Наименьшие сечения защитных проводников

 

Сечение фазных проводников, мм2	Наименьшее сечение защитных проводников, мм2
S ≤ 16 16 < S ≤ 35 S ≥ 35	S 16 S/2

 

Примечания: 1. Площади сечений приведены для случая, когда защитные проводники изготовлены из того же материала, что и фазные проводники. Сечения защитных проводников из других материалов должны быть эквивалентны по проводимости приведенным.

2. Площади сечения совмещенных нулевых защитных и нулевых рабочих PEN-проводников должны быть не менее 10 мм² по меди и 16 мм² по алюминию

 

должно быть не менее половины наибольшего сечения основного защитного (заземляющего или нулевого защитного) проводника электроустановки. В любом случае их сечение должно быть не менее: медных – 6 мм², алюминиевых – 16 мм², стальных – 50 мм². При этом использовать в основной системе уравнивания потенциалов алюминиевые (тем более медные) проводники сечением более 25 мм², как правило, не требуется.

Сечение проводников дополнительной системы уравнивания потенциалов должно быть не менее:

– при соединении двух открытых проводящих частей – сечения меньшего из подключенных к ним основных защитных проводников;

– при соединении открытой проводящей части и сторонней проводящей части (металлические конструкции зданий, подкрановые рельсовые пути и др.) – половины сечения основного защитного проводника, подключенного к открытой проводящей части.

В качестве защитных (в том числе заземляющих и нулевых защитных) проводников кроме специально предусмотренных изолированных и неизолированных проводов (использование последних для иных целей не допускается) могут использоваться и естественные проводники – как открытые проводящие части электроустановок (алюминиевые оболочки кабелей, стальные трубы электропроводок и др.), так и сторонние проводящие части. При соответствии требованиям ПУЭ по проводимости они могут быть единственными заземляющими (нулевыми защитными) проводниками. Не допускается использование сторонних проводящих частей в качестве единственного совмещенного PEN-проводника. Последнее не исключает использование открытых и сторонних проводящих частей в качестве дополнительного (дублирующего) PEN-проводника для присоединения к системе уравнивания потенциалов.

Не допускается использовать нулевые защитные проводники цепей в качестве нулевых защитных проводников электрооборудования, питающегося по другим цепям, а также использовать открытые проводящие части электрооборудования в качестве нулевых защитных проводников для другого электрооборудования. Запрещается использовать в качестве защитных PE-проводников трубопроводы газоснабжения и других горючих и взрывоопасных веществ, трубы канализации и отопления, несущие тросы при тросовой электропроводке, свинцовые оболочки проводов и кабелей.

Соединения и присоединения защитных проводников должны надежно обеспечивать непрерывность электрической цепи, быть защищенными от коррозии и механических повреждений и, за некоторыми исключениями, доступными для осмотра. При этом соединения стальных проводников предпочтительно выполнять посредством сварки.

Присоединение каждой открытой проводящей части электроустановки (каждого электроаппарата) к заземляющему или нулевому защитному проводнику (магистрали заземления), а также к основной системе уравнивания потенциалов должно быть выполнено при помощи отдельного ответвления сваркой или болтовым соединением – последовательное подключение (первой подлежащей заземлению проводящей части ко второй, а уже последней – к защитному проводнику) не допускается.

РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Методика расчета

                                                                                            

Цель расчета: определение количества отдельных – вертикальных и(или) горизонтальных – заземлителей, а также схемы их расположения.

Основным исходным параметром для расчета является наибольшее допустимое сопротивление заземляющего устройства R_з (см. разделы 1 и 2), обозначенное в настоящем разделе как R_доп (допустимое).

При наличии естественных заземлителей с сопротивлением R_е (R_е > R_доп, иначе расчет теряет смысл) определяют наибольшее допустимое сопротивление искусственного заземлителя R_{и доп} (предполагается, что взаимное экранирование между естественным и искусственным заземлителями отсутствует):

 

R_{и доп} = R_еR_доп /(R_е – R_доп)                            (4.1)

 

Сопротивление естественного заземлителя обычно измеряют. Можно его рассчитать по удельному сопротивлению грунта (см. ниже) и длине проложенных в земле металлических труб или кабелей (см. табл. П.1, П.2).

При отсутствии естественных заземлителей R_{и доп} = R_доп.

Другим параметром для расчета является удельное электрическое сопротивление грунта в месте устройства заземления, ориентировочные пределы изменения которого для некоторых видов земли и воды приведены в табл. П.3. Расчетное удельное сопротивление r определяют умножением измеренного значения r_изм (заданного в условии) на коэффициент сезонности ψ (фактически это коэффициент запаса, учитывающий возможность возрастания удельного сопротивления грунта при его высыхании):

 

r= r_изм×ψ                                            (4.2)

 

Значения коэффициента ψ в зависимости от влажности земли в момент измерения и климатической зоны (Волгоград относится к III зоне) для однородной земли приведены в табл. П.4 – отдельно для вертикальных (ψ_в) и горизонтальных (ψ_г) электродов с учетом их длины.

Алгоритм дальнейшего расчета зависит от конструкции заземлителя.

