Эффективный метод обеспечения заземляющего соединения низкого сопротивления состоит в заглублении проводника в форме замкнутой петли в грунте на дне котлована под фундамент сооружения. Сопротивление (R) такого электрода (в однородном грунте) определяется (приближенно) в Омах по формуле:
L = длина заглубленного проводника, м p = удельное сопротивление грунта, Ом-м
2.6 Монтаж заземляющих электродов и измерения
Качество заземляющего электрода (максимально возможное низкое сопротивление) зависит главным образом от двух факторов:
Метод монтажа
Тип грунта
Методы монтажа
Ниже обсуждаются три общих типа монтажа: Заглубленное кольцо (см. Рис. Е41)
Данное решение настоятельно рекомендуется, в частности, в случае нового сооружения. Электрод должен заглубляться по периметру котлована под фундамент. Важно, чтобы неизолированный проводник находился в непосредственном контакте с грунтом (а не располагался в гравийном наполнителе или каменной наброске под бетонирование). Как минимум четыре вертикально расположенных (с большим интервалом) проводника от заземляющего электрода должны обеспечиваться для подключения к ним системы заземления установки и, при возможности, арматурные стержни в железобетоне должны соединяться с заземляющим электродом.
Проводник, образующий заземляющий электрод, особенно в случае его размещения в котловане под фундамент, должен заглубляться минимум на 50 см ниже каменной наброски или наполнителя под бетонный фундамент. Ни электрод, ни вертикальные проводники к первому этажу не должны входить в контакт с бетоном фундамента.
В случае существующих сооружений электродный проводник должен заглубляться у наружной стены помещений на минимальную глубину 1 м. Как общее правило, все вертикальные соединения от электрода к отметке над уровнем грунта должны изолироваться для обеспечения уровня изоляции, соответствующего напряжению 600-1000 В. Возможные типы проводников:
Медный: неизолированный проводник (и 25 мм2) или многослойной полосы (и 25 мм2 и толщина u 2 мм)
Алюминиевый со свинцовой оболочкой: кабель (и 35 мм2)
Оцинкованный стальной проводник: без изоляции (и 95 мм2) или многослойной полосы (и 100 мм2 и толщина u 3 мм)
Приближенное значение сопротивления (R) электрода, Ом: Где:
L = длина проводника, м
р = удельное сопротивление грунта, Ом-м (см. «влияние разновидности почв» на следующей странице)
Заземляющие стержни (см. Рис. Е42)
Вертикальные заземляющие стержни часто используются для существующих сооружений и улучшения (т.е., снижения сопротивления) существующих заземляющих электродов. Возможные типы заземляющих стержней:
Медные или (чаще) стальные, покрытые медью. Как правило, последние имеют резьбовые концы и соединительные муфты и длину 1 или 2 м для проникновения на значительную глубину (например, уровень грунтовых вод на участках с высоким удельным сопротивлением грунта).
Соединенные параллельно стержни
Рис. Е4 : Проводник, заглубленный ниже уровня фундамента (не в бетоне)
Рис. Е4 : Заземляющие стержни
Оцинкованная (см. Прим. (1)) стальная труба диаметром u 25 мм или стержень диаметром u 15 мм, длиной u 2 м в каждом случае.
Часто необходимо использовать более одного стержня. В таком случае интервал между стержнями не должен превышать глубину их установки более чем в 2-3 раза.
Общее сопротивление (в однородном грунте) равно сопротивлению одного стержня, поделенному на число стержней. Приближенное значение сопротивления (R), Ом: при интервале стержней R > 4L.
где:
I
L = длина стержня, м
р = удельное сопротивление грунта, Ом-м (см. «влияние разновидности почв» ниже) n = число стержней
Вертикальные пластины (см. Рис. Е53)
Прямоугольные пластины, каждая сторона которых должна быть u 0,5 м, принято использовать в качестве заземляющих электродов, заглубляемых в вертикальной плоскости таким образом, что центр пластины расположен минимум 1 м ниже поверхности грунта. Возможные типы пластин:
Медные толщиной 2 мм
Оцинкованные (1) стальные толщиной 3 мм
Сопротивление (R) в Омах определяется (приближенно) по формуле:
L = периметр пластины, м
Для вертикальной электродной пластины: I
р = удельное сопротивление грунта, Ом-м (см. «влияние разновидности почв» ниже)
Рис. Е4 : Удельное сопротивление (Ом-м) различных видов почв
Влияние разновидности почв
Замеры на заземляющих электродах в аналогичных почвах полезны для определения значения удельного сопротивления, применяемого в расчетах системы заземляющих электродов
Разновидность почв | Среднее значение удельного сопротивления, Ом-м |
Заболоченная почва,болота | 1 - 30 |
Илистый наносной слой | 20 - 100 |
Дерновая земля, лиственный перегной | 10 - 150 |
Торф | 5 - 100 |
Мягкая глина | 50 |
Мергелистная и плотная глина | 100 - 200 |
Орская известковистая глина | 30 - 40 |
Супесь | 50 - 500 |
Кремнистый песок | 200 - 300 |
Каменистая почва | 1,500 - 3,000 |
Задернованная каменистая подпочва | 300 - 500 |
Известняковая почва | 100 - 300 |
Известняк | 1,000 - 5,000 |
Трещиноватый известняк | 500 - 1,000 |
Глинистый сланец | 50 - 300 |
Слюдистый сланец | 800 |
"ранит и песчаник | 1,500 - 10,000 |
Видоизмененный гранит и песчаник | 100 - 600 |
Разновидность почв Среднее значение удельного | |
Плодородная почва, уплотненная влажная наброска | 50 |
Сухая почва, гравий, рыхлая неоднородная наброска | 500 |
Камен. грунт, оголенный, сухой песок, трещиноватые породы | 3,000 |
Рис. Е4•: Вертикальная пластина
Рис. Е4 : Среднее удельное сопротивление (Ом-м)
Измерение и постоянство сопротивления между заземляющим электродом и землей
Сопротивление электрод/земля редко сохраняется постоянным.
