Вертикален заземителен прът от кръгла стомана. Изчисляване на заземителни устройства

Добре оборудваното заземяване днес се намира в почти всеки дом. И това не е изненадващо, тъй като предоставя безопасна работаелектрическо оборудване и самото окабеляване. В тази статия ще говорим за това важен елемент, като заземителен проводник.

Известно е, че без такъв елемент заземителната конструкция не може да съществува, а още по-малко да изпълнява възложените й задачи.

Заземителният проводник е метален проводник или подсилен щифт, вкопан в земята на необходимата дълбочина. Може да работи самостоятелно или в комбинация с други електроди, например в триъгълна верига. Този елемент има основната функция да контактува с електричество с високо напрежение, но неговата оптимална функционалност не може да бъде оценена, освен ако не се определи съпротивлението.

Хоризонтални и вертикални заземители

Забележка!Съпротивлението на земята трябва да е много ниско. Това е единственият начин, на който можете да разчитате пълна защитадомашна електрическа верига.

След като решихме въпроса какво се нарича заземен електрод, нека да преминем към изучаването на неговите видове.

Видове заземителни проводници: тънкости на тяхното използване

Всеки тип електрод има специфична цел, която ще разгледаме:

• Дълбокото заземяване е дизайн, който изисква сложна инсталация, но има много предимства. Сред характеристиките на този тип електроди може да се отбележи, че тяхното инсталиране отнема значително време. по-малко мястоотколкото стандартна земна верига. Ефективността на този проводник е доказана на места с най-ниско съпротивление на почвата. Днес, в регламентие предписано, че подобен елемент може да се използва в сутерена и партера.

важно!Монтажът на електрод за дълбоко заземяване трябва да се извършва изключително с помощта на сондажни платформи.

За домашни условия идеалното решение е използването на вертикални заземителни проводници, което не може да се каже за индустриалната посока. Тук, напротив, препоръчително е да инсталирате аноден електрод. Използва се за защита на тръбопроводи и подземни конструкции. Всъщност материалът е доста надежден и устойчив на корозия.

Характеристики на електролитно заземяване

Този тип заземяване се използва ефективно в райони с пясъчна, вечно замръзнала и скалиста почва. Също така при условия, при които почвата има високо съпротивление и е необходимо специално оборудване за инсталиране на конвенционални електроди.

важно!Използвайки стандартни електроди за създаване на заземителен контур в песъчливи и други видове почви с висока устойчивост, ще трябва да инсталирате много от тях (около 100).

Малко за предимствата на електролитното заземяване

Полусферичен заземен електрод

Всъщност, подобно на щифтовото заземяване, електролитното заземяване има някои много важни предимства.

1. Този тип електроди осигуряват минимално земно съпротивление, до 10 пъти по-малко за разлика от традиционните земни електроди.
2. Изработен е от специална смес, която предотвратява образуването на корозия.
3. Има дълъг експлоатационен живот. Ако стоманеният заземителен електрод издържа около 5-7 години, то електролитният издържа около 50.
4. Не изисква голяма дълбочина за монтаж, достатъчно е да инсталирате заземителен електрод на половин метър дълбочина.

Принцип на работа на електрода

Основният елемент на този тип заземяване е тръба Г-образна. Забива се на определена дълбочина, която предварително се запълва със смес от минерални соли. Веществото абсорбира вода от околната почва, създавайки излугване, което води до образуването на електролит. След това същият електрод прониква в почвата, увеличавайки нейните проводими свойства. Съпротивлението намалява и в резултат на това замръзването на почвения слой намалява.

Често след завършване на проекта почвата до сградата се размразява. За съжаление, това е много опасно за основата и заплашва къщата да се утаи. Поради това електротехниците препоръчват да се вземе предвид факторът на увреждане на сградите при проектирането на електролитно заземяване и следователно изискват отдалечаване от строителните обекти.

При условия на силно замръзване на почвата е обичайно да се използват хоризонтални електроди. Те са достъпни и лесни за монтаж. Въпреки това, когато е възможно да работите със сондажно оборудване, най-добре е да инсталирате вертикален заземяващ електрод.

Заземяващ електрод с помеднен връх

Как да проверите електрода?

