Почему ток уходит в землю
Почему диэлектрики не проводят ток
22/10/2022
Что такое полупроводник
22/10/2022Почему электрический ток уходит в землю? А ведь данный вопрос можно обратить отнюдь не ко всем электрическим цепям, поэтому давайте несколько усложним его. В каких случаях и почему ток уходит в землю?
Начнем с простого примера. Наверняка каждому из нас приходилось наблюдать такое природное явление как молния. Молния — есть ни что иное, как кратковременный электрический ток уходящий их грозовой тучи в землю. Почему это происходит?
Из школьного курса физики известно:
1 — что заряды противоположных знаков стремятся притянуться друг к другу;
2 — за направление тока в проводнике принимается направление, противоположное направлению движения отрицательно заряженных частиц — электронов (для ионизированных газов или электролитов — противоположное направлению движения отрицательных ионов, а для полупроводников — противоположное направлению движения «дырок»).
Так вот, применительно к молнии можно сказать, что когда грозовая туча заряжена положительно, а поверхность земли под тучей — отрицательно (бывает и наоборот! см.рисунок), при определенных условиях (температура, давление, влажность) происходит пробой воздуха в атмосфере, при котором электроны из земли устремляются к положительно заряженной грозовой туче, значит в данном конкретном случае ток действительно «уходит в землю» просто потому, что притягиваются заряды противоположных знаков.
Зарядите конденсатор, и пусть его отрицательно заряженная обкладка будет символизировать землю, а положительно заряженная — грозовую тучу. Замкните выводы отверткой — получите ток, «уходящий в землю» — миниатюрный аналог разряда молнии из тучи — в землю. Если бы заряд земли был равен заряду грозовой тучи (аналогия — разряженный конденсатор), то разряда бы не произошло, и ток бы «в землю не ушел».
Поговорим теперь об электрических сетях переменного тока, используемых на большинстве производств, в зданиях где работают люди, а также в наших домах для бытового электроснабжения. Это так называемые «сети с глухозаземленной нейтралью».
Под нейтралью, применительно к данным сетям, понимается обязательно заземленный вывод вторичной обмотки промышленного трехфазного трансформатора (он стоит на подстанции), от которого наши квартиры получают те самые 220 вольт на фазе в розетке.
Проводник связанный с глухозаземленной нейтралью называется «PEN». Фазные проводники, по сути, — противоположные выводы данной трехфазной обмотки, «нулевая точка» которой заземлена согласно требованиям обеспечения безопасности — это принятый в электротехнике стандарт.
Что же произойдет, если один из фазных проводников случайно окажется в контакте с проводящим корпусом какого-нибудь устройства, при условии что этот корпус соединен с проводником PEN?
Замкнется цепь фаза-корпус-проводник PEN (соединенный с землей и с нейтралью трансформатора на подстанции), при этом должно сработать защитное устройство, как правило установленное во всех добросовестно спроектированных электрических сетях. Можно ли сказать, что в данном случае «ток ушел в землю»? Лишь условно, если назвать землей место соединения с землей нейтрального вывода трансформатора на подстанции.
Но что если проводник PEN практически отсутствует, а вместо него используется местное заземление, грубо говоря металлический штырь или контур помещенный в землю? Что тогда?
При аналогичной ситуации с попаданием фазы на корпус — ток устремится к тому самому заземленному на подстанции выводу трансформатора, причем этот ток потечет именно по почве, буквально через землю, прокладывая путь наименьшего сопротивления от местного заземления — к заземленным проводникам, соединенным с той самой нейтралью на подстанции.
В данной ситуации ток действительно уйдет от фазы — в землю, но земля будет служить лишь проводником, поскольку практически ток будет направлен к нейтрали трансформатора далеко на подстанции, и этот ток потечет по земле лишь потому, что эта нейтраль заземлена, то есть ток будет вынужден в данном случае «уйти в землю» в поисках пути наименьшего сопротивления.
