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

Т а б л и ц а 3а

Климатические зоны

Т а б л и ц а 3б

Коэффициент сезонности

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

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

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

Т а б л и ц а 7

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

Сопротивление естественных заземлителей R_е 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.