Превключвателите за заземяване от електролитен тип изискват редовно тестване за функционалност. Обслужва се веднъж на 2-3 години. Тук е важно да се определи дали сместа се е превърнала в електролит. Ако се е образувал електролит, сменете сместа, тоест добавете нов съставсоли Всеки електрод се проверява по същия начин, ако има повече от един. Така инсталацията ще служи още няколко години.

важно!Достатъчно е да напълните електрода с минерални соли Високо качество, и ще продължи около 10-15 години. Но редовната поддръжка не може да бъде пренебрегната.

Групов и единичен заземител: характеристики

Всеки отделен тип заземителен проводник или електрод има свои собствени характеристики, които е важно да се вземат предвид при проектирането на заземителен контур. Нека разгледаме всеки от тях със селекции:

Вижте схемите за заземяване с символиПо-долу.

Какво е корозия и какви са последствията за заземителните системи?

Още от училище, а именно от уроците по география, знаем, че корозията е естествен разрушителен ефект върху метални предметии черупките им, които остават дълго време в земята. Най-често такъв материален дефект се среща на места с висока влажност.

Корозията обикновено се появява след 9-10 години употреба метална конструкция, и има определени последствия за заземяващото устройство. Например, голяма повреда на заземяващия контур плюс наличието на ръжда води до увеличаване на съпротивлението.

важно!В зона, където има риск от бърза корозия, е препоръчително да се използват материали за заземителен контур от неръждаема стомана.

Това се случва, когато корозията проникне под обвивката на заземителния проводник, водещ към главния електрически панел или трансформатора. В ситуация като тази опитни електротехнициПрепоръчително е да използвате антикорозионна смазка. Понякога се лекуват ставите

Преди най-накрая да преминем към изчислителната част на заземяването, още няколко извадки от PUE 1.7:

1.7.15. Заземителен електрод - проводяща част или набор от взаимосвързани проводими части, които са в електрически контакт със земята директно или чрез междинна проводяща среда.

1.7.16. Изкуственият заземителен проводник е заземителен проводник, специално направен за заземяване.

1.7.17. Естествено заземяване - проводима част от трета страна, която е в електрически контакт със земята директно или чрез междинна проводяща среда, използвана за заземяване.

1.7.18. Заземителният проводник е проводник, свързващ заземената част (точка) към заземителния електрод.

1.7.19. Заземително устройство - комбинация от заземителни проводници и заземителни проводници.

1.7.20. Зона с нулев потенциал (относителна земя) - част от земята, разположена извън зоната на влияние на всеки заземен електрод, електрически потенциалкоето се приема равно на нула.

1.7.21. Зоната на разпространение (локално заземяване) е заземителната зона между заземяващия електрод и зоната с нулев потенциал.

Терминът земя, използван в главата, трябва да се разбира като земя в зоната на разпръскване.

Нека дешифрираме някои термини, както е споменато по-горе, ако ток премине през заземяващия електрод, тогава ще възникнат потенциали на самия заземяващ електрод и в точки на земята, разположени в непосредствена близост до него (спрямо безкрайно отдалечена точка), чието разпределение е показано на фиг. 1. От фигурата се вижда, че с отдалечаване от местоположението на заземителния електрод потенциалът намалява, тъй като напречното сечение на земята, през което протича токът, се увеличава. В отдалечени точки потенциалите са близки до нула. По този начин точки, достатъчно отдалечени от заземителния електрод, чиито потенциали са практически равни на нула, могат да служат като точки с нулев потенциал. Обикновено е достатъчно разстояние от няколко десетки метра. Стръмността на кривата на разпределение на потенциала зависи от проводимостта на почвата: колкото по-голяма е проводимостта на почвата, толкова по-плоска е формата на кривата, толкова по-далеч са точките на нулев потенциал.

Съпротивлението, което земята оказва на тока, се нарича устойчивост на разпространение. На практика устойчивостта на разпространение се приписва не на почвата, а на заземителния електрод и съкратеното условно понятие „ земно съпротивление». Съпротивление на земята ( Rzm) се определя от съотношението на напрежението ( Узм) на заземяващия електрод спрямо точката на нулев потенциал спрямо ток ( Имемярка), протичащ през заземяващия електрод, така че основното изчисление защитно заземяванесе свежда до определяне на съпротивлението на разпространение на тока на заземителния електрод. Това съпротивление зависи от размера и броя на заземителите, разстоянието между тях, тяхната дълбочина и проводимостта на почвата.

