Удельное эквивалентное электрическое сопротивление

,(3.4.26.)
где Q1; Q2—удельное электрическое сопротивление соответственно верхнего и нижнего слоя земли, Ом-м; h1—толщина верхнего слоя земли, м; , —безразмерные коэффициенты, зависящие от соотношения удельных электрических сопротивлений слоев земли. Если Q1>Q2, то α=3,6, β=0,1; если Q1<Q2, то α=1,1*10², β=0,3*10^-2.
Под верхним слоем следует понимать слой земли, удельное сопротивление которого Q1 более, чем в два раза, отличается от удельного электрического сопротивления нижнего слоя Q2. Расчет заземляющего устройства начинается с определения сопротивления грунта (сопротивление 1 см³ грунта).
Значения удельных сопротивлений различных грунтов могут быть названы лишь приблизительно, так как зависят не только от вида грунта, но и от его влажности и атмосферных условий. Примерные значения удельного сопротивления некоторых грунтов в естественных условиях приведены ниже:

Удельное сопротивление земли на глубине нескольких метров от поверхности сильно колеблется, увеличиваясь из-за высыхания к концу сухого лета и промерзания зимой.
Измеренное (табличное) удельное сопротивление грунта следует привести к расчетному значению
(3.4.27)
где Q - измеренное (табличное) значение сопротивления грунта, Ом-м;. k — сезонный коэффициент земли, учитывающий возможное увеличение удельного сопротивления слоя.
Значение k зависит от климатической зоны и равно от 1,5 до 7. Различают три климатические зоны, соответствующие северной, средней и южной полосе европейской части СНГ.
Исходя из условий работы, выбирается конструкция заземлителя (электрода) и определяется сопротивление заземлителя растеканию тока в грунт. Формулы для определения сопротивления заземлителя приведены в табл. 3.4.2.
Если в качестве заземлителя применяется угловая сталь, то в формулу для определения ее сопротивления подставляется приведенный диаметр d==0,95 b, где b—ширина полосы или полки угловой стали.
Количество стержней п заземляющего устройства находим по формуле
(3.4.28)
где r_о—допускаемое сопротивление заземляющего устройства, принимаемое менее 4 Ом.
Заземлитель из n₁ длинных электродов длиной 1₁ по сравнению с заземлителем из n₂ коротких электродов длиной l₂ при одинаковом их расходе {п₁ l₁==п₂ l₂} обеспечивает более низкое сопротивление из-за меньшего взаимного влияния электродов при меньшем их числе. Для определения сопротивления очага вертикальных заземлителей необходимо знать расположение и расстояние а между ними: a=(1…3)l
Сопротивление вертикальных заземлителей:
(3.4.29)
где η — коэффициент использования (экранизации) вертикальных электродов.
Коэффициент η определяют по табл. 3.4.3. с учётом отношения а/1, количества электродов п и условий их размещения.
Стержни объединяются в очаг заземления соединительной полосой (шиной) и располагаются по замкнутому контуру длиной
(3.4.30)
При расположении стержней в ряд, длина полосы
(3.4.31)

Таблица 3.4.2

Сопротивление полосы связи
(3.4.32)
где h — глубина заложения полосы, м.

В заключение определяется сопротивление растеканию тока заземляющего устройства при данном количестве стержней с учетом полосы связи:
(3.4.33)
где η1- коэффициент экранирования (использования) между полосой связи и вертикальными электродами. В табл. 3.4.4. приводятся значения коэффициента η1 с учетом отношенияа/1, расположения электродов и их количества.

Таблица 3.4.3.

Таблица 3.4.4.

При отсутствии естественных заземлителей устраивают искусственные, в качестве которых применяют металлические трубы, стержни или угловую сталь, забитые в землю на 0,5—0,8 м ниже уровня земли и приваренные к шине, уложенной на глубине 0,5—0,8 м. Расстояние между вертикально забитыми заземлителями должно быть не менее их длины.
В качестве вертикальных электродов используют стальные трубы, угловую и круглую (прутковую) сталь длиной l=2…10 м. Наименьшие поперечные размеры допускаются у круглых электродов - d=6 мм, толщина полок угловой стали - 4 мм и толщина стенок стальных труб - b=3,5 мм.
Такие размеры электродов обусловлены необходимостью надежной работы заземлителя при коррозии и могут быть увеличены из условий доста-точной механической, прочности при погружении их в грунт.
Горизонтальные полосовые заземлители в виде лучей, колец или контуров используются как самостоятельные заземлители или как элементы сложного заземлителя из горизонтальных и вертикальных электродов. Для горизонтальных заземлителей применяется полосовая сталь сечением не менее 48 мм² и толщиной 4 мм и круглая сталь диаметром не менее 10 мм.
В однородном грунте глубина заложения вертикальных электродов h=0,5...1 м мало влияет на снижение их сопротивления.
Соединение элементов заземляющих устройств осуществляется с помощью сварки, а корпуса машин и аппаратов соединяются с проводниками заземляющих устройств сваркой, надежными болтовыми соединениями.
Минимальное поперечное сечение заземляющих голых медных проводов должно быть 4 мм², алюминиевых - 6 мм², стальных - 24 мм². Сечение изолированных медных проводов должно быть не менее 1,5 мм², алюминиевых — 2,5 мм².
Заземляющие проводники, расположенные в помещениях, должны быть доступны для осмотра, защищены от коррозии. Каждый заземляемый элемент установки должен быть присое-динен к заземлителю или заземляющей магистрали посредством отдельного ответвления (параллельное заземление). Последовательное включение в заземляющий проводник нескольких заземляемых частей установки запрещается.
При приемке в эксплуатацию каждого заземляющего устройства необходимо иметь: паспорт, включающий исполнительные чертежи и схемы заземляющего устройства с указанием расположения подземных коммуникаций; акты на подземные работы по укладке элементов заземляющего устройства; протоколы приемо-сдаточных испытаний заземляющего устройства.
Измерение сопротивления заземляющих устройств производится в первый год эксплуатации, а в дальнейшем - не реже одного раза в три года, для цеховых электроустановок - не реже одного раза в год. Измерение сопротивления заземлителей, удельного сопротивления грунта проводится в периоды наименьшей проводимости (летом, зимой). Срок службы заземлителей — 25-30 лет.

