Вимірювання|вимірювання| опору заземлення. Суть процесу
Опір заземлюваного електроду
На рис. 1.2 показано заземлюваний штир. Його опір визначається наступними|слідуючими| компонентами:
опір металу штиря і опір контакту провідника зі|із| штирем;
опір контакту штиря з|із| ґрунтом;
опір поверхні землі|грунту| протікаючому струму|току|, інакше кажучи, опір землі|грунту|, який часто є|з'являється| найважливішим|поважним| з|із| перерахованих складових.
Рис. 1.2. Заземлений електрод
Докладніше:
Зазвичай|звично| заземлюючий штир виготовляється|чинить| з|із| добре провідного металу (повністю|цілком| мідний штир або з|із| мідним покриттям) і клемою відповідної якості, тому опором штиря і його контакту з|із| провідником можна нехтувати.
Національне бюро стандартизації показало, що опором контакту електроду з|із| ґрунтом можна нехтувати, якщо електрод щільно вбитий і на його поверхні немає фарби|барви|, оливи|мастила| і подібних речовин.
Залишився останній компонент – опір поверхні ґрунту. Можна вважати, що електрод оточений концентричними шарами ґрунту однакової товщини. Ближній|близький| до електроду шар має найменшу поверхню, але|та| найбільший опір. У міру віддалення|віддалення| від електроду поверхня шару збільшується, а його опір зменшується. Кінець кінцем|зрештою|, вклад|внесок| опору віддалених|віддалених| шарів в опір поверхні ґрунту стає незначним. Область, за межами якої опором шарів землі|грунту| можна нехтувати, називається областю ефективного опору. Її розмір залежить від глибини заглиблення електроду в ґрунт.
Теоретично опір землі|грунту| можна визначити загальною|загальною| формулою:
R = ρL/S (Опір = Питомий опір × Довжина / Площа|площа| )
Цей вираз пояснює|тлумачить|, чому зменшується опір концентричних шарів за мірою їх віддалення|віддалення| від електроду:
При обчисленні|підрахунку| опору землі|грунту| питомий опір ґрунту вважають за незмінним, хоча це зрідка зустрічається в практиці. Формули опору землі|грунту| для систем електродів досить складні і при цьому часто|часто| дозволяють обчислювати|вичисляти| опір лише наближено. Найчастіше використовується формула опору заземлення для випадку одного електроду:
(1.1)
де
R – опір заземлення штиря, Ом, L| – глибина заземлення електрода, м, r| – радіус електрода, м, |ρ – середній питомий опір ґрунту, Ом·м.
Вплив розмірів електроду та глибини його заземлення
Вплив розміру: збільшення діаметру штиря зменшує опір заземлення незначно – подвоєння діаметру знижує опір менше, ніж на 10% (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Залежність опору розмірів електроду
Вплив глибини заземлення штиря
Опір заземлення зменшується із|із| збільшенням глибини. Теоретично при подвоєнні глибини опір зменшується на 40%. Стандарт вимагає|пропонує| заземляти штир мінімум на 2,4 м для забезпечення хорошого|доброго| контакту із|із| землею|грунтом| (рис. 1.4). У більшості випадків штир, заземлений на 3 м, задовольняє цим вимогам |.
Мінімальний діаметр сталевого штиря становить 5/8 дюйма (1,59 см), а мідного або покритого міддю сталевого штиря – становить 1/2 дюйми (1,27 см). На практиці мінімальний діаметр 3 м штиря заземлення становить:
1/2 дюйма (1,27 см) для звичайного|звичного| ґрунту;
5/8 дюйма (1,59см|) для сирого ґрунту;
3/4 дюйма (1,91 см) для твердого ґрунту або для штиря довшого 3 метрів.
Вплив питомого опору ґрунту на опір заземлення електроду
Наведена вище формула показує, що опір заземлення залежить не лише|не тільки| від глибини і площі|площі| поверхні електроду, але і від питомого опору ґрунту. Воно є|з'являється| основним|чільним| чинником|фактором|, який визначає опір заземлення і глибину заземлення штиря, необхідну для забезпечення малого опору. Питомий опір ґрунту сильно змінюється залежно від району земної кулі і пори року. Він значною мірою|значною мірою| залежить від вмісту в ґрунті електропровідних мінералів і електролітів у вигляді води з|із| розчиненими в ній солями|соль|. Сухий ґрунт, що не містить|утримує| розчинних солей|соль|, має високий опір (табл. 1.1).