Избор на схема за изчисления на заземяването:

В ред или верига (ще разгледаме единично заземяване по-късно, вижте ) се извършва, за да се определи съпротивлението на заземяването, което се изгражда по време на работа, неговите размери, форма и конструктивна част. Ред или заземителна верига се състои от вертикални заземителни проводници, хоризонтални заземителни проводници и заземителен проводник. Вертикалните заземителни електроди са заровени в почвата на определена дълбочина.

Хоризонталните заземителни проводници свързват вертикалните заземителни проводници един с друг. Заземителният проводник свързва заземителния контур директно към електрическото табло.

Размерите и броят на тези заземителни проводници, разстоянието между тях, съпротивлението на почвата - всички тези параметри пряко зависят от съпротивлението на заземяване за изчисляване. По-долу в диаграмата Фиг. 2 са показани най-често срещаните вертикални изкуствени заземителни електроди (електроди) - в триъгълник, в ред и по заземителния контур:

Ориз. 2

Ориз. 3

Формули за изчисляване на заземяването:

Основното изчисление на защитното заземяване се свежда до определяне на съпротивлението на разпространение на тока на заземяващия електрод. Това съпротивление зависи от размера и броя на заземителите, разстоянието между тях, тяхната дълбочина и проводимостта на почвата.

Целта на изчисляването на заземяването е да се определи броят на заземяващите пръти и дължината на лентата, която ги свързва.

За преобразуване на кръгъл метал (прът, тръба) в лента: b = 2 d, където b е ширината на лентата в m, d е диаметърът на пръта, тръбата в m и, съответно, на завъртане, диаметърът на лентата: d = 0,5 b; за преобразуване на ъгъла в диаметър: d = 0,95 b, където b е ширината на ъгловия фланец в m.

1. Разстоянието между заземяващите пръти се взема от съотношението на техните дължини (виж фиг. 2), т.е.

a = 1xL; a = 2xL; a = 3xL

Където, а — разстояния между заземяване; Л - дължина на пръта (електрода), съотношение 1 - 3.

2. Съпротивление на разпространение на ток на един вертикален заземяващ електрод (пръчка):

Където, ρ екв — еквивалентното съпротивление на почвата ще се изчислява по формулата: ρ eq = Ψ ρ, Ψ — умножаващ фактор климатична зона , ρ — съпротивление на почвата Ом m; L – дължина на пръта, m; д - неговият диаметър, m; T – разстояние от повърхността на земята до средата на пръта, m (виж фиг. 3, h 1 = 0,5l + t), H— дебелина на горния слой на почвата за разнородна почва (два слоя).По-долу на фиг. 4 формули и местоположения на електродите за изчисления с помощта на логаритми:

Ориз. 4 (приблизително където h 1 = T)

3. В хетерогенна почва (двуслойна) еквивалентното съпротивление на почвата се намира по формулата:

Където - Ψ — сезонен климатичен коефициент (таблица 5); ρ 1, ρ 2 – съпротивление съответно на горния и долния слой на почвата, Ohm m (виж таблица 5); H – дебелина на горния почвен слой, m; t - дълбочина на вертикалния заземяващ електрод (дълбочина на изкопа) t = 0,5 - 0,8 m.

4. Броят на необходимите заземителни проводници се определя по формулите:

4.1 чрез метода на приближаване (ще обясним как да използваме този метод в примери по-късно):

където k isp - съотношението на разстоянието между заземяващите пръти (виж точка 1), R 1 = R 0 - (виж точка 2), R nor - нормативни изискванияустойчивост (PUE 1.7.101. или 1.7.103. вижте стр ).

4.2 с помощта на таблици (без да се взема предвид хоризонталното съпротивление на заземяване):

където Ψ е коефициентът на сезонност на вертикалния заземен електрод (вижте таблица 6, страница ); R n - нормализирана устойчивост на разпространение на тока на заземяващото устройство, вижте таблица 8 по-долу):

Таблица 8

Публикувано на 30.11.2011 г. (валидно до 30.11.2012 г.)

