Монтаж заземляющих устройств и замеры

Материал из Руководство по устройству электроустановок

Перейти к: навигация , поиск
Общие правила проектирования электроустановок
Подключение к распределительной сети высокого напряжения
Подключение к низковольтной распределительной сети
Руководство по выбору архитектуры сети высокого и низкого напряжения
Распределение в системах низкого напряжения
Защита от поражения электрическим током
Выбор сечения и защита проводников
Низковольтная распределительная аппаратура
Защита от перенапряжений в низковольтных сетях
Энергоэффективность в электрических сетях
Компенсация реактивной мощности и фильтрация гармоник
Управление гармониками
Особые источники питания и нагрузки
Электроустановки жилых помещений и коттеджей
Электромагнитная совместимость (ЭМС)

Содержание


Эффективный метод обеспечения малого сопротивления заземления состоит в заглублении замкнутого контура в грунт дна котлована под фундамент здания.

Сопротивление R такого контура (в однородном грунте) составляет (приблизительно), \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\mbox{R}=\frac{2\rho}{\mbox{L} }\ , где:

L = длина заглубленного проводника;

ρ = удельное сопротивление грунта, Ом•м.



Качество заземляющего устройства (как можно меньшее сопротивление) зависит в основном от двух факторов:

  • Метод монтажа
  • Тип грунта


Методы монтажа

Ниже описаны три общепринятых метода монтажа:

Заглубленная кольцевая цепь

(см. рис. E20)

Это решение настоятельно рекомендуется, особенно в случае нового здания. Электроды должны заглубляться по периметру выемки под фундаменты. Необходимо, чтобы неизолированный проводник находился в непосредственном контакте с грунтом (и не находился в гравии или заполнителе, часто образующем основание для укладки бетона). Для монтажа соединений необходимо обеспечить как минимум четыре проводника от электрода, которые широко разнесены по вертикали. При возможности, каждый арматурный стержень в бетоне должен подсоединяться к электроду. Проводник, образующий заземляющий контур, особенно если он расположен в котловане под фундамент, должен заглубляться не менее чем на 50 см под заполнитель для бетонного основания. Заземляющий контур и вертикальные проводники к нижнему этажу не должны находиться в контакте с бетоном фундамента.

Для существующих зданий заземляющий контур должен заглубляться около наружной стены помещений на глубину не менее 1 м. Как правило, все вертикальные выводы от него к поверхности должны быть изолированы на номинальное напряжение (600-1000 В).

Возможные типы проводников:

  • Медь: неизолированный (> 25 мм2) или многоленточный (> 25 мм2, толщина > 2 мм) кабель.
  • Алюминий, со свинцовой оболочкой: кабель (> 35 мм2).
  • Оцинкованная сталь: неизолированный (> 95 мм2) или многоленточный (> 100 мм2, толщина > 3 мм) кабель.

Приблизительное сопротивление растекания электрода R, Ом:

\mbox{R}=\frac{2\rho}{\mbox{L} }\ ,

где:
L = длина проводника, ρ = удельное сопротивление грунта, Ом•м (см. Влияние типа грунта).


Рис E20.jpg


Рис. E20 : Проводник, заглубленный ниже уровня фундамента(не в бетоне)


Заземляющие стержневые электроды

(см. рис. E21)

Для n стержней:  \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\mbox{R}=\frac{1\rho}{\mbox{nL} }


Вертикально расположенные заземляющие стержни часто используются для существующих зданий и для улучшения существующих заземляющих контуров (т.е. снижения сопротивления).

Возможные типы стержней:

  • Медь или (чаще) сталь с медным покрытием. Стержни из последнего материала имеют, как правило, длину 1 или 2 метра и обеспечиваются резьбой на концах и втулками для размещения на значительной глубине (например, уровень грунтовых вод в зонах с высоким удельным сопротивлением грунта).
  • Трубка из оцинкованной стали (см. примечание (1)) диаметром > 25 мм или стержень диаметром > 15 мм, длиной > 2 м в каждом случае.

