Таблица 13.1

Признаки климатических зон для определения коэффициента

сезонности

ПРИМЕЧАНИЕ: Земля считается повышенной влажности, если измерению ее сопротивления предшествовало выпадение большого количества (свыше нормы) осадков (дождей); нормальной (средней) влажности - если измерению предшествовало выпадение близкое к норме осадков; малой влажности - если земля сухая, количество осадков в предшествующий измерению период было ниже нормы.

Защитное заземление

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землёй или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциала и т.п.).

Замыкание на корпус − случайное электрическое соединение токоведущих частей с металлическими нетоковедущими частями электроустановки.

Назначение защитного заземления − устранение опасности поражения электрическим током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением.

165

Заземлители безопасности могут состоять из двух частей: искусственной и естественной. Естественный заземлитель – сторонняя проводящая часть, находящаяся в электрическом контакте с землёй непосредственно или через промежуточную проводящую среду, используемая для целей заземления. Естественными заземлителями служат трубы, опоры, фундамент и т.д. Искусственные заземлители выполняются из электродов, заглубленных в грунт.

По условиям безопасности обслуживающего персонала заземление должно обладать сравнительно малым сопротивлением, обеспечить которое можно путем увеличения геометрических размеров одиночного заземлителя (электрода) или применением нескольких параллельно соединенных горизонтальными полосами электродов, именуемых групповым заземлителем.

Используя групповой заземлитель, можно выровнять потенциал на территории, где размещаются заземляющие электроды, что в ряде случаев играет решающую роль в обеспечении безопасности обслуживающего персонала.

Распределение потенциала на поверхности земли при использовании группового заземлителя и значение потенциала самого группового заземлителя (электродов) зависит от количества используемых электродов, их формы и размеров, а также от расстояния между электродами.

При выполнении заземлителей нужно чтобы его сопротивление было не выше нормированной величины, и в тоже время его конструкция была экономически рациональной. Снижение стоимости заземлителя можно получить учитывая при расчёте многослойность земли со слоями разной проводимости. Такой учёт позволяет выполнить расчёт заземлителя с более высокой точностью по сравнению с расчётом, выполненным при предположении однородности грунта. Повышение точности расчёта приводит к снижению стоимости заземлителя.

Сопротивление растекания тока заземлителей зависит от конструктивных особенностей его выполнения: длины и диаметра электродов, их числа и расстояния между ними. При достаточно близком расположении вертикальных электродов друг от друга начинает проявляться эффект их взаимного экранирования, в результате чего результирующее сопротивление группового заземлителя повышается по сравнению с заземлителем такой же конструкции (те же длина, диаметр и количество электродов), но электроды которого расположены на большем расстоянии. Значения коэффициента использования определяются в частях 2 и 3 лабораторной работы.

166

Расчёт заземлителя

Рассчитать заземление это значит определить необходимое количество вертикальных электродов, при котором сопротивление растекания тока заземлителя будет равно нормированной величине.

Исходными данными являются: нормированное значение сопротивления растекания тока, удельное сопротивление слоев грунта и глубина верхнего слоя, полученные по табличным данным, исходя из климатических характеристик местности, где будет располагаться заземлитель, а так же коэффициента взаимного экранирования.

Сопротивление заземлителя, состоящего из одного вертикального

где L – длина электрода, м.d – диаметр электрода, м.

экв - эквивалентное удельное сопротивление земли, Ом м.

2 - удельное сопротивление нижнего слоя, Ом м. Н – глубина верхнего слоя, м.

t – глубина залегания электрода, м

Обычно заземлители устанавливают на некоторой глубине под поверхностью земли с целью снижения влияния сезонных изменений в грунте. Обычно эта глубина равна 0.5-0.8 метрам.

Если заземлитель состоит из n вертикальных электродов, то его

где n – количество вертикальных электродов

R – сопротивление одного отдельно взятого электрода, Ом. ɳ – коэффициент использования.

Коэффициент использования показывает, как влияют друг на друга токи растекания с одиночных заземлителей при различном расположении последних. При соединении параллельно, токи растекания одиночных заземлителей оказывают взаимное влияние друг на друга, поэтому чем

167

ближе расположены друг к другу заземляющие стержни, тем общее

сопротивление заземляющего контура больше.

