a, b – безрозмірні коефіцієнти, що залежать від співвідношення питомих опорів шарів землі.

Таблиця 2 - Найбільші значення опорів заземлюючих пристроїв в електро-установках

Характеристика установок	Найбільші опори заземлюючого пристрою, Ом
Установки напругою вище 1000 В: З великими струмами замикання на землю (500 А та більше)	0,5 у будь-який час року
3 малими струмами замикання на землю (до 500 А): а) якщо заземлюючий пристрій, одночасно використовується для електроустановок напругою до1000 В; б) якщо заземлюючий пристрій використовується тільки для електроустановок напругою вище 1000 В	125/І І - розрахунковий струм замикання на землю, А 250/1, але не більше 10 Ом
Установки напругою до 1000 В З глухозаземленою нейтраллю: а) опір заземлюючого пристрою, з урахуванням природних заземлювачів і заземлювачів повторних заземлень нульового проводу: - для мережі 220/127 В - для мережі 380/220 В - для мережі 660/380 В б) опір заземлюючого пристрою, розташованого в безпосередній близькості від нейтралі або одиночного повторного заземлення нульового робочого проводу: - для мережі 220/127 В - для мережі 380/220В - для мережі 660/380 В в) загальний опір розтіканню заземлювачів усіх повторних заземлень нульового робочого проводу: - для мережі 220/127 В - для мережі 380/220 В - для мережі 660/380 В
З ізольованою нейтраллю:	10 Ом і з контролем опору ізоляції
Пересувні установки, що живляться від пересувних автономних джерел живлення з ізольованою нейтраллю
	Для установок напругою до 1000 В із глухозаземленою нейтраллю допускається збільшувати опір розтіканню заземлюючих пристроїв при питомому опору ґрунту ρ > 100 Ом·м у 0,01 ρ разів, але не більше десятикратного, для інших установок допускається підвищити опір заземлюючих пристроїв, при питомому опорі ґрунту > 500 Ом х м десятикратно
	Опори ВЛ напругою вище 1000 В при питомому опорі землі, Ом х м: до 10² більше 10² до 5 х 10² більше 5 х 10² до 10 х 10² більше 10 х 10² до 50 х 10² більше 50 х 10²	6 х 10ˉ³ ρ
	Для опор висотою більше 40 м на ділянках ВЛ, захищених тросами, опір заземлюючих пристроїв, повинен бути в два рази меншим порівняно з приведеними
	Опори ВЛ напругою до 1000 В

Підраховується опір природних заземлювачів (якщо немає даних вимірів) за формулами:

– для вертикального круглого чи косинцевого заземлювача, верхній кінець якого розміщений біля поверхні землі

, (2)

– те ж для зануреного в землю на t₀ від поверхні землі

, (3)

– для протяжного на поверхні землі (стрижень, труба, смуга, кабель і т.д., для смуги шириною а d = 0,5а)

, (4)

– те ж для зануреного в землю на від поверхні

, (5)

– для круглої пластини на поверхні землі

, (6)

– те ж для зануреної у землю на від поверхні

, (7)

– для пластини, поставленої на ребро, зануреної на від поверхні землі

, (8)

– для прямокутної пластини на поверхні землі

, (9)

– для квадратної пластини на поверхні землі

, (10)

де –питомий опір ґрунту, Ом·м (вимірянийе або прийнятий за таблицею 3);

l –довжина заземлювача, м;

d – діаметр круглого заземлювача, м;

t – відстань від поверхні землі до центра заземлювача, м;

D –діаметр круглої пластини, м;

a, b –ширина і довжина пластинчастого заземлювача, м.

Опір розтікання природних заземлювачів системи "грозозахисний трос опори" Rі при кількості опор із тросом більш 20 визначається за формулою:

, (3.11)

– опір заземлення однієї опори, Ом, приймається з урахуванням сезонних коливань питомого опору ґрунту за таблицею 2;

–0,15 (l/S) – активний опір сталевого троса перетином S, мм², на довжині одного прольоту l, м;

– кількість тросів на опорі.

При використанні залізобетонних фундаментів промислових будинків як природні заземлювачі опір розтіканню їх повинен оцінюватися за формулою:

, (12)

де S – площа, обмежена периметром будинку, м²;

– питомий еквівалентний електричний опір грунту, Ом·м, що визначається за формулою:

, (13)

де – питомий опір верхнього і нижнього шарів землі відповідно, Ом·м;

h₁ – товщина верхнього шару землі, м;

a, b – безрозмірні коефіцієнти, що залежать від співвідношення питомих опорів шарів землі.

Якщо > , то а = 3,6, а b = 0,1;

Якщо > , то а = 1,1·10², а b = 0,3·10ˉ².