Изчисляването на заземяващите устройства се свежда главно до изчисляването на самия заземяващ проводник, тъй като заземяващите проводници в повечето случаи се приемат според условията на механична якост и устойчивост на корозия съгласно PTE и PUE. Единствените изключения са инсталации с дистанционно заземително устройство. В тези случаи последователно свързаните съпротивления на свързващата линия и заземителния електрод се изчисляват така, че общото им съпротивление да не надвишава допустимата стойност.

Особено внимание трябва да се обърне на изчисляването на заземяващите устройства за полярните и североизточните райони на нашата страна. Те се характеризират с вечно замръзнали почви, които имат съпротивление на повърхностните слоеве с един до два порядъка по-високо, отколкото при нормални условия. средна зонаСССР.

Изчисляването на съпротивлението на заземяващите проводници в други региони на СССР се извършва в следния ред:

1. Установява се допустимото съпротивление на заземяващото устройство r ZM, изисквано съгласно PUE. Ако заземяващото устройство е общо за няколко електрически инсталации, тогава изчисленото съпротивление на заземяващото устройство е най-малко необходимо.

2. Изискваното съпротивление на изкуствения заземителен електрод се определя, като се вземе предвид използването на паралелно свързани естествени заземителни електроди, от изразите

(8-14)

където r зм е допустимото съпротивление на заземяващото устройство съгласно точка 1, R и е съпротивлението на изкуственото заземително устройство; Ре-резистентност естествено заземяване. Изчисленото съпротивление на почвата се определя, като се вземат предвид нарастващите коефициенти, които отчитат изсушаването на почвата през лятото и замръзването през зимата.

При липса на точни данни за почвата можете да използвате таблицата. 8-1, който показва средните данни за устойчивост на почвата, препоръчани за предварителни изчисления.

Таблица 8-1

Средно съпротивление на почви и води, препоръчано за предварителни изчисления

Забележка. Съпротивлението на почвите се определя при влажност 10-20% от масата на почвата

За да се получат по-надеждни резултати, измерванията на съпротивлението се извършват в топло времегодина (май - октомври) в централната зона на СССР. Към измерената стойност на съпротивлението на почвата, в зависимост от състоянието на почвата и количеството на валежите, се въвеждат коригиращи коефициенти k, като се отчита промяната поради изсушаване и замръзване на почвата, т.е. P cal = P k

4. Определя се съпротивлението на разпръскване на един вертикален електрод R v.o. таблица с формули. 8-3. Тези формули са дадени за прътови електроди, изработени от кръгла стомана или тръби.

Когато се използват вертикални електроди от ъглова стомана, еквивалентният диаметър на ъгъла, изчислен от израза, се замества във формулата вместо диаметъра на тръбата

(8-15)

където b е ширината на страните на ъгъла.

5. Приблизителният брой на вертикалните заземителни проводници се определя при предварително приет коефициент на използване

(8-16)

където R v.o. - устойчивост на разпръскване на един вертикален електрод, определена в точка 4; R и е необходимото съпротивление на изкуствения заземителен електрод; K i,v,zm - коефициент на използване на вертикални заземители.

Таблица 8-2

Стойността на нарастващия коефициент k за различни климатични зони

Коефициентите на използване на вертикалните заземителни проводници са дадени в табл. 8-4 при подреждане в ред и в таблица. 8-5 при поставянето им по контура

6. Устойчивостта на разпръскване на хоризонтални електроди Rg се определя по формулите в табл. 8-3. Коефициентите на използване на хоризонталните електроди за предварително приетия брой вертикални електроди се вземат съгласно табл. 8-6, когато вертикалните електроди са подредени в ред и съгласно таблицата. 8-7, когато вертикалните електроди са разположени по протежение на контура.

7. Необходимото съпротивление на вертикалните електроди се определя, като се вземе предвид проводимостта на хоризонталните свързващи електроди от изразите

(8-17)

където R g е съпротивлението на разпръскване на хоризонтални електроди, определено в параграф 6; R и е необходимото съпротивление на изкуствения заземен електрод.

