Основной величиной, которая вводится в расчет заземления и от которой зависят конструкции заземления, является удельное сопротивление грунта. Этот важнейший параметр, говорит об уровне "электропроводности" земли в роли проводника, то есть как хорошо будет идти в этой среде электрический ток от заземлителя.
Грунт – это пористое дисперсионное тело , состоящее из трех основных частей: твердой , жидкой (свободная и связанная вода) и газообразной . Структура грунта схематически показана на рисунке ниже.
Фиолетовый цвет около 75% области представляет собой поверхностный потенциал, который характеризует безопасную систему заземления. Максимально допустимый контактный потенциал сетки без стержней для сухой почвы составляет 85 В, что немного выше, чем сетка с стержнями для влажной почвы. Однако сенсорные потенциалы для сеток с и без стержней составляют приблизительно 6 и 5 кВ для влажных и сухих грунтов соответственно, как показано на контурных кривых, приведенных на фиг. а также. Потенциальный потенциал сетки без стержней для сухой почвы оказывается более крупным, чем сетка с стержнями для влажной почвы, и это был ожидаемый результат.
1 – твердые частицы, 2 – связанная вода, 3 – свободная вода, 4 – газообразная составляющая
Земля – достаточно плохой проводник, ее проводимость в тысячи раз ниже, проводимости воды или металлов. Удельное сопротивление грунта – это физическая величина, характеризующая сопротивление грунта протеканию электрического тока, простыми словами – этим параметром мы делаем выводы о электропроводности грунта в качестве проводника при прокладке заземления.
Потенциальные профильные участки для сетки с и без стержней для влажных и сухих почв показаны на рис. и, соответственно. Потенциальный рост сетки с стержнями для влажной почвы составляет 08 В, тогда как это значение составляет 10 В для сетки без стержней для сухой почвы, как видно из таблицы и таблицы соответственно. Цветовое кодирование сетки для влажной почвы.
Цветовое кодирование сетки для сухой почвы. Прикоснитесь к потенциальным контурным сеткам сетки для влажной почвы. Коснитесь потенциальных контурных участков сетки для сухой почвы. Профиль потенциала сетки для влажной почвы. Профиль потенциала сетки для сухой почвы.
– это сопротивление, оказоваемое различными веществами земли (грунта) в виде куба с размерами 1×1×1 метр, к которому подключены измерительные электроды к противоположным сторона куба. За физическую единицу объемного удельного сопротивления считают Ом на метр (международное обозначение Омм ).
Установлено, что среднеквадратичные ошибки между измеренными и рассчитанными значениями удельного сопротивления грунта составляют 0% и 92% соответственно. Было установлено, что минимальные значения измеренных сопротивлений грунта составляют 08 и 5 Ом, используя сетку с и без стержней на участках влажного и сухого грунтов соответственно. На основе данных удельного сопротивления грунта и конфигурации сетки моделируемые значения сопротивления заземления были получены как 24 и 8 Ом для сеток с и без стержней.
Из этих выводов было обнаружено, что измеренные сопротивления грунта близко соответствуют симулированным значениям сопротивления заземления, особенно для заземляющей сетки с стержнями в месте влажной почвы. Анализ сетки заземления подстанции с изменением метода глубины слоя почвы. . Плохое заземление способствует простою, но отсутствие хорошего заземления также опасно и увеличивает риск отказа оборудования.
Значение удельного сопротивления грунта это исходный и главный физический параметр для осуществления расчетов сопротивления заземления. Чем выше это значение, тем больше заземлителей потребуется, чтобы добиться требуемого значения сопротивления заземления. При расчете любого заземляющего устройства необходимо знать точное значение этого араметра в конкретном месте, где будем подключать заземление.
Со временем коррозионные почвы с высокой влажностью, содержанием соли и высокими температурами могут разрушать стержни и их соединения. Таким образом, хотя наземная система имела минимальные значения сопротивления заземлению при первоначальной установке, сопротивление заземляющей системы может увеличиваться, если стержень заземления корродируется.
Тестировщики заземления являются незаменимыми инструментами устранения неполадок, которые помогут вам поддерживать бесперебойную работу. Рекомендуется, чтобы все заземления и заземления проверялись не реже одного раза в год в рамках вашего обычного плана прогнозирующего обслуживания. Если во время этих периодических проверок измеряется увеличение сопротивления более 20%, техник должен исследовать источник проблемы и сделать коррекцию для снижения сопротивления путем замены или добавления заземляющих стержней в наземную систему.
