Искусственные заземлители

В качестве заземлителей используют вертикальные электроды – отрезки труб, стальные стержни диаметром 12-20 мм, которые ввёртывают или забивают вертикально в землю, горизонтальные проводники – стальные полосы сечением 4×40 мм и стержни, укладываемые горизонтально в траншеи на глубину t= 0,5-0,8 мм от поверхности земли. Сопротивление простейших одиночных заземлителей вычисляется по формулам:

для вертикального электрода длинной l и диаметром d

ρ 4l

R = —— Ln — (2.6)

2πl dt

для горизонтального проводника длинной l и диаметром d, уложенного на глубине t от поверхности земли

ρ L²

R = —— Ln — (2.7)

2πL dt

В уравнении (2.7) ρ – удельное сопротивление однородной земли, Ом·м; Ln – знак натурального логарифма; число π = 3,14.

На практике в большинстве случаев используют не одиночные, а сложные заземлители, состоящие из полосы или сетки, расположенной на глубине 0,5 – 0,8 м от поверхности земли, с приваренными к ней вертикальными электродами. С помощью сложного заземлителя удаётся достичь требуемого нормами малого сопротивления заземлителя.

На рис.2.4, а показана конструкция заземлителей открытого и закрытого распределительных устройств в виде сетки 2 или контура 3 с приваренными к ним вертикальными электродами 1, образующими общую большую конструкцию с размерами по горизонтали в десятки и даже сотни метров.

а – открытого ОРУ и закрытого ЗРУ распределительных устройств, б – промышленного предприятия (цеха), в – передвижной электроустановки, г – схема замещения контура (сетки) с вертикальными электродами сплюснутым полуэлипсоидом вращения; l – вертикальные электроды; 2 – сетка, 3 – контур, 4 – полоса (провод), 5 – заземляющий проводник.

Рисунок 2.4 - Виды заземлителей

На промышленных предприятиях применяют заземлители, состоящие из полосы с приваренными к ней вертикальными электродами (см. рис.2.4, б). Сопротивление такого заземлителя рассчитывается по формуле

ρ L²

R = —— kв Ln — (2.8)

2πL dt

Коэффициент kв характеризует уменьшение сопротивления полосы при добавлении вертикальных электродов (таблица 1).

Для заземления передвижных электроустановок используют несколько вертикальных электродов, объединённых медным проводом вне земли (см. рис.1.4, в), т.е. без полосы связи в земле. Длина этих электродов обычно не более 3 м, размещение – в ряд или по контуру. При параллельной работе нескольких вертикальных электродов без полосы связи в земле (например, заземлители передвижных электроустановок) общая проводимость

заземлителя 1/Rз будет равна сумме проводимостей одиночных электродов 1/Rв.э, умноженной на коэффициент использования

1 n

— = ——— η ; (2.9)

Rз Rв.э

отсюда

Rв.э

Rз = ——— , (2.10)

n η

где Rв.э – сопротивление одного вертикального электрода, вычисляемого по формуле (1.7);

n – число вертикальных электродов;

η – коэффициент использования (табл. 2). Коэффициент использования характеризует степень уменьшения суммарной проводимости вертикальных электродов вследствие их взаимного экранирования, так как они работают в общем электрическом поле, создающем сопротивление для свободного растекания тока с каждого из электродов. Из таблицы видно, что коэффициент использования зависит от числа электродов и относительных размеров каждого из них

l a

η = ƒ ( — , — , n), он всегда меньше.

d l

Удельное сопротивление земли измеряется на месте сооружения заземлителя, но ориентировочные расчёты можно производить по приближённым значениям для: суглинка – 80-150 Ом·м, супеска – 150-400 Ом·м, песка – 400-1000 Ом·м.

Таблица 2.2 - Коэффициенты использования вертикальных электродов без полосы связи в земле.

Число электродов n	Отношение рас- стояния между электродами к длине одного из них а/l	Размещение вертикальных электродов
		В ряд		по контуру
		Отношение длины электрода к его диаметру L/d
		50	200	50	200
2 в ряду или 3 по контуру	0,5 1 2 3	0,80 0,85 0,91 0,95	0,84 0,89 0,94 0,98	0,66 0,76 0,83 0,88	0,71 0,80 0,87 0,92
4	0,5 1 2 3	0,64 0,74 0,84 0,90	0,72 0,80 0,88 0,94	0,59 0,70 0,79 0,85	0,66 0,75 0,83 0,88
6	0,5 1 2 3	0,56 0,68 0,80 0,86	0,64 0,72 0,84 0,90	0,51 0,63 0,74 0,81	0,58 0,68 0,78 0,85
10	0,5 1 2 3	0,47 0,60 0,74 0,83	0,55 0,68 0,79 0,88	0,43 0,56 0,69 0,77	0,51 0,62 0,74 0,81
20	0,5 1 2 3	0,34 0,50 0,67 0,76	0,40 0,57 0,72 0,82	0,34 0,48 0,64 0,71	0,43 0,55 0,70 0,76