Таблица 8-3

Формули за определяне на устойчивостта на разпространение на тока на различни заземителни електроди

Таблица 8-4

Коефициенти на използване за вертикални заземителни електроди, K и, v, zm, поставени в ред, без да се отчита влиянието на хоризонталните свързващи електроди

Таблица 8-5

Коефициенти на използване на вертикални заземителни електроди, K и, v, zm, разположени по протежение на контура, без да се отчита влиянието на хоризонталните комуникационни електроди

Таблица 8-6

Коефициенти на използване K и, g, zm на хоризонтални свързващи електроди, в редица вертикални електроди

Таблица 8-7

Коефициенти на използване K и, g, zm на вертикални свързващи електроди във верига от вертикални електроди

8. Броят на вертикалните електроди се определя, като се вземат предвид коефициентите на използване съгласно табл. 8-4 и 8-5:

Окончателно се приема броят на вертикалните електроди от условията за поставяне.

9. За инсталации над 1000 Vs големи токовеВ случай на заземяване термичното съпротивление на свързващите проводници се проверява по формула (8-11).

Пример 1. Необходимо е да се изчисли контурната система за заземяване на подстанция 110/10 kV със следните данни: най-големият ток през заземяването по време на заземяване от страна на 110 kV е 3,2 kA, най-големият ток през заземяването по време на заземяване на 10 kV страна е 42 A; почвата на строителната площадка на подстанцията е глинеста; климатична зона 2; Освен това като заземяване се използва система за поддържане на кабели със съпротивление на заземяване от 1,2 ома.

Решение 1. За страната 110 kV е необходимо съпротивление на заземяване от 0,5 Ohm За страната 10 kV, съгласно формула (8-12), имаме:

където проектното напрежение на изчисленото заземително устройство U се приема за 125 V, тъй като заземителното устройство се използва и за инсталации на подстанции с напрежение до 1000 V.

Така изчисленото съпротивление се приема за rzm = 0,5 Ohm.

2. Съпротивлението на системата за изкуствено заземяване се изчислява, като се вземе предвид използването на кабелно-носеща система

3. Препоръчително за предварителни изчисления е съпротивлението на почвата на мястото на изграждане на земния електрод (глинеста почва) съгласно табл. 8-1 е 1000 Ohm m. Нарастващите коефициенти k за хоризонтални удължени електроди на дълбочина 0,8 m са равни на 4,5 и съответно 1,8 за вертикални пръчковидни електроди с дължина 2 - 3 m при дълбочина на върха им 0,5 - 0 . 8 м.

Изчислени съпротивления: за хоризонтални електроди P calc.g = 4.5x100 = 450 Ohm m; за вертикални електроди, изчислени в = 1,8x100 = 180 Ohm m.

4. Определя се устойчивостта на разпръскване на един вертикален електрод - ъгъл № 50 с дължина 2,5 m при потапяне на 0,7 m под нивото на земята по формулата от табл. 8-3:

където d= d y,ed= 0.95; b = 0,95x0,95 = 0,0475 m; t =0,7 + 2,5/2 = 1,95 m;

5. Приблизителният брой на вертикалните заземителни проводници се определя с предварително приет коефициент на използване K и, in, zm = 0,6:

6. Определя се устойчивостта на разпръскване на хоризонтални електроди (ленти 40x4 mm2), заварени към горните краища на ъглите. Коефициентът на използване на свързващата лента във веригата K и, g, zm с броя на ъглите е приблизително 100 и съотношението a/l = 2 съгласно табл. 8-7 е равно на 0,24. Устойчивост на разстилане на лента по периметъра на контура (l = 500 m) по формулата от табл. 8-3 е равно на:

7. Подобрена устойчивост на вертикалните електроди

8. Определеният брой вертикални електроди се определя с коефициента на използване K u, r, zm = 0,52, приет от табл. 8-5 с n = 100 и a/l = 2:

116 корнера са окончателно приети.

В допълнение към веригата на територията е монтирана решетка от надлъжни ивици, разположени на разстояние 0,8-1 м от оборудването, с напречни връзки на всеки 6 м. Допълнително за изравняване на потенциалите на входовете и входовете, т.к. както и по ръбовете на веригата се полагат дълбоки ивици. Тези неотчетени хоризонтални електроди намаляват общото съпротивление на заземяването, тяхната проводимост преминава в границата на безопасност.

9. Термичното съпротивление на лентата 40 × 4 mm 2 се проверява.

Минимално напречно сечение на лентата въз основа на условията на термично съпротивление при условия на късо съединение. към земята във формула (8-11) при даденото време на протичане на тока на късо съединение. tп = 1,1 е равно на:

По този начин лента от 40 × 4 mm 2 удовлетворява условието за термично съпротивление.