Данный параметр грунта зависит от большого числа внешних факторов: температуры, влажности, состава, структуры и уплотненности грунта, времени года, присутствия солей, щелочных и кислотных остатков.
На основе различных геодезических исследований, проводимых в верхних слоях грунта, можно сделать вывод о том, что электрическая составляющая структуры земли носит выраженный вид слоев, которые имеют совершенно различное сопротивление с достаточно определенными горизонтальными границами. Причем удельное сопротивление в горизонтальном направлении практически одинаковое и изменяется несущественно. При этом верхний слой земли подвергается интенсивным сезонным изменениям, из-за сильных температурных колебаний, а так же от количества попадающей в почву влаги. Другие факторы, влияют менее выражено. Наибольшее значение удельного сопротивления наблюдается в зимнее время года , когда грунт промерзает, и летом – при высыхании последнего. Самым высоким значением обладают как раз на вечномерзлые грунты в зоне мерзлоты. У воды в переходном состоянии из жидкого в твердое практически не идут процессы передачи заряда. На рисунке ниже представлен график зависимости удельного сопротивления грунта от значения температуры, на котором все выше сказанное, очень хорошо видно:
Заземление фактически охватывает два разных объекта: заземление и заземление оборудования. Заземление заземления представляет собой преднамеренное соединение от проводника цепи, обычно нейтрального, с заземленным электродом, размещенным в земле. Заземление оборудования гарантирует правильное заземление рабочего оборудования внутри конструкции.
Эти две системы заземления должны храниться отдельно, за исключением соединений между двумя системами. Это предотвращает разницу в потенциале напряжения от возможного перегорания от ударов молнии. Целью сопротивления заземления является достижение наименьшего значения сопротивления заземления, которое имеет смысл экономически и физически.
Характерно, что при снижении окружающей температуры всего до -5° Цельсия, значение удельного сопротивления увеличивается в 8 раз. Не менее важное значение, при расчетах заземления имеет и уровень влажности – при его даже незначительном падении у некоторых типов грунтов (пески, глина и суглинок) удельное сопротивление увеличивается в разы. Примеры этого, как раз, приводится в таблице ниже.
Что влияет на сопротивление заземления? На сопротивление грунта наземной системы влияют четыре параметра: длина или глубина заземляющего электрода; диаметр заземляющего электрода; количество заземленных электродов и конструкция наземной системы. Электроды движущей поверхности глубже - это очень эффективный способ снижения сопротивления грунту. Почва не согласуется в своем удельном сопротивлении и может быть непредсказуемой. Уровень сопротивления обычно можно уменьшить на 40%, удвоив длину заземляющего электрода.
Например, иногда невозможно забивать штанги заземления - например, в областях, состоящих из скалы. В этих случаях альтернативные методы, включая заземляющий цемент, являются жизнеспособными. Диаметр заземляющего электрода. Увеличение диаметра заземляющего электрода очень мало влияет на снижение сопротивления. Например, вы можете удвоить диаметр заземляющего электрода, и ваше сопротивление уменьшится только на 10%.
Точное и правильное измерение удельного сопротивления грунта позволяет существенно снизить затраты при монтаже заземления. Так, нет необходимости устанавливать лишние заземлители. Для получения правильного результата измерения необходимо осуществлять в течение всего года, как минимум по разу в течение каждого временного сезона. Гораздо чаще все замеры проводят в конце весны – начала лета, возможное увеличение сопротивления учитывают, вводя различные повышающие коэффициенты, смотри таблицу ниже.
Использование нескольких заземляющих электродов обеспечивает еще один способ снижения сопротивления заземления. Более одного электрода приводится в землю и подключается параллельно, чтобы снизить сопротивление. Для того чтобы дополнительные электроды были эффективными, расстояние между дополнительными стержнями должно быть по меньшей мере равно глубине ведомого стержня.
