Расчет заземляющего устройства

Сопротивлением заземлителя или сопротивлением растеканию тока с него R называют отношение потенциалаU на нем к току I, стекающему с него. Для сосредоточенных заземлителей величина R представляет собой сопротивление среды, в которой находится заземлитель. Оно не учитывает материала заземлителя и переходного или контактного сопротивления между заземлителем и средой.

Сопротивление среды для сосредоточенных заземлителей зависит от ее свойств, размеров и формы электродов и их взаимного распо­ложения. На сопротивление протяженных заземлителей, кроме того, влияют и проводящие свойства материала.

Сопротивление растеканию R одиночных электродов при токах промышленной частоты определяют в зависимости от типа заземли­теля:

— для труб и электродов из круглой стали, забитых вертикально вровень с поверхностью земли:

— для труб и электродов, погруженных на глубину:

— для труб и электродов из круглой стали, закопанных горизонтально на глубину:

— для колец диаметром D из круглой стали:

где — удельное сопротивление грунта, Ом · м; l — длина электрода, м, зави­сит от (табл. VII.1); r — радиус круглой стали (для угловой стали r=0,47b, здесь b — ширина полки уголка, для полосовой стали r=0,25b); h — глубина заложения трубы или электрода, м; D — диаметр кольца.

В формуле определения вторым слагаемым можно пренебречь, так как оно составляет 4 … 5%.

Удельное сопротивление грунта зависит от состава почвы, ее влажности, температуры, плотности и других факторов. Ориентиро­вочные значения , Ом·м, приведены ниже:

Сопротивления одиночных заземлителей, вычисленные по приве­денным формулам, оказываются выше полученных при стекании с них больших токов молнии.

Сопротивление заземлителей при растекании тока молнии назы­вают импульсным и определяют по формуле:

где R — сопротивление электрода при низкой частоте и при малых плотностях токов на поверхности; — импульсный коэффициент для одиночного электро­да (табл. VII.2).

Этот коэффициент тем меньше, чем больше удельное сопротивле­ние , выше амплитуда тока молнии и меньше длина электрода (рис. VII.16 и VII.17). Для токов с амплитудой 10 кА — коэффициент можно увеличить на 0,1, а для токов с амплитудой 20 кА уменьшить на 0,1. Импульсное сопротивление сложного заземлителя из n параллельно включенных одиночных стержней или полос определяют по формуле:

где — импульсный коэффициент использования, зависящий от числа электродов, их длины, поперечных размеров и взаимного расположения.

Для вертикальных стержней, электрически связанных полосой и располо­женных на расстоянии вдвое большем их длины, а также для трех горизон­тальных симметричных полос , а для двух расходящихся в обе сто­роны полос .

Импульсное сопротивление сложного и часто встречающегося заземлителя из n вертикальных стержней, соединенных горизонтальной полосой или круглой сталью, определяют по формуле:

где , — импульсное сопротивление соответственно вертикального стержня и горизонтальной полосы.

Импульсное сопротивление оценивают по измеренному сопротив­лению согласно табл. VII.З.

Например, если по нормам или по расчету нужно иметь = 20 Ом, то при = 500 Ом·м необходимо получить измеренную вели­чину сопротивления в 30 Ом. Если оно окажется большим, го сле­дует увеличить число электродов.

Заземлители защиты от вторичных воздействий молнии рассчи­тывают по методике определения сопротивления растеканию тока промышленной частоты.

При растекании тока с заземлителя или с любого другого под­земного металлического предмета в грунте образуется потенциальное (электрическое) поле. Распределение потенциала на поверхности земли при протекании тока молнии через трубчатый заземлитель по­казано на рисунке VII.18. Оно зависит от геометрических размеров электрода и способа его установки.