Замикання на землю в ЕУ відбувається у наступних випадках:
− обрив і падіння на землю проводів ПЛ під напругою;
− пробой ізоляції КЛ і замикання фази на землю;
− пошкодження ізоляції і замикання на заземлений корпус ЕУ.
Небезпека замикань на землю в ЕУ зумовлена властивістю струму повертатись до свого джерела (у даному випадку через землю) і тим, що ґрунт чинить опір струму. Через це на поверхні ґрунту з'являються потенціали.
Закон розподілу потенціалів на поверхні землі у випадку замикань на землю. Розглянемо класичний випадок – замикання на напівсферичний заземлювач біля поверхні землі. Через заземлювач стікає струм замикання на землю (рис. 5.3, а)
Нас цікавить закон розподілу потенціалів на поверхні землі біля заземлювача. Потенціал у точці А, що знаходиться на відстані х від заземлювача, запишеться рівнянням:
; (5.23)
де − питомий опір ґрунту (опір кубика ґрунту з розміром ребра 1м(1см), виміряний між паралельними гранями у самому ґрунті – Ом* м (Ом*см).
Рис. 5.3 Схеми замикання і закони розподілу потенціалів на поверхні землі:
а – напівсферичний заземлювач ; б – два напівсферичні заземлювачі
Для будь-якого конкретного випадку величина , тобто це рівняння гіперболи. Таким чином, потенціал на поверхні землі, зумовлений замиканням на напівсферичний заземлювач, розподіляється за законом гіперболи, зменшуючись з віддаленням від місця замикання на землю. Характерно, що для заземлювачів будь-якої форми цей закон справедливий, тільки з деякою похибкою.
Розглянемо замикання на подвійний заземлювач напівсферичної форми на поверхні землі (рис. 5.3, б). Для отримання картини розподілу потенціалів у зоні між заземлювачами застосуємо принцип накладання. Для цього у кожній точці поверхні знайдемо суму потенціалів, обумовлену кожним окремим заземлювачем.
Для характеристики замикань на землю в ЕУ введено два поняття:
− зона розтікання (локальна земля) – це частина землі, яка перебуває в електричному контакті із заземлювачем і електричний потенціал якої не обов'язково дорівнює нулю (радіус цієї зони залежить від і від ; для будь-яких можливих зараз він не перевищує 20 м, а для ЕУ напругою 10 кВ на середніх ґрунтах R ≈ 6...8 м );
− зона нульового потенціалу (відносна земля) - це провідна частина землі, яка перебуває за межею зони впливу будь-якого заземлювального пристрою, електричний потенціал якої умовно може бути прийнятий за нульовий.
У зв'язку з таким розподілом потенціалів з'являються дві небезпечні для людини напруги: непрямого дотику до корпусу ЕУ і кроку.
Напруга непрямого дотику до корпусу ЕУ. Під напругу непрямого дотику до корпусу потрапляє людина, що стоїть на ґрунті (струмопровідній основі) і доторкується до корпусу пошкодженої ЕУ (рис. 5.4, а).
Рис.5.4 Напруги:
а – непрямого дотику до корпусу ЕУ; б – крокуН
Напруга дотику дорівнює різниці потенціалів корпусу ЕУ і точки, де знаходяться ноги людини:
. (5.24)
Потенціал корпусу дорівнює добуткові струму замикання на землю і опору захисного заземлення :
= (5.25)
Потенціал точки, де знаходяться ноги людини, що торкається корпусу (на відстані х від захисного заземлювача), дорівнює:
. (5.26)
Тоді можемо записати у вигляді:
(5.27)
Напруга дотику прямо пропорційно залежить від і х та обернено пропорційно від .
За межами локальної землі (зони розтікання) напруга непрямого дотику дорівнює напрузі на корпусі ЕУ або заземлювачі – .
Напругу непрямого дотику прийнято записувати у вигляді функції напруги на корпусі ЕУ:
; (5.28)
де − коефіцієнти напруги дотику;
− враховує форму потенційної кривої ( ),
− враховує падіння напруги на опорній поверхні ніг ( ).
Для розрахунку сили струму, що протікає через людину, обумовленого напругою непрямого дотику, пропонується така залежність:
(5.29)
Для вимірювання напруги непрямого дотику на відстані кроку від корпуса ЕУ (а = 1 м) на поверхні ґрунту (підлоги) укладається металева пластина (свинцева або алюмінієва) з розміром 250x250 мм (імітує опорну поверхню ніг), навантажується масою 50 кг (для кращого контакту з ґрунтом), збирається вимірювальна схема, приймаються відповідні заходи безпеки і влаштовується штучне замикання на корпус ЕУ (рис. 5.5, а).
Напруга кроку. Під напругу кроку потрапляє людина, переміщуючись по поверхні землі у зоні розтікання струму замикання на землю. Напруга кроку дорівнює різниці потенціалів точок поверхні ґрунту, у яких знаходяться ноги людини (див. рис. 5.4, б).
Напруга кроку дорівнює: