Сопротивление грунтов электрическому току

 

Грунты (песок, глина, суглинок и т.п.) проводят электрический ток, но их сопротивление значительно больше, чем у металлов (табл. 8.1). Сопротивление грунтов электрическому току измеряется на установке, показанной на рис. 8.6.

 

 

Рис. 8.6. Установка для измерения сопротивления грунта:

1 – грунт; 2 – металлические пластины; 3 – амперметр; 4 – вольтметр;

5 – понижающий трансформатор

 

В деревянном ящике размером 1х1х1 м с торцов вместо досок установлены металлические пластины, к которым подведено напряжение от понижающего трансформатора. Подается напряжение, измеряется ток, и по этим данным вычисляется сопротивление грунта.

Пример. Ящик заполнен песком. При напряжении U = 220 В, ток составил I = 0,31 А. Вычисляем сопротивление 1 м³ грунта.

.

Полученный результат называется «удельное сопротивление песка ρ = 700 Ом∙м».

Таблица 8.1

Удельное сопротивление грунтов и воды (РТМ, с. 99)

Грунт	Пределы колебаний, Ом∙м	При расчетах, Ом∙м
Песок Супесок Суглинок Глина Садовая земля Каменистая глина Крупнозернистый песок с валунами, известняк Скала, валуны Чернозем Торф Речная вода Морская вода Гранит Уголь бурый	400…1000 150…400 40…150 8…70 - - -   - - - 10 – 80 0,2 – 1 - -	1000 – 2000   2000 – 4000

Сопротивление заземлителей и сети заземления

 

Сопротивление земли растеканию тока с одного электрода (сопротивления электрода), забитого в грунт (труба):

 

, (8.1)

где ρ – удельное сопротивление грунта, Ом∙м; ℓ – длина, м; d – диаметр, м.

Пример. Грунт – суглинок, ρ = 100 Ом∙м; ℓ = 2 м; d = 50 мм = 0,050 м

 

.

Видно, что сопротивление электрода зависит от сопротивления грунта, глубины погружения (длины) и его диаметра.

Сопротивление одного электрода с заглубленным верхним концом на глубину t

, (8.2)

Без заглубления t = 0; R = 40 Ом; с заглублением R = 36 Ом, разница 10 %, поэтому при расчетах заземления целесообразно использовать более простую формулу (8.1), а не формулу (8.2).

Сопротивление центрального заземлителя , состоящего из N – заземлителей, будет в N раз меньше сопротивления одного заземлителя, т.к. они соединены между собой параллельно.

,

где R₁ – сопротивление одного заземляющего электрода.

При включении N – заземлителей ухудшаются условия растеканию тока, и сопротивление R_ЦЗ будет больше.

,

где – коэффициент использования заземлителей (табл. 8.2).

Величина зависит от количества электродов и от отношения расстояния между ними «а» к их длине «ℓ», т.е. а/ℓ.

Таблица 8.2

Коэффициенты использования заземлителей из труб или уголков, размещенных в ряд без учета влияния полосы связи (РТМ, с.100)

Отношение, а/ℓ	Число электродов, N	Коэффициент
		0,84 – 0,87 0,56 – 0,62 0,47 – 0,50
		0,9 – 0,92 0,72 – 0,77 0,65 – 0,7
		0,93 – 0,95 0,79 – 0,83 0,74 – 0,79

 

Количество электродов для центрального заземлителя вычисляется по формуле

(8.3)

Сопротивление сети заземления состоит из сопротивления центрального заземлителя (контура) R_ЦЗ, сопротивления магистрального провода R_ПР, сопротивления заземляющей жилы кабеля R_Ж, и это суммарное сопротивление не должно превышать 4 Ом. ЕПБ п. 477.

(8.4)

Перед расчетом сети заземления задается длина и сечение магистрального провода, длина и сечение заземляющей жилы кабеля. По эти данным вычисляются сопротивления R_ПР и R_Ж.

Из формулы (8.4) находится сопротивление центрального заземлителя

(8.5)

Принимаем размеры электродов (длина, диаметр) и глубину погружения, вычисляем сопротивление одного электрода по (8.1). Необходимое количество электродов для центрального заземлителя (контура) определяется по (8.3).

Пример. Определить количество труб для центрального заземлителя при следующих данных: магистральный провод А-50, длина 1,5 км; сечение заземляющей жилы кабеля S = 35 мм²; длина кабеля 400 м; грунт суглинок ρ = 100 Ом∙м; длина электрода ℓ = 2 м; расстояние между электродами а = 2 м, т.е а/ℓ = 2/2 = =1.

Решение:

1. Сопротивление заземляющего провода А-50

,

где – сопротивление 1 км провода А-50, Ом/км.

2. Сопротивление заземляющей жилы кабеля S = 35 мм²

Ом.

3. Сопротивление центрального заземлителя должно быть не более

Ом.

4. Необходимое число электродов без учета коэффициента

.

Тоже с учетом . Принимаем N = 28 шт.

 

8.7. Контрольные вопросы к главе 8

 

1. Нарисуйте схему заземления трансформатора. Назовите основные элементы на этой схеме.

2. Дайте определения понятиям, приведенным в ПУЭ: заземление, защитное заземление, заземлитель, заземляющий проводник, заземляющее устройство.

3. Замыкание на корпус. Когда оно возникает?

4. Искусственный заземлитель.

5. Естественный заземлитель. Что может быть использовано в качестве естественных заземлителей?

6. Можно ли использовать в качестве естественных заземлителей трубопроводы, проложенные в земле с горючими жидкостями (нефть, керосин и т.п.), горючими газами, канализации, водопроводной сети?

7. Какие металлы используются для строительства искусственных заземлителей (вид металла, форма, размеры)?

8. Какой металл используется в качестве заземляющих проводников?

9. Расскажите о прямом и косвенном прикосновении.

10. Охарактеризуйте замыкание на землю.

11. Дайте определение напряжению на заземляющем устройстве.

12. Что является напряжением прикосновения?

13. Что подлежит заземлению для защиты при косвенном прикосновении?

14. Устройство центрального заземлителя на подстанции (заземляющий контур).

15. Заземление электрооборудования на подстанции.

16. Как производится заземление электрооборудования в цехе? Почему запрещается последовательное присоединение заземляемого оборудования?

17. В какой цвет окрашивается магистральная заземляющая шина?

18. Почему не окрашивают заземлители (электроды), погружённые в землю?

19. Нарисуйте схему заземления экскаваторов, буровых станков на карьере.

20. Из чего состоит общее заземляющее устройство на карьере?

21. Требования Правил безопасности к заземляющей сети экскаваторов, буровых станков на карьере.

22. Местный заземлитель. Как он выполняется? Его назначение.

23. Нарисуйте схему лабораторной установки для измерения удельного сопротивления грунта. Как оно измеряется, его размерность?

 

Глава 9. Защитное зануление

 

9.1. Назначение и принцип действия защиты занулением

 

Занулением называется преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником корпусов электроприемников, которые в нормальном режиме не находятся под напряжением, но могут оказаться под напряжением при замыкании фазы на корпус. Зануление применяют в трехфазных четырехпроводных сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1 кВ (127, 220, 380, 660 и др.).

Цель зануления – устранить как можно быстрее напряжение на корпусе (за секунду), чтобы не пострадал случайно прикоснувшийся к корпусу человек.

 

 

Рис. 9.1. Трехфазная четырехпроводная сеть с нулевым рабочим N