Басманов В.Г. Заземление и молниезащита. Часть 1 Заземление

Подождите немного. Документ загружается.

Из табл. 3.3 следует, что в летнее время, начиная с длины , 1 км,

ВХ

практически уже не уменьшается, в зимнее время зона растекания, естественно,

несколько удлиняется.

Предельная длина проводника, при которой дальнейшее ее увеличение

дает снижение входного сопротивления, не превышающее нескольких

процентов, приближенно характеризуется отношением

для данного

примера это составят:

33 33

1,3

км; 2, 44 км,

2,31 1,23

== ==

что соответствует расчету.

Металлические трубопроводы в земле имеют, как правило, достаточно

малое входное сопротивление, часто даже в тех случаях, когда они покрыты

изоляцией.

Аналогично тому, как это было сказано в отношении кабелей,

эффективно используемая в качестве заземлителя длина трубопроводов имеет

предел, не превышающий 1,5 – 2 км. Поэтому степень разветвленности

трубопроводов сказывается на их входном сопротивлении только в пределах

ограниченной площади.

Водопроводные трубы обычно укладываются ниже глубины промерзания

или высыхания. Поэтому их сопротивление можно считать стабильным в

течение года, что не относится к трубопроводам, лежащим в зоне сезонных

изменений. Применение водопроводных труб коммунального пользования в

качестве заземлителей встречает в последнее время возражения, основанные на

следующем:

- начали применяться вставки из полимерных материалов, о которых

потребитель не знает, вовсе лишающие водопроводные трубы свойств

заземлителя;

- использование водопровода допустимо, если установлены и

сохраняются в эксплуатации перемычки, шунтирующие водомеры, клапаны и т.

п., а также устанавливаются перемычки при ремонтах до разбора трубопровода;

- в коммунальных сетях это далеко не всегда выполняется (это послужило

причиной случаев смертельного поражения).

Если речь идет о магистральных водопроводных трубах и сетях,

находящихся под соответствующим наблюдением, когда указанные недостатки

исключены и необходимые меры безопасности соблюдаются, использование

этих труб в качестве заземлителей не должно встречать возражений. Надо при

этом учитывать, что трубопроводы, отходящие от электростанций и других

крупных предприятий, неизбежно имеют многочисленные случайные связи с

частями сооружений. Таким образом, более целесообразно с точки зрения

выравнивания потенциалов сделать эти связи более надежными и использовать

малые входные сопротивления трубопроводов для снижения расходов по

устройству заземлителей.

Правила не допускают использования в качестве заземляющих

проводников трубопроводов горючих и взрывоопасных смесей. По существу

это запрещение относится и к заземлителям. Случайные нарушения контакта в

местах соединений или присоединений таких трубопроводов или их частей

могут привести к искрообразованию и опасности пожара или взрыва. Надо,

однако, учитывать, что и в данном случае избежать всякого рода случайных

связей этих трубопроводов через оборудование, конструкции зданий и т. п.

невозможно, и указанное запрещение остается чисто формальным. Надежность

может достигаться главным образом надлежащим качеством исполнения этих

трубопроводов.

Трубопроводы, имеющие изолирующие покрытия для защиты от

коррозии, во многих случаях, как было указано, еще сохраняют свойства

заземлителей, но их сопротивление растеканию зависит от достаточно

неопределенных связей с землей, а водопроводных – с водоемами,

артскважинами и т.п. Если трубопроводы для жидкостей собраны из труб с

раструбами на стыках, связь между трубами осуществляется в основном через

жидкости, т.е. через значительное сопротивление, а при непроводящих

жидкостях этой связи вовсе нет. По этим причинам при использовании

трубопроводов в качестве заземлителей необходимы предварительные

измерения их сопротивлений и во всяком случае контрольные измерения перед

вводом в эксплуатацию.

Предварительные расчеты сопротивлений трубопроводов производятся

аналогично расчету сопротивлений металлических оболочек кабеля, причем в

продольном сопротивлении должно учитываться активное и внутреннее

индуктивное сопротивление трубы. Вопрос об использовании трубопроводов в

качестве заземлителей связан также с вопросом о возможности выноса ими

потенциала при однофазных коротких замыканиях.

Обсадные трубы. Использование обсадных труб артезианских колодцев,

скважин, шурфов и т. п. может дать большой эффект.

Железобетонные конструкции. Исследования показали, что

железобетонные подножники и сваи во влажной, хорошо проводящей земле

обладают достаточно высокой и стабильной проводимостью, изменяющейся на

протяжении года под действием атмосферных условий так же, как и

сопротивление обычных заземлителей, уложенных на той же глубине, в том

числе вследствие промерзания. Объясняется это тем, что наряду с высыханием

бетона происходит капиллярный подсос влаги из окружающих слоев земли, что

делает наружный слой бетона проводящим. Поэтому арматура железобетонных

свай или подножников может служить заземлителем.