Рис. 1.4. Опір заземлення у вигляді електрода залежно від глибини його заземлення
Таблиця 1.1
Ґрунти |
Питомий опір, Ом·м |
||
Мін. |
Середн. |
Макс. |
|
Зольні ґрунти, шлаки, засолені ґрунти, пустинні |
5,90 |
23,70 |
70 |
Глини, глинисті сланці, мулиста, суглинок |
3,40 |
40,60 |
160 |
Ті ж з піском або гравієм |
10,20 |
158 |
1350 |
Гравій, пісок, камені з невеликою кількістю глини або суглинку |
590 |
940 |
4580 |
Чинники|фактори|, що впливають на питомий опір ґрунту
Два типи ґрунту в сухому вигляді|виді| можуть стати фактично ізоляторами з|із| питомим опором понад 1,09 Ом·м. Як видно з табл. 1.2, опір зразка|взірця| ґрунту змінюється досить|дуже| швидко при збільшенні вмісту|змісту| вологи в ній приблизно до 20%.
Таблиця 1.2
Вміст вологи % |
Питомий опір, Ом·м |
|
Земля |
Піщаний суглинок |
|
0 |
>1,09 |
>1,09 |
2,5 |
2500 |
1500 |
5 |
1650 |
430 |
10 |
530 |
185 |
15 |
190 |
105 |
20 |
120 |
63 |
30 |
64 |
42 |
Питомий опір ґрунту, також, залежить від температури. Табл. 1.3 показує, як змінюється питомий опір піщаного суглинку з|із| вмістом|змістом| вологи 12,5% при зміні температури від +20 до -15°С. Як можна бачити, питомий опір змінюється від 72 до 3300 Ом·м.
Таблиця 1.3
Температура, °С |
Питомий опір, Ом·м |
20 |
72 |
10 |
99 |
0 (вода) |
138 |
0 (лід) |
300 |
-5 |
790 |
-15 |
3300 |
Оскільки питомий опір ґрунту сильно залежить від температури і вмісту|змісту| вологи, розумно вважати|лічити|, що опір пристрою|устрою| заземлення залежатиме від пори року. Такі зміни показані на рис. 1.5. Оскільки стабільність температури ґрунту і вмісту в ній вологи покращується|поліпшується| у міру віддалення|віддалення| від поверхні, то система заземлення буде ефективна у будь-який час, якщо штир вбитий на значну глибину. Відмінні результати виходять, коли штир досягає рівня води.
Рис. 1.5. Сезонні зміни опору заземлення водопровідної труби діаметром 3/4 дюйми в кам’янистому ґрунті.
Крива 1 – заглиблення труби 1,5 метри, Крива 2 – 3 метри.
В деяких випадках питомий опір ґрунту настільки високий, що для отримання|здобуття| низького опору заземлення потрібна складна система|устрій| і значні витрати|затрати|. У цих випадках більш економічно використовувати заземлений штир невеликих розмірів і знижувати опір заземлення, періодично підвищуючи вміст розчинних речовин в ґрунті довкола|навколо| електроду. Табл. 1.4 показує істотне|суттєве| зменшення опору піщаного суглинку при збільшенні вмісту в ньому солі|соль|.
Таблиця 1.4
Вплив вмісту солі в ґрунті на його питомий опір (піщаний суглинок, вміст води 15% від ваги, температура 17°С) |
|
Кількість доданої солі (% від ваги води) |
Питомий опір, Ом·м |
0 0,1 1,0 5 10 20 |
107 18 4,60 1,90 1,30 1,20 |
У табл. 1.5 показана залежність питомого опору ґрунту, просоченого розчином солі|соль|, від температури. Звичайно, якщо використовується просочення ґрунту соляним розчином, штир заземлення має бути захищений від хімічної корозії.
Таблиця 1.5
Вплив температури на питомий опір ґрунту, що містить сіль (пісчаний суглинок, 20% води, 5% солі від ваги води) |
|
Температура °С |
Питомий опір, Ом·м |
20 10 0 - 5 - 13 |
1,10 1,42 1,90 3,12 14,40 |
Вплив глибини заземлення електрода на опір заземлення
Щоб|аби| допомогти інженерові приблизно визначити глибину заглиблення електроду, необхідну для отримання|здобуття| заданого опору пристрою|устрою| заземлення, можна скористатися так званою номограмою заземлення (рис. 1.6). Вона показує, що для отримання|здобуття| опору заземлення 20 Ом у ґрунті з|із| питомим опором 100 Ом·м, слід заглибити на 6 метрів штир діаметром 5/8 дюймів.