Пример 2. Необходимо е да се изчисли заземяването на подстанция с два трансформатора 6/0,4 kV с мощност 400 kVA със следните данни: максималният ток през заземителя при земно съединение на страната 6 kV е 18 A; почвата на строителната площадка е глинеста; климатична зона 3; Освен това като заземяване се използва водопровод със съпротивление на разпространение от 9 ома.

Решение. Предвижда се изграждане на заземителна система с навънсградата, към която е прилежаща подстанцията, с вертикални електроди, разположени в един ред с дължина 20 m; материал - кръгла стомана с диаметър 20 mm, метод на потапяне - завинтване; горните краища на вертикалните пръти, потопени на дълбочина 0,7 m, са заварени към хоризонтален електрод, изработен от същата стомана.

1. За страната 6 kV е необходимо съпротивление на заземяване, определено по формула (8-12):

където проектното напрежение на заземяващото устройство се приема за 125 V, тъй като заземяващото устройство е общо за страните 6 и 0,4 kV.

Според PUE съпротивлението на заземяването не трябва да надвишава 4 ома. Така изчисленото съпротивление на заземяване е rzm = 4 ома.

2. Съпротивлението на системата за изкуствено заземяване се изчислява, като се вземе предвид използването на водоснабдителна система като паралелен заземителен клон

3. Препоръчително за изчисление е съпротивлението на почвата на мястото на заземяване (глина) съгласно табл. 8-1 е 70 Ohm*m. Увеличаващи коефициенти k за 3-та климатична зона съгласно табл. 8-2 се приемат равни на 2,2 за хоризонтални електроди на дълбочина 0,7 m и 1,5 за вертикални електроди с дължина 2-3 m при дълбочина на горния им край 0,5-0,8 m.

Изчислено съпротивление на почвата:

за хоризонтални електроди P calc.g = 2,2 × 70 = 154 Ohm*m;

за вертикални електроди P calc.v = 1.5x70 = 105 Ohm*m.

4. Съпротивлението на разпръскване на един прът с диаметър 20 mm и дължина 2 m се определя при потапяне на 0,7 m под нивото на земята по формулата от табл. 8-3:

5. Приблизителният брой на вертикалните заземителни проводници се определя при предварително приетия коефициент на използване K и. г. zm = 0,9

6. Определя се съпротивлението на разпръскване на хоризонтален електрод от кръгла стомана с диаметър 20 mm, заварен към горните краища на вертикалните пръти.

Коефициентът на използване на хоризонтален електрод в редица пръти с брой приблизително 6 и съотношението на разстоянието между прътите към дължината на прътите е a/l = 20/5x2 = 2 в съответствие с табл. 8-6 се приема равно на 0,85.

Съпротивлението на разпръскване на хоризонтален електрод се определя по формулата от табл. 8-3 и 8-8:

Таблица 8-8

Фактори за увеличаване на съпротивлението спрямо измереното съпротивлениепочва (или съпротивление на заземяване) за средната зона на СССР

Бележки: 1) се отнася за 1, ако измерената стойност P (Rx) съответства приблизително на минималната стойност (почвата е мокра - времето на измерване е предшествано от валежи голямо количествовалежи);

2) k2 се прилага, ако измерената стойност P (Rx) съответства приблизително на средната стойност (почва със средна влажност - времето на измерване е предшествано от малко количество валежи);

3) k3 се прилага, ако измерената стойност P (Rx) съответства приблизително най-висока стойност(почвата е суха - времето на измерване е предшествано от малко количество валежи).

7. Подобрена устойчивост на разпръскване на вертикални електроди

8. Определеният брой вертикални електроди се определя с помощта на коефициента на използване К и. г. zm = 0,83, прието от табл. 8-4 с n = 5 и a/l = 20/2x4 = 2,5 (n = 5 вместо 6 се взема от условието за намаляване на броя на вертикалните електроди, като се вземе предвид проводимостта на хоризонталния електрод)

Накрая се приемат четири вертикални пръта, като съпротивлението на разпръскване е малко по-малко от изчисленото.

Извадка от Наръчника за промишлено захранване

под общата редакция на А. А. Федоров и Г. В. Сербиновски