Шаги влияния заземляющих электродов будут пересекаться, и сопротивление не будет опущено без надлежащего расстояния. В таблице 1 приведены различные сопротивления заземления, которые можно использовать как правило. Простые системы заземления состоят из одного заземленного электрода, который подается в землю. Использование одного заземляющего электрода является наиболее распространенной формой заземления. Комплексные системы заземления состоят из нескольких стержней заземления, связанных, сетчатых или сетчатых сетей, заземляющих пластин и контуров заземления.
Для измерения можно использовать прибор МС-08 или его аналоги. В основу работы положен принцип магнитоэлектрического логометра. В приборе имеются две рамки – одна подсоединена как вольтметр, вторая – амперметр. Эти обмотки, при одномоментном включении, создают на ось измерительного прибора воздействия, имеющие прямо противоположные направления. В результате этого противодействия – отклонение стрелки прибора будет прямо пропорционально значению сопротивления. Шкала измерительного устройства проградуирована в омах. В МС-08 источником напряжения при проведении измерений выступает генератор (Г) постоянного тока, который приводится в движение за счет вращения ручкой. Также имеется выпрямитель (Вп) и прерыватель (П).
Эти системы, как правило, устанавливаются на электростанциях, центральных офисах и площадках для мобильных телефонов. Сложные сети резко увеличивают количество контактов с окружающей землей и низкими сопротивлениями грунта. Сопротивление грунта необходимо при определении конструкции системы заземления для новых установок в соответствии с вашими требованиями к сопротивлению поверхности. В идеале вы найдете место с минимально возможным сопротивлением. Плохие условия почвы могут быть преодолены с помощью более сложных систем заземления.
При включение питания на крайние электроды между средними появится разность напряжений U . Для однородного грунта значение U будет прямо пропорционально току I и удельному сопротивлению ρ и обратно пропорционально расстоянию между электродами а .
Состав почвы, содержание влаги и температура влияют на удельное сопротивление грунта. Почва редко однородна, и ее удельное сопротивление будет меняться географически и на разных глубинах. Содержание влаги изменяется сезонно, изменяется в зависимости от природы подслоев земли и глубины постоянного уровня грунтовых вод. Рекомендуется, чтобы штанги заземлялись как можно глубже в землю, так как почва и вода, как правило, более устойчивы на более глубоких слоях.
Описанная здесь процедура измерения использует метод Веннера и использует формулу. Чтобы проверить удельное сопротивление грунта, подключите измеритель заземления, как показано на рисунке. Четыре земляных кола расположены в грунте по прямой линии, равноудаленные друг от друга. Расстояние между земными землями должно быть как минимум в три раза больше, чем глубина кола. Тестер автоматически вычисляет сопротивление почвы, используя Закон Ома.
откуда следует, что удельное сопротивление определяется так:
ρ = 2πaU/I . или из соотношений ρ = 2πaR
Чем выше расстояние между электродами, тем больший объем земли охватывается , генерируемым токовыми электродами. Изменяя значение а можно увидеть зависимость значения удельного сопротивления грунта от этого параметра. Для однородной земли значение ρ будет практически везде одинаковым.
Рисунок 1: Проверить пути тока в бесстолкновительном методе. Дополнительные измерения, когда оси кола повернуты на 90 °, всегда рекомендуются, поскольку результаты измерений часто искажаются и аннулируются подземными металлами, подземными водоносами и т.д.
Создается профиль, который может определять подходящую систему сопротивления грунта путем изменения глубины и расстояния в несколько раз. Измерения удельного сопротивления почвы часто искажаются наличием земных токов и их гармоник. Метод испытания на падение потенциала используется для измерения способности системы заземления или отдельного электрода рассеивать энергию от участка. Предложенный интерес электрод заземления должен быть отключен. Затем тестер подключается к заземляющему электроду. Затем две земли распределяются в почву по прямой линии - от заземляющего электрода, для 3-полюсного падения потенциального испытания.
