов, размещенных по вершинам правильного многоугольникa, то у электродов одинаковыми оказываются токи, стекающие через них в землю, а следовательно, и собственные потенциалы и сумма наведенных на каждом из них потенциалов.

В этом случае выражение (2.19) может быть записано в виде (2.23)

Если одинаковые электроды группового заземлителя расположены на одинаковых расстояниях один от другого, что возможно только при двух электродах или трех, размещенных в вершинах равностороннего треугольника, то у них оказываются одинаковыми не только собственные потенциалы j₀, но и потенциалы, наводимые каждым на каждом. Для этих частных случаев выражение (2.19) принимает вид:

j _гр = j ₀ + (п-1)j _н (2.24)

где n - количество электродов (2 или 3).

При бесконечно больших расстояниях между электродами (больше 40 м) каждый из них находится вне полей растекания тока с других электродов (рис. 2.7). Поэтому наведенные потенциалы на электродах отсутствуют, а потенциал группового заземлителя, который в этом случае часто обозначается , имеет наименьшее значение, равное значению собственного потенциала электрода, входящего в состав группового заземлителя:

(2.25)

или

(2.26)

где I₁, I₂, … I₃ - токи, стекающие через электроды, A; R₁, R₂, … R₃ - сопротивления растеканию токов, Ом.

Если при этом электроды одинаковы, то и токи, стекающие через них в землю, одинаковы, т.е.

Следовательно потенциал группового заземлителя, В:

(2.27)

где R₀ - сопротивление растеканию тока единичного электрода, Ом;

I_з - ток, стекающий через групповой заземлитель, А.