3.1.2 Метод розрахунку захисного заземлення
В установках змінного струму, в цілях економії затрат використовують натуральні заземлювачі. До натуральних заземлювачів належать:
прокладені в землі водопровідні труби та інші металеві трубопроводи, за винятком трубопроводів легкозаймистих рідин, займистих чи вибухонебезпечних газів;
металеві і залізобетонні конструкції будівлі і споруди, які мають надійне з'єднання з землею;
обсадні труби різноманітного призначення;
металеві оболонки кабелю, прокладеного в землі і т.д.
Штучними заземлювачами являються металеві електроди, спеціально призначені для здійснення заземлення, які закладаються в землю.
Заземлювачі складаються зазвичай із заземлюючих труб чи кутників, розміщених в ґрунті вертикально, смуг, об'єднуючих вертикальне заземлення, заземлюючих шин і проводів для підключення об'єктів.
В залежності від розміщення заземлювачів відносно обслуговуваних установок заземлюючі пристрої поділяються на два типи – контурне і рядне (рис.3.1). Найбільш вживана кутова сталь або стальні газопровідні труби довжиною 2-3 м, з товщиною стінок 2,5 - 3,5 мм.
Часто для зменшення коливання величин опору заземлювачів, пов'язаних зі змінами зовнішніх кліматичних умов, вони розміщуються нижче рівня землі на 0,5-1 м (зазвичай приблизно 0,7 м).
Опір заземлювачів залежить від властивостей і стану ґрунту, в якому вони знаходяться.
Електричні властивості ґрунту характеризуються величиною його питомого опору ρ, Ом см, який залежить від ґрунту і коефіцієнту сезонності, який залежить від середньої багаторічної температури і кількості опадів в даній місцевості.
Опір розтіканню струму заземлювачів залежить від типу розмірів останніх. Розрахункові формули для визначення опору різних типів заземлювачів приведені в таблиці 3.1. (Довідкові матеріали).
Якщо замість труби використовується кутова сталь, то замість діаметра труби d в розрахункові формули вводиться еквівалентний діаметр рівний:
dекв = 0,95 в, (3.2.)
де в – ширина сторони кутника.
Якщо в якості об'єднуючої смуги використовується кругле залізо, то замість ширини в формули вводиться еквівалентна ширина рівна
векв = 2 d (3.3)
де d – діаметр труби.
Заземлювачі, як правило, складаються з великої кількості електродів (труб, кутів). Опір розтіканню кожного електроду, який входить в заземлюючий пристрій, буде меншим, ніж одиночного заземлювача, через взаємне екранування електродів. Екранування відбувається в результаті накладання електричних полів при розтіканні струму замикання в землю.
Рисунок 3.1 – Типи розміщень заземлювачів а) контурне; б) рядне.
Явище екранування характеризується коефіцієнтом використання заземлювачів η.
η – коефіцієнт, враховуючий взаємне екранування труб, величина якого залежить від кількості заземлювачів і відношення відстані між трубами (а) до їх довжини (l).
З урахуванням явища екранування розрахунковою формулою для вибору попереднього числа електродів (труб, кутників) заземлювача являється
(3.4)
де Rmo – опір одиночної труби, Ом;
RЗ – нормований опір контуру заземлення, RЗ = 4 Ом;
n – число електродів в заземлювачі;
η – для попереднього числа n приймається рівним 0,85.
В заземлювачі у вигляді ряду труб (кутків), з'єднаних смугами, крім екранування між трубами відбувається також екранування між смугами і трубами. В обох випадках екранування враховується коефіцієнтами використання смуги.
Таким чином, опір розтіканню смуги, Ом в заземлювачі з урахуванням екранування визначається за формулою
(3.5)
де Rno – опір розтіканню смуг без урахування екранування, Ом;
пол – коефіцієнт використання об'єднувальної смуги в ряді чи контурі заземлювачів.