При повреждении оборудования, например опорного изолятора выключателя ВМГ, происходит перекрытие одной из фаз на раму выключателя, соединенную стальной полосой с трубой, забитой в землю. Ток. замыкания на землю будет протекать с поврежденной фазы на раму выключателя и через трубу в землю (смотри рисунок ниже).

При однородном грунте ток растекается во все стороны равномерно. Объем земли, в котором растекается ток, по мере удаления от трубы увеличивается, а плотность тока уменьшается. Так как плотность тока у поверхности трубы наибольшая, то падение напряжения в земле у поверхности трубы также наибольшее. По мере удаления от трубы падение напряжения на единицу длины уменьшается.

Если вольтметром измерить разность потенциалов на поверхности земли при разных расстояниях от трубы и результаты нанести на диаграмму, то получатся кривые, указанные на рисунке выше. Наивысший потенциал имеет труба (ф_з — потенциал заземлителя). Если пренебречь потерей напряжения в заземляющих проводниках, то такой же потенциал будет и на раме выключателя. Вблизи трубы потенциал упадет очень резко, а на расстоянии 15 — 20 метров от трубы он будет настолько незначителен, что его можно принять равным нулю. Точки нулевого потенциала называют землей в электротехническом смысле.

Сопротивление заземлителя растеканию тока представляет собой не сопротивление контакта между заземлителем и почвой (оно незначительно), а сопротивление почвы между заземлителем и поверхностью с нулевым потенциалом.

Сопротивление заземляющего устройства складывается из сопротивления заземлителя и сопротивления заземляющих проводников. Если не учитывать малое сопротивление заземляющих проводников, то сопротивление заземляющего устройства

где U_з — напряжение заземления по отношению к земле,
I_з — ток замыкания на землю.

Когда человек касается рукой кожуха аппарата с поврежденной изоляцией одной из фаз, например, рамы выключателя, показанного на первом рисунке, то напряжение между рукой и ногами человека

где U_п — напряжение прикосновения, то есть напряжение между теми двумя точками цепи тока замыкания на землю , которых одновременно касается человек.

Если человек подходит к аппарату с поврежденной изоляцией одной из фаз, то напряжение между его ногами

где U_ш — напряжение шага, величину его принимают равной 0,8 метра.

При устройстве заземлений стремятся, чтобы U_п и U_ш были возможно меньшими, что уменьшает опасность поражения. Правила устройства электроустановок устанавливают допустимые величины сопротивлений заземляющих устройств.

В электроустановках напряжением выше 1000В с большими токами замыкания на землю (более 500А) при всех замыканиях на землю срабатывает соответствующая релейная защита, отключающая поврежденную часть установки. Поэтому в таких установках потенциал на заземляющих устройствах может появиться лишь кратковременно и маловероятно, чтобы в этот момент персонал прикоснулся к частям установки, оказавшимся под напряжением, равным U_з. Для указанных установок согласно ПУЭ сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 0,5 Ом, а допустимая величина U_з не устанавливается.

В электроустановках напряжением выше 1000В с малыми токами замыкания на землю, в которых нейтрали не заземлены или заземлены через большое сопротивление, при замыкании на землю отключения поврежденного участка не произойдет, вследствие чего заземляющее устройство будет длительно находиться под напряжением U_з и увеличится вероятность прикосновения обслуживающего персонала к частям установки, оказавшимся под напряжением U_з. При использовании заземляющего устройства одновременно для заземления электроустановок напряжением до и выше 1000В напряжение заземления U_з согласно ПУЭ не должно превышать 125В, а при использовании заземляющего устройства только для заземления электроустановок выше 1000В напряжение U_з не должно превышать 250В.

Таким образом, сопротивление заземляющего устройства в установке напряжением выше 1000В с малыми токами замыкания на землю, если заземляющее устройство используется также для электроустановок напряжением до 1000В.

где I_з — расчетный ток замыкания на землю.

Если заземляющее устройство используется только для электроустановок выше 1000В, то

В сетях с компенсацией емкостных токов расчетным током является остаточный ток замыкания на землю, который может возникнуть в данной сети при отключении наиболее мощного из компенсирующих аппаратов, но не менее 30А. В обоих рассмотренных случаях R_з не должно превышать 10 Ом.

В электроустановках до 1000В с малыми токами замыкания на землю R_з должно быть не более 4 Ом, а в тех же установках, но присоединенных к трансформаторам и генераторам общей мощностью не более 100кВА, — не более 10 Ом.

Сопротивление заземляющих устройств опор воздушных линий напряжением выше 1000В в зависимости от удельного сопротивления грунта допускается 10 — 30 Ом.