Основные факторы, влияющие на это сопротивление, включают:
Влажность почвы
Возможны значительные сезонные изменения содержания влаги в почве на глубине до 2 м. На глубине 1 м удельное сопротивление и, как следствие, сопротивление может изменяться в 1-3 раза между влажной зимой и сухим летом в районах с умеренным климатом
Мерзлота
Мерзлый грунт может повышать удельное сопротивление грунта на несколько порядков. Это одна из причин, по которой рекомендуется установка глубоких электродов, особенно в районах с холодным климатом.
Износ (старение)
Характеристики материалов, используемых для электродов, как правило, ухудшаются со временем по различным причинам, например:
Химические реакции (в кислых или щелочных почвах)
Гальванические токи: из-за постоянных блуждающих токов в земле, например, от электрических железных дорог и т.д. или из-за разнородности металлов, образующих первичные гальванические элементы. Различные почвы, действующие на секции одного электрода, могут приводить к образованию катодных и анодных участков и, как следствие, потере поверхностного металла на последних участках. К сожалению, наиболее благоприятные условия для заземляющих электродов низкого сопротивления (т.е., почвы с низким удельным сопротивлением) также благоприятны для гальванических токов.
Окисление
Паяные и сварные соединения являются точками, наиболее подверженными окислению. Тщательная очистка нового стыка или соединения и обмотка промасленной лентой - наиболее часто используемые профилактические меры.
Измерение сопротивления заземляющих электродов
Необходимо всегда иметь одну или несколько съемных перемычек для отделения заземляющего электрода для его проверки.
Необходимо всегда иметь съемные перемычки, позволяющие отделить заземляющий электрод от установки для проведения периодических проверок сопротивления заземления. Для проведения таких проверок требуются два вспомогательных электрода, каждый из которых представляет собой вертикально вводимый стержень.
При постоянном напряжении источника (U) (установка на одно и то же значение для каждой проверки):
Метод амперметра (см. Рис. Е46)
Рис. Е4 : Измерение сопротивления между землей и заземляющим электродом установки с помощью амперметра
Во избежание ошибок из-за блуждающих токов (гальванические постоянные токи или токи утечки из энергетических и коммуникационных сетей и т.д.) испытательный ток должен быть переменным, но с частотой, отличной от частоты энергосистемы или ее гармоник. Как правило, приборы для проведения измерений, работающие от генераторов с ручным приводом, генерируют напряжение переменного тока при частоте 85-135 Гц.
Интервал между контрольными электродами не является значимым параметром. Контрольные электроды могут располагаться в различных направлениях относительно проверяемых электродов согласно местным условиям. Как правило, проводится ряд испытаний при различных интервалах и направлениях для перекрестной проверки результатов испытаний.
■ Применение омметра с непосредственным отсчетом показаний для измерения сопротивления заземления
Такие приборы используются с генератором переменного тока с ручным приводом или электронного типа вместе с двумя вспомогательными электродами, интервал между которыми должен быть таким, что зона влияния испытываемого электрода не перекрывает зону влияния контрольного электрода (С). Контрольный электрод (С), самый дальний от испытываемого электрода (Х), проводит ток через землю и испытываемый электрод, а второй контрольный электрод (Р) снимает напряжение. Это напряжение, измеренное между (Х) и (Р), обусловлено испытательным током и является мерой сопротивления контакта (испытываемого электрода) с землей. Очевидно, что расстояние от (Х) до (Р) должно тщательно выбираться для получения точных результатов. Однако, если расстояние от (Х) до (С) увеличивается зоны сопротивления электродов (Х) и (С) удаляются друг от друга и кривая потенциала (напряжения) становится более горизонтальной относительно точки (О).
Однако, на практике расстояние от (Х) до (С) увеличивается до получения сходных значений, снимаемых с электрода (Р) в трех различных точках, т.е., в точке (Р) и прибл. в 5 м от точки Р с каждой стороны. Как правило, расстояние от (Х) до (Р) составляет 0,68 расстояние от (Х) до (С).