Возможно использование арматуры железобетонных фундаментов опор

воздушных линий в качестве естественных заземлителей в глинистых,

суглинистых, супесчаных и других влажных грунтах с удельным

сопротивлением до 300 Ом·м (при отсутствии агрессивной среды).

Сопротивление растеканию железобетонных естественных

заземлителей определяется по формулам для вертикальных заземлителей и

плит со следующими особенностями:

- размеры их принимаются по соответствующим размерам стоек и

подножников;

- стойки и подножники условно считаются находящимися в однородной

среде с эквивалентным удельным сопротивлением

1, 5 1, 8

экв

коэффициент 1,5 – 1,8 учитывает наличие бетонного слоя и его промерзание.

Сопротивление стойки или сван рассчитывается, таким образом, по

формуле

0,366 1,8 4

ст

=×

,Ом (3.17)

где l - длина стойки или сваи, м;

d – диаметр стойки или сваи, м; при прямоугольном сечении со сторонами a

и b

2()

Сопротивление горизонтальной плиты подножника может быть

рассчитано приближенно по формуле:

1,8

пл

,Ом (3.18)

где D – диаметр плиты, м; при прямоугольной плите со сторонами a и b

2()

Сопротивление подножника в виде плиты и стойки определяется путем

параллельного сложения их сопротивлений с коэффициентом использования

0,8.

Хорошими естественными заземлителями с низким сопротивлением

растеканию служат металлические закладные части и находящиеся в воде

железобетонные поверхности гидросооружений.

При использовании железобетонных конструкций для возможности их

соединений между собой и сетью заземления в них должны быть заранее

предусмотрены в соответствующих местах выводы арматуры наружу.

На металлических судах, драгах и т. п. естественными заземлителями

служат находящиеся в воде их корпуса.

§3.4. Коэффициенты использования заземлителей

Обычно заземлители состоят из нескольких, а иногда из весьма большого

числа электродов (труб, уголков, стержней, полос). Для того чтобы все

электроды заземлителя были использованы в такой же мере, как и одиночный

электрод, было бы необходимо, чтобы расстояние между ними было

достаточно велико, только при этом условии их сопротивление растеканию

будет мало зависеть от влияния соседних электродов.

Рис. 3.1. Распределение линий тока параллельно включенных электродов

В действительности расстояния между электродами из условий

располагаемого места и в целях выравнивания потенциалов на площадке

принимаются значительно более близкими, и как следствие возникает взаимное

влияние их электрических полей, т. е. наложение электрических полей

отдельных электродов при растекании тока замыкания в землю. Вследствие

наложения полей происходят как бы уменьшение действующего сечения земли

около электрода и увеличение его сопротивления растеканию (рис. 3.1).

Чем больше число электродов в заземлителем, тем меньше расстояние

между ними, тем больше сказывается их взаимное влияние на увеличение

сопротивления (или уменьшение проводимости) заземлителя в целом.

Отношение проводимости G заземлителя в целом к сумме проводимостей

отдельных электродов (одинаковых) называется коэффициентом использования

заземлителя:

gn Rn

(3.19)

где G, R

– соответственно проводимость и сопротивление заземлителя;

, r

– соответственно проводимость и сопротивление отдельного

электрода;

n – число электродов (полос, стержней и т. п.).

Коэффициент использования заземлителя, включающего группу

электродов, всегда меньше единицы. Таким образом, сопротивления

растеканию групп электродов определяются следующими равенствами:

сопротивление группы горизонтальных электродов

Ом; (3.20)

сопротивление группы вертикальных электродов

Ом; (3.21)

сопротивление горизонтальных электродов в ряду из вертикальных

ГР

Ом; (3.22)

сопротивление горизонтальных электродов в контуре из вертикальных

ГК

Ом, (3.23)

где r

– сопротивление соединительной полосы или круглой стали (всей длины)

без учета взаимного влияния;

– сопротивление одного вертикального электрода;

.,.

Г В ГР ГК

hhhh

– коэффициенты использования групп заземлителей

соответственно горизонтальных, вертикальных, горизонтальных в ряду из

вертикальных и горизонтальных в контуре из вертикальных.