Зануление

Занулениемназывается присоединение металлических корпусов электрических машин, трансформаторов и других токоведущих металлических частей электрооборудования, которые не находятся под напряжением при нормальной работе, к многократно заземленному нулевому проводу.
Нулевым проводом называется провод сети, соединенный с глухозаземленной нейтралью трансформатора или генератора или со средним нулевым проводом сети постоянного тока.
Многократное заземление нулевого провода — это дополнительная, но обязательная мера защиты, осуществляемая через каждые 200 м по его длине. Надежная защита возможна, если сечение нулевого четвертого провода (S_н.пр.) будет равно (не менее) 50% сечения фазного провода сети (S_ф) при изготовлении их из одного материала:
(3.4.34)

Обычно нулевой провод изготавливается из стали, а фазные провода — из цветных металлов. В этом случае необходимо учитывать, что сопротивление их зависит от плотности тока.
На основе экспериментальных данных для выбора эквивалентных по сечению проводников из стали и цветных металлов получены следующие соотношения.
Если провода линии изготовлены из алюминия (Sф∧A1)
(3.4.35)

если провода линии изготовлены из меди (Sф∧М),
(3.4.36)

Назначение защитного зануления- устранение опасности поражения электрическим током при соприкосновении человека с металлическими частями электрооборудования, оказавшимися под напряжением при замыкании фазы на корпус или землю.
Область применения зануления–трехфазные четырехпроводники сети напряжением до 1000В с глухозаземленной нейтралью или глухозаземленным выводом источника однофазного тока.
Принцип действия зануленияоснован на превращении пробоя на корпус в однофазное короткое замыкание (замыкание между фазой и нулевым проводом) с целью вызвать ток большой силы, способный обеспечить срабатывание защиты (плавких вставок, средств автоматики)

Рис. 3.4.8 Схема зануления

Для того, чтобы произошло быстрое и надежное срабатывание средств защиты, необходимо, чтобы ток короткого замыкания, превышал ток отключения (оплавление плавкой вставки и отключение аппарата)
(3.4.37)
где, І_к.з. - ток короткого замыкания, А
к - коэффициент кратности тока короткого замыкания относительно тока отключения;
І_ном - номинальный ток оплавления плавкой вставки или срабатывания автомата, А.
Согласно ПУЭ, проводники зануления подбирают таким образом, чтобы ток короткого замыкания превышал не менее, чем в 3 раза, номинальный ток плавкой вставки.
Время срабатывания отключения поврежденной электроустановки с момента появления напряжения на корпус электроустановки составляет 5-7с при защите плавкими вставками и 1-2с - при защите автоматами.
В аварийный период, с момента возникновения замыкания фазы на корпус и до автоматического отключения поврежденной электроустановки от сети, заземление электроустановок через нулевой защитный проводник снижает напряжение между корпусом и землей.
Повторное заземление позволяет снизить напряжение нулевого провода и корпуса зануленного оборудования относительно земли при замыкании фазы на корпус, как при нормальном режиме, так и при обрыве нулевого провода.
При отсутствии повторного заземления нулевого провода при замыкании фазы на корпус участок нулевого провода в месте замыкания и прикосновения к нему корпуса по отношению к земле находится под напряжением:

(3.4.38)

где, I_к - ток, протекающий по участку: фазный – нулевой провод (ток замыкания), А;
Z_н – сопротивление участка нулевого провода от источника питания до места присоединения поврежденного оборудования, Ом,
R_ф и R_н - активное сопротивление фазного и нулевого проводов сети, Ом.
При наличии повторного заземления нулевого провода появляется цепь тока замыкания через это заземление.