Розрахунок заземлювальних пристроїв

Розрахунок заземлювального пристрою зводиться до визначення кількості, вертикальних і горизонтальних електродів заземлювача залежно від необхідного відповідно до ПУЕ опору заземлення, питомого опору землі в місці споруди заземлюючого пристрою, прийнятих розмірів електродів і конфігурації заземлювача.

Розрахунку заземлювача повинен передувати попередній вимір питомого опору землі в місці його улаштування. Питомий опір землі ρ, що характеризується опором між сторонами куба землі з ребром в 1 м, вимірюється в Ом·м. Інколи ρ виражають в Ом·см і тоді 1 Ом-м = 100 Ом·см.

Питомий опір землі змінюється від десятків до тисяч Ом·м залежно від таких факторів, як зміст вологи, температура грунту, його будова і ступінь ущільненості, пора року.

У табл. 5.25 і 5.26 вказані відповідно ознаки кліматичних зон і значення коефіцієнта сезонності.

Таблиця 5.25 - Ознаки кліматичних зон для

визначення коефіцієнтів сезонності ψ [20]

Таблиця 5.26 - Коефіцієнти сезонності ψ для однорідної землі [20]

Примітки: 1. Земля вважається підвищеної вологості, якщо виміру її опору передувало випадання великої кількості (зверху норми) опадів (дощів); нормальної (середньої) вологості - якщо виміру передувало випадання невеликої кількості (близьке до норми) опадів; малої вологості - якщо земля суха, кількість опадів в попередній період нижча за норму.

2. Заглиблення електродів, тобто відстань від поверхні землі до верхнього кінця вертикального електроду і до горизонтального електроду, дорівнює 0,7...0,8 м.

Залежність ρ від пори року є достатньо складною, проте відомо, що восени і весною, коли вологість землі збільшується ρ зменшується, а взимку і літом в період промерзання і висихання землі - збільшується. Тому в розрахунках необхідне значення зміряного питомого опору ρ_изм умножати на коефіцієнт сезонності ψ, який враховує можливі зміни значення ρ протягом року і ступінь зволоженості землі в період виконання замірів.

Таким чином, знаходять розрахункове значення питомого опору землі, Ом·м:

ρ_pacч= ρ_изм·ψ. (5.47)

Якщо дані вимірів питомого опору ґрунту відсутні, то для попереднього розрахунку заземлювачів користуються наближеними значеннями (табл. 5.27). Ці дані відносяться до умов нормальної вологості землі.

Таблиця 5.27 - Наближені значення питомі

електричних опорів різних ґрунтів і води [20]

Розрахунок простих заземлювачів.До простих відносяться заземлювачі, виготовлені у вигляді одного-двух рядів вертикальних електродів, сполучених смугою або круглою сталлю, прямокутника з вертикальних і горизонтальних електродів, променевого заземлювача і т. і., які в основному використовуються для установок до 1000 В.

Мета розрахунку - визначення числа, розмірів і способу розміщення горизонтальних і вертикальних електродів, виходячи з відомого питомого опору ґрунту, найбільшого допустимого значення опору заземлювачів, прийнятої форми і розмірів електродів.

При поєднанні заземлювальних пристроїв різної напруги або призначення за розрахункове значення опору заземлювача береться менше з необхідних значень ПУЕ [15].

Як правило, розрахунок простих заземлювачів з точністю, достатньою для практичних цілей, ведеться за допустимим опором заземлювального пристрою методом «коефіцієнта використання» для випадку розміщення заземлювача в однорідній землі. Існує ряд інших методів і способів розрахунку: за напругою дотику і кроку, способом наведених потенціалів, з урахуванням багатошаровості землі і т. і.. Проте вони застосовуються рідше і для складних заземлювачів.

Розрахунок виконують в наступному порядку:

1) визначають необхідний опір заземлювального пристрою R_з. Для установок напругою до 1000 В це значення вказано в ПУЕ [15];

2) знаходять необхідний опір штучного заземлювача з урахуванням використання природних заземлювачів. Знаючи опір природних заземлювачів R_е, яке зазвичай знаходять виміром, можна визначити необхідний опір штучного заземлювача R_и залежно від найбільшого допустимого значення R_з, Ом:

. (5.48)

вибирають форму і розміри вертикальних і горизонтальних електродів, визначають попередню конфігурацію заземлювача. Форму і розміри вертикальних і горизонтальних електродів вибирають виходячи з вимог ПУЕ [15]. Попереднє розміщення електродів на існуючому майданчику необхідно проводити так, щоб відстань між вертикальними електродами була не менше їх довжини. Необхідно враховувати, що збільшення числа вертикальних електродів із зменшенням відстані між ними внаслідок взаємного екранування приводить до зменшення ефективності використання електродів і збільшення опору розтіканню. Залежно від конкретних умов вибирають конфігурацію заземлювача: ряд, прямокутник, променевий і т. п.;

Розміри електродів, відстані між ними, конфігурація заземлювального пристрою визначаються проектом. Найменші розміри сталевих штучних заземлювачів [15]:

визначають розрахунковий опір заземлювача. Відповідно до заздалегідь прийнятого плану розміщення заземлювача визначають кількість n вертикальних і довжину горизонтальних електродів. За відповідними формулами (див. нижче) знаходять розрахункові значення опорів сумарної довжини горизонтальних електродів R_г і одиночного вертикального електроду R_в. По табл. 5.28, 5.29 визначають коефіцієнти використання горизонтальних і вертикальних електродів η_г і η_в залежно від прийнятих параметрів заземлювача, після чого знаходять розрахункове значення опору групового заземлювача R, Ом:

. (5.49)

Приводимо формули для визначення опорів найбільш поширених типів вертикальних і горизонтальних електродів.

Таблиця 5.28 - Коефіцієнти використання η_г горизонтального