Таблица 3.4

Коэффициенты использования параллельно уложенных полос (ширина полос

b=20 – 40мм; глубина заложения t=0,3 – 0,8 м)

Длина

каждой

полосы, м

Число

параллельных

полос

Расстояние между параллельных

полосами, м

1 2,5 5 10 15

0,55

0,37

0,25

0,65

0,49

0,37

0,75

0,60

0,49

0,80

0,73

0,64

0,85

0,79

0,72

0,50

0,35

0,23

0,60

0,45

0,31

0,70

0,55

0,43

0,75

0,66

0,57

0,80

0,73

0,66

0,45

0,33

0,20

0,55

0,40

0,27

0,65

0,48

0,35

0,70

0,58

0,46

0,75

0,65

0,53

Таблица 3.5

Коэффициенты использования вертикальных электродов, размещенных в ряд

без учета влияния полосы связи

Отношения расстояния

между вертикальными

электродами к их длине, а/l

Число

электродов

ВР

0,84—0,87

0,76—0,80

0,67—0,72

0,56—0,62

0,51—0,56

0,47—0,50

0,90—0,92

0,85—0,88

0,79—0,83

0,72—0,77

0,66—0,73

0,65—0,70

0,93—0,95

0,90—0,92

0,85—0,88

0,79—0,83

0,76—0,80

0,74—0,79

В сложных заземлителях, состоящих из многих взаимно пересекающихся

горизонтальных электродов и контура из вертикальных электродов, возникает

взаимное влияние между отдельными электродами и между обеими группами

электродов. Сопротивление растеканию таких заземлителей определяется более

сложными методами.

В табл. 3.4 – 3.8 приведены значения коэффициентов использования

разных видов и групп заземлителей в однородной земле.

Таблица 3.6

Коэффициенты использования вертикальных электродов, размещенных по

контуру, без учета влияния полосы связи

Отношения расстояния

между вертикальными

электродами к их длине, а/l

Число

электродов

ВК

100

0,66 - 0,72

0,58 - 0,65

0,52 - 0,58

0,44 - 0,50

0,38 - 0,44

0,36 - 0,42

0,33 - 0,39

100

0,76 - 0,80

0,71 - 0,75

0,66 - 0,71

0,61 - 0,66

0,55 - 0,61

0,52 - 0,58

0,49 – 0,55

100

0,84 - 0,86

0,78 - 0,82

0,74 - 0,78

0,68 - 0,73

0,64 - 0,69

0,62 - 0,67

0,59 – 0,65

Приведенные в таблицах значения коэффициентов использования для

полос относятся также к электродам из круглой стали.

Таблица 3.7

Коэффициенты использования

ГР

соединительной полосы в ряду из

вертикальных электродов

Отношение

расстояния

между

электродами к их

длине, а/l

Число вертикальных электродов

4 5 8 10 20 30 50 65

1 0,77 0,74 0,67 0,62 0,56 031 0,21 0,20

2 0,89 0,86 0,79 0,75 0,42 0,46 0,36 0,34

3 0,92 0,90 0,85 0,82 0,68 0,58 0,49 0,47

Таблица 3.8

Коэффициенты использования

ГК

соединительной полосы

в контуре из вертикальных электродов

Отношение

расстояния

между

электродами к

их длине, а/l

Число вертикальных электродов в заземлителе

4 6 8 10 20 30 50 70 100

1 0,45 0,40 0,36 0,34 0,27 0,24 0,21 0,20 0,19

2 0,55 0,48 0,43 0,40 0,32 0,30 0,28 0,26 0,24

3 0,70 0,64 0,60 0,56 0,45 0,41 0,37 0,35 0,33

§3.5. Лучевые заземлители

При сооружении воздушных линий и в некоторых иных случаях находят

применение заземлители из круглой или полосовой стали, укладываемые в

землю на глубину 0,3 – 0,8 м в виде расходящихся лучей.

Сопротивление растеканию такого лучевого заземлителя может быть

подсчитано по формуле

Oм, (3.24)

где r

– сопротивление растеканию одного луча, Ом;

n – число лучей;

– коэффициент использования лучевого заземлителя в системе

нескольких лучей.

Таблица 3.9

Коэффициенты использования

лучевых заземлителей

Длина луча, м

Число лучей

3 4

диаметр проводника луча, см

1 2 1 2

2,5 0,76 0,74 0,63 0,61

5 0,78 0,76 0,67 0,65

10 0,81 0,79 0,70 0,69

15 0,82 0,80 0,72 0,70

30 0,84 0,82 0,75 0,73

Примечание. При применении для лучей полосовой стали эквивалентный

диаметр принимается равным b/2, где b – ширина полосы.

Для получения оптимального значения коэффициента

лучи следует

располагать под равными углами от центра. Значения

могут быть приняты

по табл. 3.9.

Увеличение числа лучей сверх трех–четырех из-за существенного

уменьшения коэффициента использования становится неэкономичным.

§3.6. Углубленные горизонтальные заземлители

Углубленные горизонтальные заземлители из полосовой или круглой

стали закладываются на дно котлованов при сооружении фундаментов опор

воздушных линий, зданий цехов, подстанций и др. Глубина заложения таких

заземлителей 2,5 – 3 м ниже уровня земли, т. е. ниже глубины промерзания.

Преимущество углубленных заземлителей заключается в меньшей

подверженности атмосферным влиянием, меньшей величине сопротивления

растеканию вследствие укладки в более влажные слои, уменьшении площади,