Часто необходимо использовать несколько стержней. В этом случае интервал между ними должен в 2-3 раза превышать их длину.

Общее сопротивление (в гомогенном грунте) равно сопротивлению одного стержня, разделенному на число стержней. Приблизительное сопротивление R:

\mbox{R}=\frac{1\rho}{\mbox{nL} }, если интервал между стержнями > 4L,

где:
L = длина стержня, м
ρ = удельное сопротивление грунта, Ом•м (см. Влияние типа грунта)
n = число стержней


Рис E21.jpg


Рис. E21 : Заземляющие стержневые электроды

Вертикальные пластины

(см.рис. E22)

Для вертикального пластинчатого электрода:  \definecolor{bggrey}{RGB}{234,234,234}\pagecolor{bggrey}\mbox{R}=\frac{0,8\rho}{\mbox{L} }


Прямоугольные пластины, каждая сторона которых должна быть > 0,5 м, обычно используются в качестве заземляющих электродов, заглубляемых в вертикальной плоскости таким образом, что центр пластины находится минимум на 1 м ниже поверхности грунта.

Возможные типы пластин:

  • Медь, толщина 2 мм
  • Оцинкованная [1] сталь, толщина 3 мм

Сопротивление R, Ом, равно (приблизительно): \mbox{R}=\frac{0,8\rho}{\mbox{L} } ,

где:
L = периметр пластины, м
ρ = удельное сопротивление грунта, Ом•м (см. Влияние типа грунта)


Рис E22.jpg


Рис. E22 : Вертикальная пластина


Влияние типа грунта

Замеры на заземляющих электродах в аналогичных грунтах полезны для определения удельного сопротивления, используемого при расчете системы заземляющих электродов.


Тип грунта Среднее значение удельного сопротивления, Ом
Заболоченная почва 1 - 30
Илистый наносной слой 20 - 100
Дерновая земля, гнилая листва 10 - 150
Торф 5 - 100
Мягкая глина 50
Глинистый известняк и уплотненная глина 100 - 200
Юрский известняк с содержанием глины 30 - 40
Глинистый песок 50 - 500
Кремнистый песок 200 - 300
Каменистый грунт 1500 - 3000
Задернованный каменистый грунт 300 - 500
Известняковый грунт 100 - 300
Известняк 1000 - 5000
Трещиноватый известняк 500 - 1000
Аспидный сланец 50 - 300
Слюдистый сланец 800
Гранит и песчаник 1500 - 10000
Измененный гранит и песчаник 100 - 600


Рис. E23 : Удельное сопротивление (Ом•м ) разных типов грунта


Тип грунта Среднее значение удельного сопротивления, Ом
Плодородная почва, уплотненный насыпной грунт 50
Засушливая почва, гравий, неуплотненный неоднородный грунт 500
Каменистый грунт, открытый сухой песок, трещиноватые породы 3000


Рис. E24 : Среднее удельное сопротивление (Ом•м ) для разных грунтов


Измерение сопротивления растекания заземляющего контура

Сопротивление заземляющего устройства редко остается постоянным

Некоторые основные факторы, влияющие на такое сопротивление:

  • Влажность грунта

Сезонные изменения содержания влаги в грунте могут быть значительными на глубине до 2 метров.
На глубине 1 метра удельное сопротивление (и, следовательно, сопротивление) может изменяться в 1-3 раза между влажной зимой и сухим летом в регионах с умеренным климатом.

  • Замерзание

Мерзлая земля может повышать удельное сопротивление грунта на несколько порядков. Это одна из причин, по которой рекомендуется монтировать электроды на большой глубине, особенно в районах с холодным климатом.

  • Старение

Характеристики материалов, используемых для изготовления электродов, ухудшаются в той или иной мере по разным причинам, например:
  -  Химические реакции (в кислых или щелочных грунтах).
  -  Гальванический эффект: из-за блуждающих постоянных токов в земле, например, от электрических железных дорог и т.д., или из-за разнородности металлов, составляющих первичные элементы. Разные грунты, действующие на участки одного проводника, могут также образовывать катодные и анодные зоны с последующей потерей поверхностного слоя металла. К сожалению, наиболее благоприятные условия для низкого сопротивления между землей и электродом (например, низкое удельное сопротивление грунта) также благоприятствуют образованию гальванических токов.