Таблиця 3 - Наближені значення питомих електричних опорів різних ґрунтів і води

Ґрунт, вода Питомий опір, Ом-м

Можливі межі коливань При вологості ґрунту 10-20% до маси ґрунту

Ґрунт: глина 8-70

суглинок 40-150

пісок 400-700

супісок 150-400

торф 10-30

чорнозем 9-53

садова земля 30-60

кам'янистий 500-800 -

скелястий -

Вода: морська 0,2-1 -

річкова 10-100 -

ставкова 40-50 -

ґрунтова 20-70 -

у струмках 10-60 -

Під верхнім шаром варто розуміти шар землі, питомий опір якого більше ніж у два рази відрізняється від питомого опору нижнього шару . При цьому в електроустановках напругою до 750 кВ не потрібна прокладка вирівнювальних провідників, у тому числі біля входів і в’їздів, крім місць розташування заземлення нейтралей силових трансформаторів, короткозамикачів, вентильних розрядників і блискавковідводів, якщо виконується умова

, (14)

де – розрахункова сила струму однофазного замикання, що стікає в ґрунт із фундаментів, КА.

Металеві і залізобетонні конструкції будинків при використанні їх як заземлюючих пристроїв повинні утворювати безперервний електричний ланцюг по металу, а в залізобетонних конструкціях повинні передбачатися закладні деталі для приєднання електричного і технологічного устаткування. Спорудження штучних заземлювачів при цьому не потрібне, якщо параметри залізобетонних фундаментів задовольняють викладені вище вимоги.

Визначається необхідний опір штучних заземлювачів

, (15)

де – опір струму розтікання природних заземлювачів;

– припустимий опір струму розтікання заземлюючого пристрою, згідно з ПУЕ (таблиця 2).

Вибирається тип заземлюючого пристрою, (виносний чи контурний) на підставі даних про об’єкт, що захищається, і значень , .

Вибирають електроди (стрижневі і смугові) і попередньо розміщають їх на плані об’єкта, що захищається.

Як вертикальні заземлювачі варто використовувати сталеві стрижні діаметром 10-16 мм, довжиною 4,5-5 м або кутову сталь із товщиною стінки не менше 4 мм, довжиною 2,5-3 м. Верхній кінець вертикального заземлювача повинен бути занурений на 0,6-0,7 м від поверхні землі. Як горизонтальні заземлювачі варто використовувати круглу сталь діаметром не менше 10 мм або сталеві смуги товщиною не менше 4 мм.

В установках з ефективно заземленою нейтраллю для вирівнювання електричного потенціалу варто прокладати подовжні і поперечні горизонтальні заземлювачі на глибині 0,5-0,7 м від поверхні землі. Подовжні заземлювачі прокладаються уздовж електроустаткування з боку обслуговування на відстані 0,8-1,0 м від фундаменту або підставки устаткування.

Допускається збільшення відстаней від фундаментів до 1,5 м із прокладкою однієї смуги для двох рядів устаткування, якщо відстань між фундаментами не перевищує 3,0 м, а сторони обслуговування звернені одна до іншої.

Поперечні заземлювачі прокладаються в зручних місцях між устаткуванням. Відстань між ними варто збільшувати від периферії до центра сітки, що заземлює. При цьому перші й наступні відстані не повинні перевищувати відповідно 4,0; 5,0; 6,0; 7,5; 9,0; 11,0; 13,5; 16,0 і 20,0 м.

Розміри вічок заземлюючої сітки, що прилягають до місць приєднання нейтралей силових трансформаторів і короткозамикачів до заземлюючого пристрою, не повинні перевищувати 6х6 м². При цьому контурний електрод, що утворить периметр сітки, повинен охоплювати всі споруди об’єкта, що захищається.

Зовнішня огорожа електроустановок не приєднується до заземлюючого пристрою, і повинна бути на відстані не менше 2 м від його елементів. Якщо цю умову виконати неможливо, то металеві частини огорожі варто приєднати до заземлюючого пристрою, та із зовнішньої сторони огорожі на відстані 1 м від неї і на глибині 1 м має бути прокладений горизонтальний заземлювач, приєднаний до заземлюючого пристрою, не менше ніж у чотирьох точках.

Визначається розрахунковий питомий опір ґрунту для однорідного ґрунту

, (16)

де Ψ –коефіцієнт сезонності для вертикального і горизонтального електродів, обумовлений за табл. 4; для двошарової землі відповідно до кліматичної зони даної місцевості за табл. 3.5 знаходиться товщина шару сезонних коливань і коефіцієнт сезонності Ψ,на який збільшується вимірюваний питомий опір цього шару землі

, (17)

для нижнього шару грунту

, (18)

Таблиця 4 - Значення коефіцієнта сезонності для однорідної землі

Кліматична зона Вологість землі під час вимірів її опору

Підвищена Нормальна Мала

Вертикальний електрод довжиною 3 м

І 1,9 1,7 1,5

ІІ 1,7 1,5 1,3

ІІІ 1,5 1,3 1,2

ІV 1,3 1,1 1,0

Вертикальний електрод довжиною 5 м

І 1,5 1,4 1,3

ІІ 1,4 1,3 1,2

ІІІ 1,3 1,2 1,1

ІV 1,2 1,1 1,0

Горизонтальний електрод довжиною 10 м

І 9,3 5,5 4,1

ІІ 5,9 3,5 2,6

ІІІ 4,2 2,5 2,0

ІV 2,5 1,5 1,1

Горизонтальний електрод довжиною 50 м

І 7,2 4,5 3,6

ІІ 4,8 3,0 2,4

ІІІ 3,2 2,0 1,6

ІV 2,2 1,4 1,12

Занурення електродів дорівнює 0,7 – 0,8

Таблиця 5 - Значення коефіцієнта сезонності для шару сезонних вимірів у багатошаровій землі

