1.2 Расчёт и испытание защитного заземления

Заземлитель – проводник (электрод) или совокупность металлически соединенных между собой проводников (электродов), находящихся в соприкосновении с землей.

Заземляющий проводник – проводник, соединяющий заземляемые части с заземлителем.

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

В электроустановках напряжением выше 1 кВ сети с эффективно заземлённой нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 0,5 Ом; с изолированной нейтралью не более 10 Ом.

В электроустановках напряжением до 1 кВ с глухозаземлённой нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трёхфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока; с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом, а при мощности генераторов и трансформаторов 100 кВА и менее заземляющие устройства могут иметь сопротивление не более 10 Ом [1].

На сопротивление заземляющего устройства в значительной мере влияет удельное сопротивление грунта ρ, которое меняется в широких пределах и зависит, в свою очередь, от многих факторов, в том числе от рода грунта, его влажности, дисперсности, а также от времени года. Поэтому при проектировании заземляющего устройства необходимо предварительно замерить ρ земли на месте сооружения заземлителя.

Для заземления электроустановок, в первую очередь, должны быть использованы естественные заземлители, в качестве которых используются электропроводящие части строительных и производственных конструкций и коммуникаций. Для искусственных заземлителей следует применять сталь.

Для заземления стационарных электроустановок наибольшее распространение получили групповые искусственные заземлители, размещенные в земле на определенной глубине. Они представляют собой систему вертикальных электродов, параллельно соединенных между собой горизонтальным проводником связи. Вертикальные электроды располагают в ряд или по контуру. Расстояние между электродами (если позволяют размеры отведенной под заземлитель площадки) рекомендуется брать не менее 2,5 метра.

При использовании заземлителей круглого сечения сопротивление одного из них:

, Ом, (1)

где ρ – удельное сопротивление грунта;

К – поправочный коэффициент;

l – длина заземлителя, м;

d – диаметр заземлителя, м;

t₀ - расстояние от поверхности земли до середины заземлителя

, м (2)

где t - глубина заложения в землю верхней части вертикального заземлителя, м.

Поправочный коэффициент учитывает конфигурацию устройства, климатические условия и состояние почвы. Поправочные коэффициенты для средней полосы СНГ приведены в [3], в других районах СНГ коэффициенты утверждаются местными органами энергетического надзора. Для каждого конкретного заземлителя из таблицы берут значение поправочного коэффициента, который по отношению к рассматриваемому является наиболее подходящим по типу и размерам. К₁ – соответствует влажному грунту или моменту, которому предшествовало выпадение большого количества осадков; К₂ – грунту средней влажности или моменту, которому предшествовало выпадение небольшого количества осадков; К₃ – сухому грунту или моменту, которому предшествовало выпадение незначительного количества осадков.

Таблица 1 – Поправочный коэффициент к значению сопротивления заземлителя для средней полосы СНГ при t = 0,7…0,8 м

Заземлитель		К1	К2	К3
Тип	Длина, ℓ м
Одиночный вертикальный заземлитель	2,5	2,0	1,75	1,50
	3,5	1,60	1,40	1,30
	5,0	1,30	1,23	1,15
Горизонтальная полоса	L = 5	4,3	3,6	2,9
	L= 20	3,6	3,0	2,5

Ориентировочно количество вертикальных заземлителей с некоторым избытком определяется следующим образом. Предварительно вычисляется произведение

, (3)

где _n – коэффициент использования вертикальных электродов;

n – количество вертикальных электродов;

R_доп – наибольшее допустимое сопротивление заземляющего устройства.

Затем определяют количество вертикальных электродов (табл.2). Не указанные в таблице значений n находят методом интерполяции. Полученные значения округляют в меньшую сторону до целых чисел.

Таблица 2 - Коэффициенты использования η_в вертикальных электродов без учета влияния полосы связи, их количество n и коэффициент использования η_г горизонтального полосового электрода, соединяющего вертикальные электроды, при а/ℓ = 1

η в n	n	η в	η г
При размещении в ряд
1,70	2	0,85	0,85
При размещении по контуру
2,76	4	0,69	0,45
3,66	6	0,61	0,4
5,50	10	0,55	0,34

С учётом схемы размещения заземлителя в грунте находится длина горизонтального проводника связи:

при расположении электродов в ряд

, м (4)

где а - расстояние между электродами, м;

при расположении электродов по контуру

, м (5)

Сопротивление горизонтального проводника связи в виде стальной полосы, соединяющей верхние концы вертикальных электродов

, Ом (6)

где К – поправочный коэффициент для горизонтальных электродов (табл. 2);

b₂ – ширина стальных полос, м.