Как известно, при повреждении изоляции проводников электрической системы относительно земли в месте повреждения возникает ток, значение и продолжительность которого зависят от рабочего заземления сети. В эффективно-заземленных сетях ток в месте замыкания достигает тысяч ампер, но продолжительность его не превышает нескольких десятых долей секунды, поскольку поврежденный участок системы отключается автоматически соответствующей релейной защитой. В сетях незаземленных или заземленных через дугогасящие реакторы ток однофазного замыкания на землю обычно не превышает нескольких десятков ампер, но протекает длительно, поскольку в сетях рассматриваемого вида защита от однофазных замыканий, как правило, отсутствует.
Замыкание на землю возможно в любой точке системы как в пределах станций и подстанций, так и в сетях любого напряжения. От места повреждения ток возвращается к источникам энергии по многим путям - частично по проводникам, частично через землю. В месте перехода тока в землю, если не предусмотрены особые устройства для проведения тока в землю, возникают значительные потенциалы и градиенты напряжения на поверхности земли, опасные для людей, находящихся вблизи. Объясняется это большим удельным сопротивлением земли, превышающим удельное сопротивление проводниковых материалов во много раз. Для устранения этой опасности на станциях, подстанциях, линиях электропередачи предусматривают заземляющие устройства (ЗУ), назначение которых заключается в снижении потенциалов и градиентов напряжения до приемлемых значений.
Основой ЗУ является заземлитель, представляющий собой систему неизолированных проводников, находящихся в контакте с землей и предназначенных для проведения тока в землю. Контурный проводник заземлителя должен охватывать установку в целом, например на электростанциях - главный корпус, вспомогательные сооружения и распределительные устройства. На площадке наружного РУ вдоль рядов оборудования, подлежащего заземлению, укладывают проводники в землю на глубине около 0,5 м. Предусматривают также проводники в поперечном направлении. Таким образом, образуется сетка с квадратными или прямоугольными ячейками. Сетку дополняют некоторым числом вертикальных проводников, погружаемых в землю на глубину от 10 до 30 м и располагаемых по периферии сетки. К сетке присоединяют предметы, подлежащие заземлению, с помощью коротких проводников, называемых спусками. При такой конструкции заземлителя обеспечивается ограничение потенциалов и градиентов напряжения в зоне распространения тока, следовательно, безопасность для людей, обслуживающих установку и находящихся поблизости от нее.
Заземлитель, специально выполненный для проведения в землю расчетного тока в течение определенного времени, принято называть основным заземлителем в отличие от вспомогательных заземлителей и металлических предметов любого назначения, так или иначе соединенных с землей, например стальных каркасов зданий, арматуры железобетонных оснований, труб любого назначения, частей Гидротехнических сооружений и т. п. Использование вспомогательных заземлителей экономически целесообразно, поскольку они уменьшают сопротивление ЗУ в целом.
К основному заземлителю присоединяют:
- вспомогательные заземлители;
- нейтрали генераторов, трансформаторов, подлежащих заземлению в соответствии с принятой системой рабочего заземления;
- разрядники и молниеотводы;
- металлические части электрического оборудования, нормально не находящиеся под напряжением, но могущие оказаться под напряжением при повреждении изоляции;
- вторичные обмотки измерительных трансформаторов, нейтрали обмоток 380/220 В силовых трансформаторов.