Робота з|із| номограмою заземлення
Виберіть необхідний опір за шкалою R.
Відзначте на шкалі Р точку питомого опору ґрунту.
Проведіть пряму лінію через точки|точки| на шкалі R і Р до шкали K.
Відзначте точку|точку| на шкалі K.
Виберіть діаметр штиря і проведіть пряму лінію до шкали L через точки|точки| на шкалі D| і на шкалі K.
Перетин цієї прямої з|із| лінією шкали L покаже величину заглиблення штиря, необхідну для того, щоб забезпечити вибраний попередньо опір заземлення.
Рис. 1.6. Номограма заземлення
Значення опору заземлення
Встановлено, що опір заземлення не повинен перевищувати 25 Ом. Ця директива є|з'являється| верхньою межею|межею| і у багатьох випадках потрібне набагато менше значення.
Якщо| один електрод у вигляді штиря, труби або пластини не забезпечує опір рівний або менший, ніж 25 Ом, то необхідно застосувати додатково будь-який з пристроїв, вказаних в нормативних документах|устроїв|. Де б не встановлювалася група штирів, труб або пластин, відстань між ними повинна бути не меншою за 1,8 м.
Виникає запитання: “Наскільки низьким має бути значення опору заземлення?” Важко назвати|накликати| конкретну кількість Ом. Низький опір заземлення забезпечує кращий захист персоналу і устаткування|обладнання|. Тому варто прагнути зробити його менше одного Ом. Проте|однак|, було б непрактично| прагнути такого низького значення опору по всій мережі|сіті| розподілу і передачі електроенергії або на малих підстанціях. У деяких регіонах можна отримати без значних зусиль значення 5 Ом. В інших – важко досягти і 100 Ом опору заземлення.
Стандарти, прийняті в промисловості, встановлюють, що підстанція, яка передає електроенергію, повинна забезпечувати опір заземлення, що не перевищує одного Ом. Для підстанцій, що розподіляють електроенергію, рекомендується опір заземлення не вище 5 і навіть 1 Ом. На більшості підстанцій необхідне значення опору може забезпечити система заземлення у вигляді грат.
У мережах|сітях| електроосвітлення або на вузлах зв’язку часто прийнятним|допустиме| значенням вважається 5 Ом. Якщо в мережах|сітях| електроосвітлення застосовується громовідвід, то він повинен під’єднуватися до кола|цепу| заземлення з|із| опором не більше одного Ома.
Саме таке значення опору заземлення, що випливає з|із| теорії, зазвичай|звично| і застосовуються на практиці. Проте|однак| завжди існують випадки, коли дуже важко забезпечити опір заземлення, що задовольняє стандартам безпеки. Для цих випадків існує декілька методів зменшення опору заземлення. У їх числі система з|із| паралельно з’єднаних|з'єднаних| електродів, система з|із| глибоким заземленням складених|складових| електродів і хімічна обробка ґрунту. Окрім того, в інших публікаціях обговорюється заземлення у вигляді закопаних пластин, провідників (електрична противага), у вигляді під’єднання до сталевих конструкцій будівель і арматури залізобетонних конструкцій.
Низький опір заземлення може забезпечити під’єднання до труб систем водо-| і газопостачання. Проте|однак|, застосування|застосування| з недавнього| часу неметалічних труб і непровідних| стиків між трубами зробили проблематичним або зовсім неможливим забезпечити в цьому випадку низький опір заземлення.
Для вимірювання|вимірювання| опору заземлення потрібні спеціальні прилади. Більшість з|із| них використовують принцип падіння потенціалу, створеного змінним струмом,|током| що протікає між допоміжним електродом, який перевіряється. Вимірювання|вимірювання| проводиться в омах і показує опір між заземленим електродом і землею|грунтом|, що оточує його. У переліку приладів, що застосовують, недавно|нещодавно| з’явилися|появлялися| вимірники опору заземлення, кліщі струму|току|.