Для увеличения точности проводимых измерений
важно грамотно расположить на поверхности грунта измерительные щупы. При этом следует соблюдать следующие принципы
:
Щтыри нужно хорошо почистить от грязи, оставшейся от предыдущих измерений. Засохшая грязь сильно увеличивает полученное значение
Щупы монтируются в землю строго вертикально по прямой линии, на равном расстоянии друг от друга
Растояние между измерительными щупами должно быть минимум в пять раз больше, чем глубина, на которую забиты щупы
Измерительные щупы желательно вдавливать или забивать в грунт – это даст хороший контакт с землей. Вкручивать стержни не советую – при этом между электродом и землей появляется воздушная прослойка, вносящая погрешность в результат измерений
Очень важно, чтобы зонд находился вне сферы влияния испытываемого заземляющего электрода и вспомогательного заземления для достижения наивысшей степени точности при проведении трехполюсного испытания на сопротивление заземления, или эффективные области сопротивления будут перекрываться и аннулировать любые измерения.
Таблица 2 является руководством для установки зонда и вспомогательного заземления. Переместите внутренний комок 1 м в любом направлении и сделайте новое измерение, чтобы проверить точность результатов и обеспечить, чтобы наземные ставки были вне сфер влияния. При значительном изменении показаний вы должны увеличить расстояние между тестируемым стержнем заземления, внутренней ставкой и внешней ставкой до тех пор, пока измеренные значения не останутся достаточно постоянными при изменении положения внутреннего пакета.
Измерения необходимо осуществлять в отдалении от металлоконструкций и трубопроводов, которые могут влиять на погрешность и точность.
Приблизительное значение удельного сопротивления можно вычислить с помощью метода пробного электрода. В нем измерительный электрод погружают вертикально в грунт, чтобы над землей оставалось всего 60-70 см, после чего с помощью прибора МС-08 осуществляют замер сопротивления электрода. После чего делают коррекцию полученных данных, используя приближенные значения сопротивления вертикальных значений (смотри таблицу ниже), в результате находя приближенное значение. Измерение лучше всего проводить в двух-трех местах и за рабочее значение принять среднее значение.
Этот метод испытаний исключает опасный этап отключения параллельных оснований, а также процесс поиска подходящих мест для вспомогательных наземных досок. Вы также можете проводить испытания заземления в местах, которые вы ранее не рассматривали: внутри зданий, на силовых пилонах или в любом месте, где вы не имеете доступа к почве.
С помощью этого метода испытаний два зажима расположены вокруг заземляющего стержня или соединительного кабеля, и каждый из них подключен к тестеру. Земляные землей не используются вообще. Известное напряжение индуцируется одним зажимом, а ток измеряется с помощью второго зажима. Тестер автоматически определяет сопротивление контура заземления на этом стержне заземления. Если есть только один путь к земле, то бездействующий метод не будет обеспечивать приемлемое значение, и должен использоваться метод испытания на падение потенциала.
В технической литературе часто рассказывается про заземление и зануление. Действительно, вопрос о заземлении в домах и квартирах встал в нашей стране относительно недавно. Еще когда бригады коммунистов электрифицировали страну, в деревенские домики подводили только фазу и ноль. Про провод заземления умалчивали. Во-первых, экономили алюминий как стратегический металл для самолетов, а во-вторых, мало кого заботили проблемы с защитой населения от поражения электрическим током, а в-третьих, не думали о заземлении как о эффективной мере защиты людей. Прошло достаточно времени, чтобы исчезли коммунисты, а вместе с ними и распалась страна, в которой они правили, но памятники, оставшиеся после них, все еще стоят. Памятники стоят, а дома разрушаются.
В нашим домах заземлены только трубы водопровода, канализации и газопровода, а также поэтажные щитки. При этом трубы газопровода для заземления не подходят из-за взрывчатого газа, который по ним летит. Трубы канализации для заземления также использовать нельзя. Хоть канализация сплошь из чугуна, но стыки чугунных труб заделаны цементом, который является плохим проводником. Трубы водопровода вроде как являются неплохим заземлением, но нужно учитывать, что трубы прокладывают не в земле, а в слое изоляции в специальных каналах. Самое надежное заземление – от распределительного этажного щита.
На предприятиях все изначально делали грамотно и заземляли все, что можно. Кроме заземления на предприятиях используется зануление. Многие ошибочно считают, что зануление - это проводок в розетке от нулевого провода к заземляющему контакту. Понятия "заземление" и "зануление" тесно связаны с понятием нейтрали.
Нейтраль – точка схождения трех фаз через обмотки в трансформаторе, соединенных звездой. Если эту точку соединить с заземлителями, то образуется глухозаземленная нейтраль трансформатора, и общую систему называют заземленной. Если к этой точке приварить шину и соединить ее со всеми приборам и аппаратам, то оборудование окажется заземленным.
