Пробой изоляции и замыкание электрической сети на землю сопровождаются прохождением через землю аварийного тока, который изменяет состояние установки в отношении безопасности: увеличиваются напряжения между проводами отдельных фаз и землей, появляется разность потенциалов между металлическими частями машин, механизмов, аппаратуры и землей, а также различными точками земли. Предположим, что произошел пробой одной фазы на корпус масляного выключателя 1 (рис. 201, а), присоединенного заземляющим проводом 2 к одиночному заземлители) 3 полусферической формы, уложенному в однородный грунт с удельным сопротивлением р (в Ом-м).
Рис. 201. Изменение потенциалов при пробое фазы на корпус заземленного выключателя (а) и растекании тока в земле от одиночного заземлителя (б)
В таком случае можно принять, что линии тока идут по радиусам от центра шара (рис. 201, б). Следовательно, по мере увеличения радиуса полусферы х и ее поверхности 2πχ2 плотности тока и падения напряжения в земле уменьшаются. Изменение потенциалов при растекании тока в земле от одиночного заземлителя происходит по уравнению гиперболы U = к/х. Из потенциальной кривой видно, что наибольшее падение напряжения происходит в слоях, лежащих вблизи заземлителя, так как ток проходит в них по малому сечению, которое оказывает большое сопротивление растеканию тока. Опытными измерениями установлено, что падение напряжения на расстоянии 1 м от заземлителя составляет 68% полного напряжения на нем; на расстоянии 20 м от заземлителя (или места замыкания на землю) сечение проводника земли становится настолько большим, что практически не оказывает сопротивления проходящему току. Поэтому принято считать точки почвы, лежащие на расстоянии более 20 м от одиночного заземлителя (или места замыкания на землю), точками с нулевым потенциалом, т. е. землей в электротехническом смысле слова. Потенциальные кривые заземлителей, выполненных из труб, уголковой стали, пластины, стержня и т. д., подобны кривым, изображенным на рис. 201, а. Таким образом, под сопротивлением заземлителя растеканию тока принято понимать сопротивление объема почвы между заземлителем и поверхностью нулевого потенциала.
Напряжением прикосновения называют напряжение, образующееся в цепи тока замыкания на землю между двумя ее точками, которых одновременно может коснуться человек (корпус поврежденного оборудования и точка, в которой находятся ноги человека; считают, что человек стоит на расстоянии 0,8 м от аппарата).
Если человек подходит к аппарату, у которого одна из фаз повреждена, то шаговое напряжение Uшаг = φ1 — φ2. Шаговым напряжением называют обусловленное током замыкания на землю напряжение между двумя точками почвы, отстоящими одна от другой на расстоянии шага, равного 0,8м. При проектировании и выполнении заземляющих устройств сопротивление заземления должно быть таким, чтобы шаговое напряженней напряжение прикосновения были безопасными (36 В и менее) для обслуживающего персонала.