Это явление учитывается коэффициентом использования вертикальных заземлителей, величина которого зависит от типа и количества одиночных заземлителей, их геометрических размеров и взаимного расположения в грунте.

Значение коэффициента использования зависит от расстояния между соседними электродами и их числа. С увеличением расстояния уменьшается взаимодействия полей единичных заземлителей и ɳ возрастает; при расстоянии больше 40 м проводимость заземлителей используется полностью и ɳ =1. Как правило, при расчёте заземлителей определение коэффициента использования расчётным путем оказывается сложным. Поэтом при расчёте заземляющих устройств значения ɳ берутся из таблиц и кривых, составленных на основании опытов (табличные значения).

Так как все вертикальные электроды соединены горизонтальной шиной, то она также вносит свой вклад в общее сопротивление заземлителя, снижая его. Сопротивление одной горизонтальной

где l – длина соединительной полосы, м b – ширина полосы, м

Суммарное сопротивление группового заземлителя рассчитывается

Работа выполняется на компьютере в программе, интерфейс которой показан на рис.13.2.

168

Рис.13.2. Меню выбора варианта

Перед тем как приступить к выполнению работы студент должен выбрать номер варианта задания, соответствующий номеру бригады. Для того что бы приступить к выполнению работы нажмите кнопку «1 часть».

1 часть. Измерение удельного сопротивления грунта

Интерфейс 1 части работы показан на рис.13.3.

Рис.13.3. Интерфейс 1 части работы

В программе имитируется погружение в землю контрольного зонда (электрода) заданного размера для измерения его сопротивления.

Измерение сопротивления производится методом вольтметраамперметра. Они схематически показаны на интерфейсе программы и

169

включены в схему измерения, в которой контрольный зонд изображен по центру. В левой нижней части размещены таблицы с данными по зонду и грунту, а также измеренными напряжениями и током.

В правой части находятся сопротивление зонда и удельное сопротивление грунта, которые автоматически рассчитываются из полученных во время эксперимента средних значений тока и напряжения. Удельное сопротивление верхнего слоя грунта подверженного сезонным изменения рассчитывается после подстановки соответствующего

варианту задания значения коэффициента сезонности в соответствующее окошко.

2 часть. Получение зависимости значения коэффициента использования от расстояния между электродами

Интерфейс 2 части работы показан на рис.13.4.

Рис.13.4. Интерфейс 2 части работы

В программе имитируется измерение сопротивления группового заземлителя, состоящего из 2 вертикальных электродов размером 5 или 10 метров при различных расстояниях между ними. Данный заземлитель схематически показан на интерфейсе программы. Переключение между электродами разной длины производится путем выбора соответствующего параметра в нижней части интерфейса. Результаты измерений выводятся в таблице в правой части интерфейса.

3 часть. Получение зависимости значения коэффициента использования от количества электродов

170

Интерфейс 3 части работы показан на рис.13.5.

В 3 части работы схематически представлены групповые заземлители, состоящие из 4 и 6 электродов. Переключение между заземлителями, измерение сопротивления и отображение результатов измерений производится также как и в части 2 лабораторной работы.

Рис. 13.5. Интерфейс 3 части работы

4 часть. Измерение сопротивления заземлителя

Интерфейс 4 части работы показан на рис.13.6.

В программе имитируется измерение сопротивления группового заземлителя методом вольтметра-амперметра. В таблице в левой части интерфейса приводятся конструктивные параметры заземлителя, а также параметры грунта. В правой части находится таблица, в которую заносятся результаты измерений напряжения и тока.

171

Рис. 13.6. Интерфейс 4 части работы

Порядок проведения работы 1 часть. Измерение удельного сопротивления грунта

1)Выбрать вариант задания, соответствующий номеру бригады. Для выполнения первой части работы нажать кнопку «1 часть».

2)Нажатием кнопки «Измерение напряжения и тока» произвести 5 измерений. Результаты занести в таблицу 13.3.

3)По результатам измерений программа высчитает сопротивление зонда и измеренное удельное сопротивление земли. В соответствии с заданием и таблицей 13.2 подобрать нужный коэффициент

сезонности и занести его в соответствующее окошко. Заполнить таблицу 13.4 в соответствии с полученными расчётными данными.

4) Для перехода к следующей части работы нажать кнопку «2 часть».

2 часть. Получение зависимости коэффициента использования от расстояния между электродами

1)Снять зависимость сопротивления группового заземлителя от

172