Электрические характеристики заземлителей

Основными характеристиками заземлителя являются его потенциал относительно земли, сопротивление и кривая распределения потенциалов на поверхности земли в зоне растекания тока вокруг заземлителя . Эти харак­теристики определяют значения напряжений прикосновения и шага.

Рассмотрим методику определения характеристик тео­ретически на примере одиночного полусферического за­землителя, с которого стекает ток I_з на землю равно­мерно по всем направлениям (рис . 13) . Ток создает в земле электрическое поле, напряженность которого Е, в любой точке на расстоянии х равна:

,

где  - удельное сопротивление грунта, Ом*м;

_х - плотность тока растекания в земле, А/м²

r - радиус заземлителя.

Падение напряжения dU на участке земли dx равно:

dU = Е_х * dx. Тогда потенциал _х в любой точке х будет равен:

,а после интегрирования

Из анализа (х) следует:

- при х   , _x  0 (зоной нулевого потенциала называется участок земли, где _x малозаметен) ;

- при х  0, _x макс., т. е. _x = _з .

Рис.13. Зависимость потенциала (х) в зоне растекания тока от расстояния х

Напряжением заземлителя называют падение напряже­ния на сопротивление земли между заземлителем и зо­ной нулевого потенциала

U_з = _з – 0 =

Сопротивлением заземлителя является сопротивление земли возле заземлителя. Для полусферического заэем-лителя

R_з = U_з / I_h =

Сопротивление R_з зависит от р грунта, формы зазем­лителя и его размеров.

Удельное сопротивление грунта р измеряют на мес­те сооружения заземлителей.

Приближенные значения удельных сопротивлений различных видов грунта следующие [5]:

Вода, грунт р, Ом м

Морская вода 0,2 - 1

Речная вода 10 - 100

Глина 8 - 70

Суглинок 40 - 150

Песок 400 - 700

Для искусственных заземлителей применяют верти­кальные и горизонтальные проводники. Вертикальные вы­полняют из стальных труб, уголков, а горизонтальные -из полосовой стали и стали круглого сечения. По кон­струкции подразделяют заземлители на одиночные и сложные (групповые). Рассчетные формулы для таких за­землителей приведены в справочной литературе [5,6].

Примеры конструкций заземлителей, расположенных в однородном грунте:

1) вертикальный проводник в виде стальной трубы (длина 1 = 2,5 - 3 м, диаметр

d = 5 – 6 см и более)

R_в.о. = ()*ln(41/d)

2) горизонтальный проводник в виде стальной поло­сы, расположенной в траншее глубиной t = 0,7 - 0,8 м (L и Ь - длина и полосы ширина)

R_г.о. = ()*ln(2L²/b*t)

3)

a) б)

Рис.14. Групповой заземлитель с вертикальными роводниками: а-контур, б-сетка

Сопротивление такого заземлителя равно:

, где S - площадь заземлителя; l - длина вертикального проводника , n - число вертикальных проводников; L -общая длина горизонтальных полос; t - глубина их за­ложения в землю.

4)

4)

Рис.15.Вертикальные проводники без связи в земле

Сопротивление такого заземлителя равно:

где R_.в.о.- сопротивление одиночного вертикального проводника, находящегося в земле; n - число проводни­ков, - коэффициент использования проводников, учитывает явление взаимного экранирования по­лей при растекании тока с проводников.

5)

Рис. 16. Полоса с вертикальными проводниками

Сопротивление заэемлителя :

R_г.р= R_в.о * R_г.о / (R_в.о* + R_г.о*_в * n)

где : R_в.о , R_г.о- сопротивление одиночных вертикального и горизонтального заземлителя; n - число вертикальных проводников;  - коэффициенты использования заземлителей, находятся из таблиц [6].