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 Rе.
3. Если Rе < R3, то устройство искусственного заземления
не требуется. Если Rе > R3, то необходимо устройство искусственного заземления:
Rи = R3Rе (R3 – Rе)-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:
ρрасч = kс ρ,
где kс – коэффициент сезонности.
5. Установив характер расположения заземления (в ряд или контур), определяют число вертикальных заземлителей:
nв = Rв(ηвRи)-1,
где ηв – 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 lв – 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 (lв >> d, t0 > 0,5 м – рис.8).
Для уголковых электродов формулы упрощаются [6]:
· для уголка с профилем 50×50×5 мм – Rв = 0,348 ρрасч;
· для уголка с профилем 60×60×6 мм – Rв = 0,298 ρрасч;
· для уголка с профилем 75×75×8 мм – Rв = 0,348 ρрасч;
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 Rг. На площади размещения ЗУ намечают, как будут размещены вертикальные заземлители с учётом их числа пв, и определяют длину соединительной полосы:
lг = 1,05пва,
где а – расстояние между заземлителями, его обычно принимают как соотношение a/lв, 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
Rг' = Rв/ ηг.
9. С учётом горизонтальных заземлителей уточняется сопротивление растеканию вертикальных заземлителей с учётом горизонтальных заземлителей
Rв' = Rг'Rв/ (Rг' – Rв).
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:
nв' = Rз nв / ηв.
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 Rе определяют 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