Кліматична зона Умовна товщина шару сезонних вимірювань, м Вологість землі під час вимірювань її опору

Підвищена Нормальна Мала

І 2,2 7,0 4,0 2,7

ІІ 2,0 5,0 3,7 1,9

ІІІ 1,8 4,0 2,0 1,5

ІV 1,5 2,5 1,4 1,1

Для однорідного ґрунту розрахунок опору заземлювача ведеться в такій послідовності:

– за попередньою схемою розміщення заземлюючого пристрою, визначається довжина горизонтальних і кількість n вертикальних електродів;

– за формулами (2 – 9) розраховується величина опору одного вертикального електрода і горизонтальних електродів з обліком розрахункового питомого опору ґрунту;

– за таблицями 6 і 7 визначається відповідно коефіцієнт використання вертикальних і горизонтальних електродів;

Таблиця 6 - Коефіцієнт використання η вертикальних електродів без урахування впливу смуги зв’язку

Кількість заземлювачів, n Відношення відстані між електродами до їхньої довжини

Заземлювачі розміщені в ряд Заземлювачі розміщені по контуру

0,85 0,91 0,94 - - -

0,73 0,83 0,89 0,69 0,78 0,85

0,65 0,77 0,85 0,61 0,73 0,8

0,59 0,74 0,81 0,56 0,68 0,76

0,48 0,67 0,76 0,47 0,63 0,71

- - - 0,41 0,58 0,66

- - - 0,39 0,55 0,64

- - - 0,36 0,52 0,62

– розрахунковий опір заземлювача буде

, (19)

Отримане значення опору порівнюється з необхідним опором штучного заземлювача, визначеним за формулою (15). При великих розбіжностях параметри заземлюючого пристрою змінюються і проводиться перерахунок для забезпечення необхідної безпеки експлуатації електроустановок.

Заземлюючі установки з великими струмами замикання на землю, мають складну конструкцію і розраховувати їх рекомендується способом наведених потенціалів, приймаючи двошарову модель ґрунту.

Розрахунок опору заземлювача цим способом ведеться в такій послідовності:

– за попередньою схемою розміщення заземлюючого пристрою, визначаються площа заземлювача S (м²), довжина (м) горизонтальних, кількість п і довжина (м) вертикальних електродів;

Таблиця 7 - Коефіцієнт використання горизонтального смугового електроду, що з'єднуює вертикальні електроди заземлювача

Відношення відстаней між вертикальними електродами до їхньої довжини Кількість вертикальних заземлювачів

Вертикальні електроди розміщені в ряд

0,85 0,77 0,72 0,62 0,42 - - -

0,94 0,89 0,84 0,75 0,56 - - -

0,96 0,92 0,88 0,82 0,68 - - -

Вертикальні електроди по контуру

- 0,45 0,4 0,34 0,27 0,22 0,2 0,19

- 0,55 0,48 0,4 0,32 0,29 0,27 0,23

- 0,7 0,64 0,56 0,45 0,39 0,36 0,33

– складається розрахункова модель заземлювача, що являє собою квадратну сітку з взаємно пересічених смуг з вертикальними електродами по контуру квадрата (розрахункова модель і прийнята схема заземлювача мають однакові площі S, довжину горизонтальних , кількість n і довжину вертикальних електродів, глибину закладення м; розрахункова модель занурена в однорідний ґрунт із питомим опором, еквівалентним питомому опору двошарового ґрунту, тобто опір заземлюючого пристрою, розрахункової моделі буде дорівнювати шуканому;

– визначається довжина сторони квадрата моделі як , м;

– обчислюється кількість вічок m за однією стороною моделі

. (20)

Отримана величина т округляється до цілого числа, за формулою (20) уточнюється значення L_r _,м;

– довжина сторони вічка в моделі, м

; (21)

– відстань між вертикальними електродами в моделі при розміщенні їхпо контуру, м

; (22)

– відносна глибина занурення в землю вертикальних електродів у моделі

; (23)

– відносна довжина верхньої частини вертикального заземлювача, що знаходиться у верхньому шарі ґрунту товщиною h

; (24)

– визначають розрахунковий еквівалентний питомий опір землі для заземлюючого пристрою – горизонтальної сітки з пересічних смуг з вертикальними електродами

, (25)

при ;(26)

при (27)

– шуканий розрахунковий опір штучного заземлювача визначається за формулою:

, (28)

де А = 0,444 – 0,84 при 0 ≤ ≤ 0,1 А = 0,385 – 0,25 при 0,1 ≤ ≤ 0,5.

Отримана величина опору розтікання заземлювача порівнюється з необхідним значенням, отриманим за формулою (15).