Назначение, выполнение и расчет заземляющих устройств

Для обеспечения безопасных условий работы обслуживающего персонала от поражения напряжением прикосновения и шаговым напряжением необходимо все части электрооборудования, нормально не находящиеся под напряжением, но могущие оказаться под таковым при повреждении изоляции, надежно заземлять.

Заземляющее устройство состоит из заземлителей и заземляющих проводников. Заземлитель - это металлический проводник (труба, уголок) или группа проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей. Заземляющие проводники (полоса, круглый прокат) служат для соединения заземлителей между собой и соединения их с заземляемыми частями оборудования.

В качестве заземлителей чаще всего используют вертикально забитые трубы длиной 2-3 м, диаметром 35-50 мм с толщиной стенки не менее 4 мм или уголки 50х50, 35х50 с толщиной стенки не менее 5 мм. Забитые в грунт трубы (уголки) на глубине 0,5-0,7 м соединяют посредством электродуговой сварки стальными полосами. Наименьшее допустимое сечение стальных полос при прокладке в земле должно быть 48 мм² .

Заземляющие устройства выполняются в соответствии с /5/:

1) для систем выше 1000 В с глухозаземленной и эффективно заземленной нейтралью заземляющие устройства следует выполнять с соблюдением требований либо к их сопротивлению R_з не менее 0,5 Ом, включая сопротивление естественных заземлителей, либо к напряжению прикосновения, а также с соблюдением требований к конструктивному выполнению заземления на заземляющем устройстве /5/;

2) в электроустановках выше 1000 В с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более:

при использовании заземляющего устройства одновременно для электроустановок напряжением до 1000 В:

Rз= ,

(7.1)

где I_з - расчетный ток замыкания на землю, А

при использовании заземляющего устройства только для электроустановок напряжением выше 1000 В:

,

(7.2)

но не более 10 Ом.

Для выполнения заземления используют естественные и искусственные заземлители. В качестве естественных заземлителей используют водопроводные трубы, металлические трубопроводы, проложенные в земле (за исключением трубопроводов горючих жидкостей и газов), обсадные трубы скважин, заземлители опор воздушных линий, соединенные с заземляющими устройствами грозозащитным тросом, рельсовые подъездные пути при наличии перемычек между рельсами. Естественные заземлители должны быть связаны с магистралями заземлителейне менее, чем двумя проводниками в разных точках, справочные данные по заземлителям приведены в /11/.

Количество искусственных заземлителей определяется расчетом в зависимости от необходимого сопротивления заземляющего устройства или допустимого напряжения прикосновения. Сопротивление заземлителя относительно земли определяется в основном сопротивлением грунта, размерами и формой заземлителя и глубиной заложения его в грунте. Формулы для расчета сопротивления заземлителя приведены таблице 7.1.

Расчетное удельное сопротивление грунта (ρ_расч) определяется по формуле:

ρрасч=kmax·ρ ,

(7.3)

где k_max - повышающий коэффициент, зависящий от климатических условий местности;

ρ - эквивалентное удельное сопротивление грунта при влажности 10-20 %.

Для электродов длиной 2 - 3 м при глубине заложения вершины 0,5 - 0,8 м, k_max = 1,2 - 2, а для протяженных электродов (случай характерный для скальных грунтов) полос и круглых, горизонтально лежащих в земле на глубине не более 0,8 м - k_max = 1,5 - 7. Физический смысл повышающего коэффициента состоит в том, чтобы обеспечить требуемую величину сопротивления в самых неблагоприятных условиях. Так, например, удельное сопротивление грунта увеличивается при промерзании почвы зимой и при уменьшении влажности в жаркие летние месяцы.

Эквивалентное удельное сопротивление грунта приведено в таблице 7.2.

Таблица 7.1 - Сопротивление заземлителя относительно земли

Форма электрода и его размеры, см	Расположение электрода	Сопротивление заземлителя, Ом
Труба длиной l и диаметром d		(7.4)
Уголок длиной l и шириной полки b	Формула (7.4) при d = 0,35b
Уголок 5х5 l = 250		(7.5)
Уголок 6х6 1 = 250		(7.6)
Труба d = 6 l = 250		(7.7)
Полоса длиной l и шириной b			(7.8)
Kpуглый проводник длиной l и диаметром d	Формула (7.8) при b = 2d

Таблица 7.2 - Эквивалентное удельное сопротивление грунта

Грунт	, Ом·см
Песок	7·104
Супесок речной	3·104
Суглинок	2·104
Глина	1·104
Глина, смешанная с известняком и щебнем	1,5·104
Садовая земля	0,4·104
Чернозем	2·104
Лесс	3·104
Гранит, известняк, песчаник	1·107

В грунтах с высоким удельным электрическим сопротивлением целесообразна обработка земли поваренной солью. Обработка выполняется путем поочередной засыпки в котлован для электродов слоев грунта и соли при одновременной обильной поливке водой. С течением времени грунт, обработанный солью, теряет свой качества из-за растворения в нем соли, поэтому необходима периодическая повторная обработка, особенно перед наступлением грозового сезона.

При подсчете сопротивления заземлителей, состоящих из труб (уголков), необходимо учитывать экранирующее действие одного электрода на другой путем ввода коэффициента использования заземлителя ( _yг), определяемого по кривым /11/. Для контурного расположения заземлителей коэффициент использования соединительных полос, необходимо принимать следующей величины:

при десяти трубах, уголках - = 0,4 - 0,6:

при двадцати-тридцати - = 0,25 - 0,45;

при пятидесяти и более - = 0,2 – 0,4.