Конструктивное исполнение искусственных заземляющих устройств

Искусственные заземлители применяются тогда, когда естественные заземлители не обеспечивают требуемую ве­личину сопротивления за­земления или напря­жения прикосновения. Для искусственных заземлите­лей применяют вертикаль­ные и горизонтальные неокрашенные элек­троды. В каче­стве вертикальных электродов прутковую сталь диаметром не менее 10 мм или угловую сталь с толщиной пол­ки уголка не менее 4 мм. Горизонтальные заземлители используют для гальвани­че­ского соединения между собой вертикальных заземлите­лей, а также само­стоятельно. Для этих целей применяют полосовую сталь сечением не ме­нее 48 мм и сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм.

Для установки вертикальных заземлите­лей роют траншею (рис. 6). Верхние концы по­груженных в землю вертикаль­ных электродов соединяют сваркой стальной полосой. В таких же траншеях прокладывают и горизон­таль­ные электроды. Заземляющие устройства не должны иметь ок­раски, кроме мест сварных соединений заземлителей.

В случае опасности повышенной корро­зии для заземли­телей рекомендуется использо­вать сталь только круглого про­филя и большего сечения. При повышен­ной коррозии могут при­меняться также оцинкован­ные или омед­нённые зазем­лители.

Глубина прокладки горизонталь­ных заземли­телей должна быть не менее 700-800 мм.

2. УПРОЩЁННЫЙ РАСЧЁТ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ

1. В соответствии с правилами устройства электроустановок (ПУЭ) устанавливают необходимое сопротивле­ние заземления R₃.

2. Определяют путём замера или расчёта возможное сопротивление растеканию естествен­ных заземлителей R_е.

3. Если R_е < R₃, то устройство искусственного заземления
не требуется. Если R_е > R₃, то необходимо устройство искусственного за­земления:

R_и = R₃R_е (R₃ – R_е)^-1 .

4. По табл. 2 и 3 определяют удельное сопротивление ρ грунта, ко­эффициент сезонности, зависящий от климатических зон и вида заземлителя, и определяют расчётное удельное сопротивление грунта за­землителей, Ом·м:

ρ_расч = k_с ρ ,

где k_с – коэффициент сезонности.

5. Установив характер расположения заземления (в ряд или контур), определяют число вертикальных заземлителей:

n_в = R_в(η_вR_и)^-1 ,

где η_в – коэффициент использования вертикальных заземлителей (опреде­ляется по табл. 4 и 5), где a – расстояние между электродами.

При устройстве простых заземлителей (короткий ряд вер­тикальных стержней) расчёт на этом заканчивают, не учи­тывая проводимость со­единяющей полосы, так как длина её невелика.

Т а б л и ц а 2

Приближённые значения удельного сопротивления ρ грунтов и воды

Грунт и вода	Возможные пределы колебаний, Ом·м
Глина Суглинок Песок Супесок Торф Чернозём Садовая земля Каменистый грунт Вода: речная прудовая грунтовая	8 – 70 40 – 150 400 – 700 150 – 400 10 – 30 9 – 53 30 – 60 500 – 800   10 – 100 40 – 50 20 – 70

Т а б л и ц а 3а

Климатические зоны

Характеристики климатиче­ских зон	I	II	III	IV
Средняя многолетняя тем­пература низшая (январь)	От –20 °С до –15°С	От –14 °С до –10 °С	От 0 °С до 0 °С	От 0 °С до +5 °С
Средняя многолетняя тем­пература высшая (июль)	От +16 °С до +18 °С	От +18 °С до +22 °С	От +22 °С до +24 °С	От +24 °С до +26 °С
Среднегодовой уровень осадков, мм	~400	~500	~5000	300 – 500
Продолжительность замер­зания вод (дней)	190 – 170

Т а б л и ц а 3б

Коэффициент сезонности

Климатические зоны	I	II	III	IV
kс стержневых элек­тродов (l = 2 – 3 м, глуби­на заземления 0,5 – 0,8 м)	1,8 – 2	1,5 – 1,8	1,4 – 1,6	1,2 – 1,4
kс горизонтальных элек­тродов на глубине 0,8 м	4,5 – 7,0	3,5 – 4,5	2,0 – 2,5	1,5 – 2,0
kс при длине стержней 5 м и глубине заземления 0,7 – 0,8 м	1,35	1,25	1,15	1,1

6. Определение сопротивления растеканию одного вертикального за­землителя (рис. 6) осуществляется по формуле

где l_в – длина вертикального электро­да, м; t – глубина заложения, равная рас­стоянию от поверхности земли до середины электрода, м; d– диаметр круглого стержневого электрода, м. Формула справедлива при (l_в >> d, t₀ > 0,5 м – рис.8).

