2. Расчетная часть

Расчет защитного заземления имеет целью определить основные параметры заземления – число, размеры и размещение вертикальных электродов, а также длину горизонтальных соединительных электродов.

При расчетах искусственных заземляющих устройств (ЗУ) необходимо иметь в виду, что электрические параметры заземлителей зависят как от конструктивных характеристик ЗУ, так и от электрофизических свойств земли (удельного сопротивления грунта, структуры, влажности).

Сопротивление растеканию простейших одиночных заземлителей, расположенных в однородном грунте, определяется по формулам, приведенным в табл. 3.

Таблица 3

Формулы для расчета сопротивления одиночных заземлителей, размещенных в однородном грунте

В этих формулах ρ -расчетное удельное сопротивление грунта:

ρ=ρ_гр • ψ , (2)

где: ρ_гр - удельное сопротивление грунта, приближенные значения которых представлены в табл.4;

Таблица 4

Приближенные значения удельных сопротивлений

Грунт	Возможные пределы	При влажности
	колебаний, ρгр Ом • м	10—20%, Ом - м
Глина	8—70	40
Суглинок	40—150	100
Песок	400—700	700
Супесь	150—400	300
Торф	10—30	20
Чернозем	9—53	20
Каменистый	500—800	-
Скалистый	104-107	-

- ψ коэффициент сезонности, учитывающий изменение удельного сопротивления в течении года, из-за промерзания или высыхания земли, табл.5.

Таблица 5

Признаки климатических зон и их коэффициенты сезонности

Сопротивление растеканию одиночных заземлителей, как правило, больше допустимых значений, установленных ПУЭ. Поэтому применяют параллельное соединение одиночных заземлителей, получается так называемый групповой заземлитель. Такие заземлители состоят из нескольких, а иногда из весьма большого числа электродов (труб, уголков, стержней и полос), а расстояния между электродами из-за ограниченной площади заземлителя выбирается соизмеримыми с размерами электродов. Вследствие этого происходит взаимное экранирование электрических полей токов стекающих с элементов заземлителя, что приводит к увеличению сопротивления растеканию. Степень взаимного экранирования учитывается коэффициентами использования электродов, приведенных в табл. 6,7.

Таблица 6

Коэффициенты использования η_в вертикальных электродов без учета влияния соединительной полосы

	При размещении		в ряд	При размещении по
				по контуру
а/1	ηв*ņ	ņ	ηв	ηв*ņ	ņ	ηв
	1, 70	2	0, 85	2, 76	4	0, 69
	2, 34	3	0, 78	3, 66	6	0, 61
	2, 92	4	0, 73	5, 50	10	0, 55
	3, 50	5	0, 70	9, 40	20	0, 47
1	3, 90	6	0, 65	16, 40	40	0, 41
	5, 90	10	0, 59	23, 40	60	0, 39
	8, 10	15	0, 54	36, 00	100	0, 36
	9, 60	20	0, 48	м	-	-
	1, 82	2	0, 91	3, 12	4	0, 78
	2, 61	3	0, 87	4, 38	6	0, 73
	3, 32	4	0, 83	6, 80	10	0, 68
	4, 05	5	0, 81	12, 60	20	0, 63
2	4, 62	6	0, 77	23, 20	40	0, 58
	7, 40	10	0, 74	33, 00	60	0, 55
	10, 50	15	0, 70	52, 00	100	0, 52
	13, 40	20	0, 67	-	-	-
	1, 88	2	0, 94	3, 4	4	0, 85
	2, 73	3	0, 91	4, 8	6	0, 80
	3, 56	4	0, 89	7, 6	10	0, 76
	4, 35	5	0, 87	14, 2	20	0, 71
3	5, 10	6	0, 85	26, 4	40	0, 66
	8, 10	10	0, 81	38, 4	60	0, 64
	11, 70	15	0, 78	62, 0	100	0, 62
	15, 20	20	0, 76	-	-	-

Таблица 7

Коэффициенты использования η_г горизонтальной соединительной полосы

Число вертикальных заземлителей (электродов)	Заземлители (электроды) расположены в ряд			Заземлители (электроды) расположены по контуру
ń	a/l=1	a/l=2	a/l=3	a/l=1	a/l =2	a/l =3
2	0, 85	0, 94	0, 96	-	-	-
4	0, 77	0, 89	0, 96	0, 45	0, 55	0, 70
6	0, 72	0, 84	0, 88	0, 40	0, 48	0, 64
8	0, 67	0, 79	0, 85	0, 36	0, 43	0, 60
10	0, 62	0, 75	0, 82	0, 34	0, 40	0, 56
20	0, 42	0, 56	0, 68	0, 27	0, 32	0, 45
30	0, 31	0, 46	0, 58	0, 24	0, 30	0, 41
40	-	-	-	0, 22	0, 29	0, 39
50	0, 21	0, 36	0, 49	0, 21	0, 28	0, 37
60	-	-	-	0, 20	0, 27	0, 36
70	-	-	-	0, 20	0, 26	0, 35
100	-	-	-	0, 19	0, 23	0, 33

Тогда сопротивление растеканию группового заземлителя R_гр можно найти:

, (3)

где: R_в , R_г - сопротивления растеканию вертикального и горизонтального заземлителей (см.табл.3)

ή_в ,ή_г -коэффициенты использования вертикальных и горизонтальных заземлителей (см. табл.6, табл.7)

n- количество вертикальных электродов.