Если нейтраль соединить с нулевой шиной (без заземлителей), то образуется изолированная нейтраль трансформатора, и общую систему называют зануленной. Если эту шину соединить со всеми приборами и аппаратами, то оборудование окажется зануленным.
Идея в том, что по заземленному или зануленному проводнику течет ток только при перекосе фаз, но это для трансформатора и при аварийных режимах работы. Нельзя выбирать - занулять или заземлять оборудование. Это сделано уже на подстанции. Обычно используется глухозаземленная нейтраль.
Если к примеру обмотка двигателя стиральной машины разрушилась и появилось сопротивление между корпусом и обмоткой, то на корпусе стиральной машины будет потенциал, который можно обнаружить индикаторной отверткой. Если машина не заземлена, то при касании корпуса потенциал машины станет потенциалом вашей руки, а т.к. ванная, где находится машина, является помещением особо опасным с точки зрения поражения током и следовательно пол является токопроводящим, нога приобретет нулевой потенциал и значит вы получите удар напряжением, пропорциональным потенциалу руки. Если машину заземлить, то в теории сработает автоматический выключатель защиты. Если машину занулить, то потенциал растечется вокруг всей машины и при касании потенциалы руки и ноги будут одинаковыми. Только надо учитывать, что ток растекается вокруг и при шагании ноги оказываются под разными потенциалами. И, конечно, можно получить удар напряжением.
Критерии применения заземления
Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение с землёй или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением.
Защитное заземление применяется в сетях напряжением до 1000 В переменного тока – трёхфазные трехпроводные с глухозаземленной нейтралью; однофазные двухпроводные, изолированные от земли; двухпроводные сети постоянного тока с изолированной средней точкой обмоток источника тока; в сетях выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали.
Заземление обязательно во всех электроустановках при напряжении 380 В и выше переменного тока, 440 В и выше постоянного тока, а в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках при напряжении 42 В и выше переменного тока, 110 В и выше постоянного тока; при любых напряжениях во взрывоопасных помещениях.
В зависимости от места размещения заземлителей относительно заземляющего оборудования различают два типа заземляющего устройств - выносное и контурное.
При выносном заземляющем устройстве заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование.
При контурном заземляющем устройстве электроды заземлителя размещают по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки.
В открытых электроустановках корпуса присоединяют непосредственно к заземлителю проводами. В зданиях прокладывается магистраль заземления, к которой присоединяют заземляющие провода. Магистраль заземления соединяют с заземлителем не менее чем в двух местах.
В качестве заземлителей в первую очередь следует использовать естественные заземлители в виде проложенных под землёй металлических коммуникаций (за исключением трубопроводов для горючих и взрывчатых веществ, труб теплотрасс), металлических конструкций зданий, соединённых с землёй, свинцовых оболочек кабелей, обсадных труб артезианских колодцев, скважин, шурфов и т.д.
В качестве естественных заземлителей подстанций и распределительных устройств рекомендуется использовать заземлители опор отходящих воздушных линий электропередачи, соединённых с заземляющим устройством подстанций или распределительным устройством с помощью грозозащитных тросов линий.
Если сопротивление естественных заземлителей Rз удовлетворяет требуемым нормам, то устройство искусственных заземлителей не требуется. Но это можно только измерить. Посчитать сопротивление естественных заземлителей нельзя.
Когда естественные заземлители отсутствуют или использование их не даёт нужных результатов, применяют искусственные заземлители - стержни из угловой стали размером 50Х50, 60Х60, 75Х75 мм с толщиной стенки не менее 4 мм, длиной 2,5 - 3 м; стальные трубы диаметром 50-60 мм, длиной 2,5 - 3 м с толщиной стенки не менее 3,5 мм; прутковая сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м и более.
Заземлители забивают в ряд или по контуру на такую глубину, при которой от верхнего конца заземлителя до поверхности земли остаётся 0,5 - 0,8 м. Расстояние между вертикальными заземлителями должно быть не менее 2,5-3 м.