  • Окисление

Паяные и сварные швы и соединения являются местами, наиболее чувствительными к окислению. Для предупреждения окисления обычно используется тщательная очистка выполненного шва или соединения и обмотка промасленной лентой.

Измерение сопротивления между электродом и землей

Необходимо обеспечить съемные перемычки, которые позволяют изолировать заземляющий контур от электроустановки для периодической проверки сопротивления заземления. Для проведения таких проверок требуются два вспомогательных электрода.

  • Измерение с помощью амперметра (см. рис. E25):


Рис E25.jpg


Рис. E25 : Измерение сопротивления заземляющего устройства с помощью амперметра


A = R_T+{R_{t1} } = \frac{U_{Tt1} }{i_1}

B = R_{t1}+R_{t2} = \frac{U_{t1t2} }{i_2}

C = R_{t2}+R_T = \frac{U_{t2T} }{i_3}

При постоянном напряжении источника U (с одинаковой поправкой для каждой проверки):

R_T=\frac{U}{2}\left ( \frac{1}{i_1} + \frac{1}{i_3} - \frac{1}{i_2}\right )

Чтобы устранить погрешности из-за блуждающих токов земли (гальванические постоянные токи или токи утечки от силовых сетей, сетей связи и т.д.), испытательный ток должен быть переменным с частотой, отличной от частоты энергосистемы или ее гармоник. Приборы, использующие генераторы с ручным приводом для выполнения этих измерений, обычно генерируют напряжение переменного тока при частоте 85-135 Гц.

Расстояния между электродами при данном способе измерения не имеют большого значения и могут измеряться в разных направлениях от проверяемого электрода в зависимости от местных условий. Как правило, выполняется ряд проверок при разных интервалах и направлениях для сверки результатов проверок.

  • Использование омметра с прямым считыванием для измерения сопротивления заземления.

Этот прибор использует генератор с ручным приводом или электронный генератор переменного тока и два вспомогательных электрода, интервал между которыми должен быть таким, что зона влияния проверяемого электрода не перекрывает зону влияния контрольного электрода. Контрольный электрод С, самый дальний от проверяемого электрода Х, проводит ток через землю и проверяемый электрод, а второй контрольный электрод Р принимает напряжение. Это напряжение, измеренное между Х и Р, вызвано испытательным током и является мерой сопротивления (проверяемого электрода) в контакте с землей. Необходимо тщательно выбрать расстояние между Х и Р для обеспечения точных результатов. При увеличении расстояния между Х и С зоны растекания электродов Х и С удаляются друг от друга, и кривая потенциала (напряжения) становится все более горизонтальной около точки О.

Поэтому, при проверках расстояние между Х и С увеличивается до получения аналогичных показаний, снимаемых с помощью электрода Р в трех различных точках, например, в точке Р и на расстоянии около 5 метров от точки Р. Как правило, расстояние между Х и Р составляет около 0,68 расстояния между Х и С.


Рис E26a.jpg


a) Принцип измерения основан на предположении об однородности грунта. В случае перекрывания зон влияния электродов С и Х трудно определить положение контрольного электрода Р для получения удовлетворительных результатов.



Рис E26b.jpg


b) Показывает эффект широкого разноса Х и С на градиент потенциала. Положение контрольного электрода Р не имеет большого значения и может быть легко определено.


Рис. E26 : Измерение сопротивления растекания с помощью омметра


Примечания

[1] Если используются заземляющие электроды из оцинкованных проводящих материалов, могут потребоваться протекторные аноды катодной защиты для предотвращения быстрой коррозии электродов в агрессивном грунте. Можно использовать специальные магниевые аноды (в пористом пакете, заполненном соответствующим грунтом) для прямого подсоединения к электродам. В этом случае следует проконсультироваться у специалиста.