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, структуры, влажности).

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

Таблица 3

Ф ормулы для расчета сопротивления одиночных заземлителей, размещенных в однородном грунте

В этих формулах ρ -расчетное удельное сопротивление грунта:

ρ=ρ_гр • ψ , (2)

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

Таблица 4

Приближенные значения удельных сопротивлений

Грунт, вода	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, 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, табл. 6,7.

Таблица 6

Коэффициенты использования η_в вертикальных электродов без учета влияния соединительной полосы и их количества ņ

	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
a/l	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 такого 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 простых групповых заземлителей производится 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 из 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 взаимоэкранированием вертикальных электродов возникает экранирование между горизонтальными и вертикальными составляющими, результирующее сопротивление растеканию группового заземлителя находят с учетом коэффициента использования горизонтальной соединительной полосы ή_г (см табл.7).

6. Сравнить вычисленное по формуле 3 значение R_гр с допустимой величиной R_доп. Если R_гр << R_доп , 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 должен быть источник питания U_N рис.2 переменного тока для исключения погрешностей измерения, обусловленных электролизом грунтовых вод при протекании постоянного тока.

Рис 2. Схема измерения сопротивления заземления компенсационным методом

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

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.

Д ля 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 устройства заземлителя 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 , в котором 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 R₁

Так как I₁ = I₂ , то R_зу = R₁

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.