Для соединения вертикальных заземлителей между собой применяют стальные полосы толщиной не менее 4 мм и сечением не менее 48 кв.мм или стальной провод диаметром не менее 6 мм. Полосы (горизонтальные заземлители) соединяют с вертикальными заземлителями сваркой. Место сварки обмазывается битумом для влагоизоляции.
Магистрали заземления внутри зданий с электроустановками напряжением до 1000 В выполняют стальной полосой сечением не менее 100 кв.мм или сталью круглого сечения той же проводимости. Ответвления от магистрали к электроустановкам выполняют стальной полосой сечением не менее 24 кв.мм или круглой сталью диаметром не менее 5 мм.
Нормируемые сопротивления заземляющих устройств приведены в табл.1.
Таблица 1. Допустимые сопротивления заземляющего устройства в электроустановках до и выше 1000 В
|
Наибольшие допустимые значения R з, Ом |
Характеристика электроустановок |
|
< 500А |
|
|
R з = 250 / I з < 10 |
Для электроустановок напряжением выше 1000В и расчётным током замыкания на землю I з < 500А |
|
R з = 125 / I з < 10 |
При условии, что заземляющее устройство является общим для злектроустановок напряжением до и выше 1000 В и расчётном токе замыкания на землю I з < 500 |
|
В электроустановках напряжением 660/380 В |
|
|
В электроустановках напряжением 380/220 В |
|
|
В электроустановках напряжением 220/127 В |
Расчётные токи замыкания на землю принимают по данным энергосистемы либо путём расчётов. В принципе, при строительстве коттеджа ток замыкания на землю не нужен. Это вопрос заземления подстанции.
Расчёт заземления методом коэффициентов использования производится следующим образом.
1. В соответствии с ПУЭ устанавливается необходимое сопротивление заземления Rз по таблице 1.
2. Определяют путём замера, расчётом или на основе данных по работающим аналогичным заземлительным устройствам возможное сопротивление растеканию естественных заземлителей Rе.
3. Если Rе
4. Определяют удельное сопротивление грунта ρ из таблицы 2. При производстве расчётов эти значения должны умножаться на коэффициент сезонности, зависящий от климатических зон и вида заземлителя (таблица 3).
Таблица 2. Приближенные значения удельных сопротивлений грунтов и воды p, Ом м
|
Наименование грунта |
Удельное сопротивление, Ом м |
|
Суглинок |
|
|
Садовая земля |
|
|
Глина (слой 7-10 м) или гравий |
|
|
Мергель, известняк, крупный песок с валунами |
|
|
Скалы, валуны |
|
|
Чернозём |
|
|
Речная вода (на равнинах) |
|
|
Морская вода |
Примерное распределение государств СНГ по климатическим зонам:
1 зона: Архангельская, Кировская, Омская, Иркутская области, Коми, Урал;
2 зона: Ленинградская и Вологодская области, центральная часть России, центральные области Казахстана, южная часть Карелии.
3 зона: Латвия, Эстония, Литва, Беларусь, южные области Казахстана; Псковская, Новгородская, Смоленская, Брянская, Курская и Ростовская области.
4 зона: Азербайджан, Грузия, Армения, Узбекистан, Таджикистан, Киргизия, Туркмения (кроме горных районов), Ставропольский край, Молдова.
Таблица 3. Признаки климатических зон и значения коэффициента К с
|
Данные, характеризующие климатические зоны и тип применяемых заземляющих электродов |
Климатические зоны СНГ |
|||
|
Климатические признаки зон: |
||||
|
средняя многолетняя низшая температура (январь), °С |
от -20 до -15 |
от -14 до -10 |
||
|
средняя многолетняя высшая температура (июль), °С |
от +16 до +18 |
от +18 до +22 |
от +22 до +24 |
от +24 до +26 |
|
среднегодовое количество осадков, мм |
||||
|
продолжительность замерзания вод, дн |
||||
|
Значение коэффициента Кс при применении стержневых электродов длиной 2 - 3 м и глубине заложения их вершины 0,5 - 0,8 м |
||||
|
Значение коэффициента К"с при применении протяжённых электродов и глубине заложения их вершины 0,8 м |
||||
|
Значение коэффициента Кс при длине 5 м и глубине заложения вершины 0,7-0,8 м |
||||
5. Определяют сопротивление, Ом, растеканию одного вертикального заземлителя - стержневого круглого сечения (трубчатый или уголковый) в земле:
Таблица 4. Коэффициенты использования М в вертикальных электродов из труб, уголков или стержней, размещённых в ряд без учёта влияния полосы связи
|
Отношение расстояния между электродами к их длине: а/l |
Число электродов М в |
|
Таблица 5. Коэффициенты использования Мв вертикальных электродов из труб, уголков или стержней, размещённых по контуру без учёта влияния полосы связи
|
Отношение расстояния |
Число электродов М в |
|
6. При устройстве простых заземлителей в виде короткого ряда вертикальных стержней расчёт на этом можно закончить и не определить проводимость соединяющей полосы, поскольку длина её относительно невелика (в этом случае фактически сопротивление заземляющего устройства будет несколько завышено). В итоге общая формула для расчета сопротивления вертикальных заземлителей выглядит так
р - Приближенные значения удельных сопротивлений грунтов и воды, Ом м, таблица 2
КС - Признаки климатических зон и значения коэффициента, таблица 3.