Для уголковых электродов формулы упрощаются [6]:

· для уголка с профилем 50×50×5 мм – R_в = 0,348 ρ_расч;

· для уголка с профилем 60×60×6 мм – R_в = 0,298 ρ_расч;

· для уголка с профилем 75×75×8 мм – R_в = 0,348 ρ_расч;

Т а б л и ц а 4

Коэффициенты использования вертикальных заземлителей из труб, угол­ков или стержней, размещенных в ряд

Отношение расстояния ме­жду электродами к их длине (a/lв)	Число электродов	ηв
		0,84-0,87 0,76-0,80 0,67-0,72 0,56-0,62 0,51-0,56 0,47-0,50
		0,50-0,92 0,85-0,88 0,79-0,83 0,72-0,77 0,66-0,73 0,65-0,70
		0,93-0,95 0,90-0,92 0,85-0,88 0,79-0,83 0,76-0,80 0,74-0,79

При устройстве контурных заземлителей (рис. 7, рис. 8) необходимо учи­тывать и сопротивление растеканию полос горизонтального заземли­теля R_г. На площади размещения ЗУ намечают, как будут разме­щены верти­кальные заземлители с учётом их числа п_в, и опре­деляют длину соедини­тельной полосы:

l_г = 1,05п_ва,

где а– расстояние между заземлителями, его обычно при­нимают как соотношение a/l_в, заведомо равное 1, 2, 3.

Т а б л и ц а 5

Коэффициенты использования вертикальных заземлителей из труб, угол­ков или стержней, размещенных по контуру

Отношение расстояния ме­жду электродами к их длине (a/lв)	Число электродов	ηв
		0,44-0,50 0,38-0,44 0,36-0,42 0,33-0,39
		0,61-0,66 0,55-0,61 0,52-0,58 0,49-0,55
		0,68-0,73 0,64-0,69 0,62-0,67 0,59-0,65

7. Определяют сопротивление растеканию тока горизонтального за­землителя:

1) для круглого сечения (рис. 9,а):

2) для прямоугольного сечения (рис. 9,б):

8. С учётом коэф­фициента использования горизонтального заземлителя (табл. 6 и 7) опре­деляется величина

R_г^' = R_в/ η_г .

9. С учётом горизонтальных заземлителей уточняется сопротивление растеканию вертикальных заземлителей с учётом горизонтальных зазем­лителей

R_в^' = R_г^'R_в/ (R_г^' – R_в) .

4 м

Рис. 7. Контур заземляющего устройства (вид сверху)

Рис. 8. Заземляющее устройство (вид сбоку)

Рис. 9. Горизонтальные заземлители в грунте и их линейные размеры

10. Определяется уточнённое количество вертикальных
заземлителей, при этом их число округляется в сторону увеличения:

n_в^' = R_з n_в / η_в .

Согласно требованиям гл. 1.7 «Заземление и защитные меры элек­тробезопасности» ПУЭ, сопротивление защитного заземления электрооборудования не должно превышать 10 Ом при мощности источника до 100 кВА и 4 Ом при большей мощности.

Сопротивление R_зв сетях до 1000 В с системой заземле­ния TN в зависимости от величины напряжения в любое время года должно быть не более 2,4,8 Ом в сетях трехфаз­ного тока при линейных напряже­ниях соответственно 660, 380, 220 В или сетях однофазного тока при на­пряжениях соответственно 380, 220, 127 В.

Т а б л и ц а 6

Коэффициент использования горизонтального заземлителя (трубы, угол­ки, полосы и т. д.) при размещении вертикального заземлителя в ряд

Отношение расстоя­ния между электро­дами к их длине (a/lв)	ηг , при числе электродов в ряд
	0,77 0,89 0,92	0,74 0,86 0,90	0,77 0,89 0,92	0,62 0,75 0,82	0,77 0,89 0,92	0,31 0,46 0,58	0,77 0,89 0,92	0,20 0,34 0,47

Т а б л и ц а 7

Коэффициент использования горизонтального заземлителя (трубы, угол­ки, полосы и т. д.) при размещении вертикального заземлителя по контуру

Отношение расстоя­ния между электро­дами к их длине (a/lв)	η г , при числе электродов в контуре заземления
	0,45 0,55 0,65	0,40 0,48 0,64	0,36 0,43 0,60	0,34 0,40 0,56	0,27 0,32 0,45	0,24 0,30 0,41	0,21 0,28 0,37	0,20 0,26 0,35

Сопротивление естественных заземлителей R_еопределя­ют путём замера в конкретной установке. Их значения мо­гут быть приблизительно такими:

· стальная водопроводная труба 2 – 4 Ом;

· свинцовая оболочка кабеля 2 – 3 Ом.

При устройстве контурных заземлителей необходимо учи­тывать и со­противление растеканию тока горизонтального заземлителя. На площади размещения ЗУ размещаем вер­тикальные заземлители и определяем длину соединитель­ной полосы.

Контур заземляющего устройства будет иметь вид, пред­ставленный на рис. 7, 8.

ЗАЩИТНОЕ ЗАНУЛЕНИЕ