Расчет группового заземлителя проводится в следующей последовательности:

1. Задаются исходные данные: характеристика электроустановки и питающей сети (Рабочее напряжение, расчетный ток замыкания на землю, мощность питающих трансформаторов или генераторов); формы и размеры электродов, из которых намечено сооружение группового заземлителя, а также глубина погружения их в землю; план размещения заземлителей; данные по удельному сопротивлению грунта.

2. На основании исходных данных электроустановки и в соответствии с требованиями ПУЭ определяется допустимое сопротивление растеканию заземляющего устройства R_доп .

3. По формулам приведенным в табл.3, вычисляется сопротивление растеканию одиночного вертикального заземлителя R_в . при этом значения ρ грунта и коэффициента сезонности ψ , необходимые для определения расчетного удельного сопротивления грунта ρ=ρ_грун ψ , берутся по табл. 4 и табл.5.

4. Необходимое количество вертикальных электродов, можно было бы найти из выражения:

. Однако коэффициент экранирования ή_в определяется количеством вертикальных электродов, которое неизвестно. Поэтому следует найти отношение R_в/ R_доп равное произведению n_*ή_в и по этому значению по табл. 6. используя линейную апроксимацию найти значение n.

5. По формулам, приведенным в табл.3 вычисляется сопротивление растеканию горизонтальной соединительной полосы R_г. При этом длина полосы принимается:

L=1,05an - для заземлителей, расположенных по контуру;

L=1,05a(n -1) - для заземлителей, расположенных в ряд, где а – расстояние между вертикальными электродами, м

Поскольку наряду с экранированием вертикальных электродов возникает также экранирование между горизонтальными полосами и вертикальными электродами, результирующее сопротивление растеканию группового заземлителя находят с учетом коэффициента использования горизонтальной соединительной полосы ή_г (см табл.7).

6.Далее необходимо сравнить вычисленное по формуле 3 значение R_гр с допустимой величиной R_доп. Если R_гр << R_доп,,то необходимо выполнить корректировку расчета путем уменьшения числа n.

После монтажа и далее при планово предупредительных ремонтах электроустановок, а для воздушных линий (ВЛ) до 1000В не реже 1 раз в 6 лет и 12 лет для ВЛ выше 1000В проводят измерение сопротивления заземляющего устройства. Испытания следует проводить в периоды наименьшей проводимости грунта. Проверку оформляют актом и результаты записывают в технический паспорт заземляющего устройства, в котором приведены данные о его конструктивном использовании.

Измерение сопротивления заземляющего устройства проводятся, как правило, специально предназначенными для этих целей приборами- в дальнейшем измеритель заземления.

Общим принципом измерения электрического сопротивления является измерение тока, протекающего через измеряемое сопротивление и напряжения на нем. Тогда искомое сопротивление можно найти по закону Ома – поделив напряжение на ток. Для этого в измерители заземления имеется источник питания U, который для исключения погрешности измерения, обусловленных электролизом грунтовых вод при протекании постоянного тока, выполнен в виде источника переменного тока.

Для создания цепи тока кроме самого заземляющего устройства необходимо иметь вспомогательный электрод R_всп.,а также еще один электрод для измерения напряжения на заземляющем устройстве, так называемый зонд R_z/

Схема подключения указанных сопротивлений к измерителю заземления приведена на рис.2.

Зажимы 1-2-3-4 соответствует прибору М416, а Т –П1-Т2-П2 прибору Ф4103-М1. Следует заметить, что прибор измеряет сопротивление, подключённое к зажимам 1-2 или Т1-П1

соответствующего прибора.

В качестве вспомогательного электрода и зонда применяются стальные, неокрашенные стержни диаметром 0,01-0,02 м (10-20 мм), длиной 0,8-1 м. Стержни забивают в грунт на глубину не менее 0,5 м.

Рис 2. Схема измерения сопротивления заземления.

Для исключения взаимного влияния электрических полей токов стекающих с заземляющего устройства, вспомогательного электрода и зонда, определяющие точность измерений, расстояние между указанными элементами принимают в зависимости от размеров заземляющего устройства, рис.3.

Рис.3. Варианты размещения заземлителя, вспомогательного электрода и зонда

Измерители заземления отличаются способом измерения указанных выше значений.

В приборе Ф4103-М1 используют генератор измерительного тока, величина которого не зависит от сопротивлений заземляющего устройства и вспомогательного электрода. Поэтому показания измерительного вольтметра пропорциональны сопротивлению заземляющего устройства.

В приборе М416 с помощью трансформатора тока создаются равные по величине токи в цепи «заземляющее устройство - вспомогательный электрод» и цепи «калиброванного сопротивления» с подвижным контактом К, к которому подключен индикатор, рис.4.

Рис.4. Схема измерения сопротивления заземления компенсационным методом

Передвигая подвижный контакт К, добиваются нулевого показания индикатора (мкА). Что соответствует условию:

I₁ R_зу = I₂ r_1, а так как I₁ = I₂ , то R_зу = r_1.

Так как I₁ = I₂ , то R_зу = r_1.

Конструктивно приборы размещены в пластмассовом корпусе, на лицевой панели расположены рукоятки переключения пределов измерения, калибровки, включения-выключения прибора, а также четыре зажима для подключения к ним заземляющего устройства, зонда и вспомогательного электрода.