L – длина вертикального заземлителя, м
d – диаметр вертикального заземлителя, м
t’ – длина от поверхности земли до середины вертикального заземлителя, м
Мв – коэффициент использования вертикальных заземлителей, зависящий от количества заземлителей и расстояния между ними (табл.4, 5). Предварительное количество вертикальных заземлителей для определения Мв можно принять равным Мв=rв/Rз
а – расстояние между вертикальными заземлителями (обычно отношение расстояния между вертикальными заземлителями к их длине принимают равным а/l=1;2;3)
при этом l>d, t0>0,5 м;
для уголка с шириной полки b получают d=0,95b.
Для горизонтальных заземлителей расчет ведется тем же методом коэффициента использования
1. Определяют сопротивление, Ом, растеканию горизонтального заземлителя. Для круглого стержневого сечения:
Таблица 6. Коэффициенты использования М г горизонтального полосового электрода (трубы, уголки, полосы и т.д.) при размещении вертикальных электродов в ряд.
|
М г при числе электродов в ряд |
||||||||
Таблица 7. Коэффициент использования М г горизонтального полосового электрода (трубы, уголки, полосы и т.д.) при размещении вертикальных электродов по контуру.
|
Отношение расстояния между электродами к длине a/l |
М г при числе электродов в контуре заземления |
||||||||
р - приближенные значения удельных сопротивлений грунтов и воды, Ом м, таблица 2
КС - признаки климатических зон и значения коэффициента, таблица 3.
L – длина горизонтального заземлителя, м
d – диаметр горизонтального заземлителя, м
t’ – длина от поверхности земли до середины горизонтального заземлителя, м
Мв-коэффициент использования горизонтальных заземлителей, зависящий от количества заземлителей и расстояния между ними (табл. 6, 7).
а – расстояние между горизонтальными заземлителями (обычно отношение расстояния между горизонтальными заземлителями к их длине принимают равным а/l=1;2;3)
Rз – Допустимые сопротивления заземляющего устройства в электроустановках до и выше 1000 В, таблица 1
Здесь l>d, l>>4t’. Для полосы шириной b получают d=0,5b.
Пример 1
Рассчитать заземляющее устройство заводской подстанции 35/10 кВ, находящейся во второй климатической зоне. Сети 35 и 10 кВ работают с незаземленной нейтралью. На стороне 35 кВ Iз=8А, на стороне 10 кВ Iз=19А. Собственные нужды подстанции получают питание от трансформатора 10/0,4 кВ с заземленной нейтралью на стороне 0,4 кВ, естественных заземлителей нет. Удельное сопротивление грунта при нормальной влажности p=62 Ом*м. Электрооборудования подстанции занимает площадь 18*8 кв.м.
Решение
Прикинем количество вертикальных электродов 10 шт. по таблице 5, Мв=0,58.
Если Nв<10, все хорошо и можно принимать Nв=9 электродов.
Если Nв>10, нужно увеличить Мв, что соответственно увеличит и примерное количество электродов.
Прикинем количество горизонтальных электродов 50 шт. по таблице 6, Мг=0,2.
Если Nг<50, все хорошо и можно принимать Nг=49 электродов.
Если Nг>50, то нужно увеличить Мв, что соответственно увеличит и примерное количество электродов.
Пример 2
Рассчитать заземляющее устройство коттеджа в Беларуси. Коттедж стоит на глинистой почве, следовательно удельное сопротивление грунта p=40 Ом*м. Для заземления используется арматура диаметром 12 мм и длиной 2 метра.
Решение
По таблице 1 – Rз=4
По таблице 2 – р=40 Ом*м
По таблице 3 – Кс=1,6
Электроды будут размещаться в ряд, поэтому по таблице 4 прикинем количество вертикальных электродов, например 10 шт. Мв=0,62
Глубина забивания всех электродов от поверхности земли – 0,7 метра, плюс к этому половина длины двухметрового электрода и следовательно t’=1,7 метра.
Найдем количество вертикальных электродов
Если Nв>10, то нужно увеличить Мв, что соответственно увеличит и примерное количество электродов.
По таблице 4 прикинем количество вертикальных электродов, итого 15 шт. Мв=0,56
Если Nв<15, все хорошо и можно принимать Nв=14 электродов.
Пойдем другим путем и из штырей сварим каркас, закопав его на 0,8 метра под землю. Так получаются горизонтальные заземлители.
По таблице 1 – Rз=4
По таблице 2 – р=40 Ом*м
По таблице 3 – Кс=1,6
Глубина забивания всех электродов от поверхности земли – 0,7 метра, плюс к этому половина длины двухметрового электрода и следовательно t’=1,7 метра
Прикинем количество горизонтальных электродов, например 30 шт. по таблице 6, Мг=0,24
Если Nг>30, то нужно увеличить Мг, что соответственно увеличит и примерное количество электродов.
По таблице 6 прикинем количество горизонтальных электродов, например 50 шт. Мг=0,21
Если Nг<10, все хорошо и можно принимать Nг=37 электродов.
Заземление учитывает свойство Земли проводить электричество. Электроды для заземления делают обычно из стали. Сталь со временем ржавеет и разрушается, и заземление пропадает. Процесс этот необратим, но можно использовать стальные стержни, покрытые цинком. Цинк тоже металл, но он плохо подвержен ржавлению до тех пор, пока слой цинка есть. Когда со временем цинк вымывается или стирается механическими способами, например, при забивании электродов в твердую почву камни могут ободрать покрытие, тогда скорость коррозии увеличится вдвое. Иногда используют специальные электроды с покрытием из меди.
Стержни для заземления можно брать те, которые использовались как арматура для бетона фундамента. Красить или покрывать смолистыми составами их нельзя – смола выступит как изолятор и заземления не будет вообще. Чем длиннее стержни, тем меньше их понадобится для заземления, но тем труднее их забить в почву. Поэтому вначале нужно выкопать траншею глубиной 1 метр. Забить в траншею кусок арматуры, предварительно заточенный, чтобы он выглядывал из дна траншеи не более 20 сантиметров. Следом через 2 метра забивают следующую арматуру и так далее по расчету. Следом на дно траншеи кладут арматуру и приваривают ее ко всем забитым штырям. Место сварки необходимо обмазать битумом для влагоизоляции. Это делается потому, что арматуру толщиной 12 миллиметров будет гнить в земле очень долго, а вот место сварки по площади относительно небольшое, но самое ответственное.
После забивания всех электродов можно провести эксперимент. Из дома вытягиваем удлинитель. Источник напряжения должен приходить со столба от подстанции. Использовать для проверки автономный источник типа генератора нельзя – не будет замкнутой цепи. На удлинителе находим фазу и подключаем один провод от лампочки, а вторым проводом прикасаемся к обваренным электродам. Если лампочка светится, то измеряем напряжение между фазным проводом и заземленными электродами, напряжение должно быть 220 В, а вот светиться лампочка должна достаточно ярко. Также можно измерить ток через лампочку в 100 Вт. Если ток примерно 0,45 А, все в порядке, но если ток значительно меньше – следует добавить заземляющих стержней.
Нужно добиться нормального свечения лампочки и тока в пределах нормы. После этого места сварки заливают битумом и выводят кусок арматуры из траншеи, прикрепив его к дому. После этого траншею можно засыпать. Выведенный кусок арматуры нужно приварить к электрическому распределительному щиту в коттедже. От щита уже развести медными кабелями все точки.
.jpg)