При устройстве стационарного заземления (цехов предприятий, административных, общественных и жилых зданий) используется комбинированный групповой заземлитель – система заглубленных в землю вертикальных электродов, соединенных горизонтальным электродом связи, также расположенным в земле (рис. 3.1, а). В этом случае (1-й алгоритм; реализован во всех приведенных в настоящем разделе примерах расчета) рассчитывают два различных значения удельного сопротивления грунта: r_в = r_изм×ψ_в для вертикальных заземлителей и r_г = r_изм×ψ_г для электрода связи. Рекомендации по длине, а также профилю и размерам сечения вертикальных заземлителей приведены в разделе 3. При их назначении следует учитывать тип грунта: например, в более рыхлый грунт, песок, легче внедрить вертикальные электроды большей длины (при меньшем их сечении). Длина горизонтального электрода первоначально принимается более 50 м. Горизонтальный электрод расположен на значительно меньшей глубине, чем вертикальные. Поэтому величина ψ_г больше, чем ψ_в, а r_г больше, чем r_в. Заметим, что обязательным на этом этапе является расчет удельного сопротивления грунта только для вертикальных заземлителей. Определение (уточнение) величины r_г может производиться и позднее – после окончательного определения длины горизонтального электрода связи.

Определяют сопротивление для одного вертикального электрода:

 

R_в = (ln  + ln ),                          (4.3)

 

где r_в – расчетное удельное сопротивление грунта для вертикального электрода, Ом×м;

l – длина вертикального электрода, м;

d – диаметр вертикального (стержневого или трубчатого) электрода (для уголка с шириной полки c в формулу вместо d подставляют эквивалентный диаметрd_экв = 0,95c), м;

t = h + (l/2) – расстояние от поверхности земли до середины вертикального электрода (h = 0,7÷0,8 м – глубина траншеи, в дно которой заглубляют вертикальные штыри, равная глубине заложения горизонтального электрода связи – см. рис. 3.1, а), м.

После этого находят произведение коэффициента использования вертикальных электродов η_в на их количество n:

 

η_вn = R_в/R_{и доп}                                        (4.4)

 

По величине η_вn легко оценить количество вертикальных заземлителей n и решить, какое использовать расположение заземлителей – контурное или в ряд (в ходе решения схема может быть изменена). При больших значениях η_вn (большом количестве вертикальных электродов) следует начинать с размещения по контуру, при малых – с ряда. Угадать правильную схему можно и раньше, после ознакомления с заданием: при больших r_в и малых R_доп (R_{и доп}) – контур, при, наоборот, малых r_в и больших R_доп (R_{и доп}) – ряд. Отметим, что часто (по традиции) начинают решение с контурной схемы. Однако рациональнее начинать с ряда (расчет в среднем короче).

При решении начать с контурной схемы определяют предварительные размеры и длину L контура заземления (исходят из того, что контур расположен вне здания), равную длине траншеи и электрода связи. Для рытья траншеи рекомендуется отступить от стен здания 1,5÷2,5 м.

По величине η_вn из табл. П.5 определяют количество вертикальных электродов n (для рекомендуемого при контурном заземлении отношения расстояния между вертикальными электродами к их длине a/l = 3). Не указанные в таблице значения параметров находят интерполяцией. Полученное значение n округляют до четного числа (для наличия вертикальных электродов в углах контура), предпочтительно в меньшую сторону. Определяют среднее расстояние между вертикальными электродами а = L/n и уточняют отношение a/l. В случае отклонения a/l от 3 можно попытаться изменить длину вертикальных электродов. Коррекция длины контура L возможна лишь в узких пределах. При a/l > 3 уменьшение размеров контура вплоть до размещения его внутри здания чаще всего невозможно (хотя это только повысило бы уровень безопасности). В этом случае следует согласиться с увеличением a/l относительно рекомендуемой величины. Если число n оказывается очень малым, а расстояние a и отношение a/l слишком большими (a/l >> 3), следует перейти к размещению вертикальных электродов в ряд (см. пример 2). При a/l < 3 увеличение размеров контура с возрастанием расстояния от стен также нежелательно – как по причине снижения безопасности (в том числе из-за возрастания вероятности попадания под шаговое напряжение случайных лиц вне здания), так и по экономическим соображениям (увеличение площади занятой земли). Лучше оставить предварительный контур – вполне допустимо уменьшение a/l до 2 (а в «безвыходных» ситуациях – и ниже: предельное расстояние между вертикальными электродами a_min = 2,5 м).

Определяется сопротивление горизонтального электрода связи:

R_г = ln ,                                    (4.5)

 

где r_г – расчетное удельное сопротивление грунта для горизонтального электрода, Ом×м;

L – длина горизонтального электрода (контура заземления, ряда), м;

b – ширина полосы (при использовании в качестве соединительного горизонтального электрода круглого прутка вместо b в формулу следует подставить удвоенный диаметр прутка – 2d_г), м;

h – глубина заложения горизонтального электрода (траншеи), м.

Результирующее (общее) сопротивление искусственного комбинированного группового заземлителя определяют по формуле:

 

            R_и = R_вR_г/(R_вη_г + R_гnη_в),                                (4.6)

 

где η_в и η_г – коэффициенты использования вертикальных и горизонтального электродов (находятся из табл. П.5 и П.6 соответственно; при a/l > 3 – как для a/l = 3, что идет в запас расчета по безопасности).

Если решение начато исходя из схемы размещения в ряд, по величине η_вn из табл. П.5 определяют количество вертикальных электродов n при минимальном для ряда отношении a/l = 2 (рекомендуемый диапазон a/l = 2÷3; четность числа n необязательна). Длина ряда определяется как произведение расстояния а на число промежутков между вертикальными электродами L = а(n – 1). Если величина L = 2l(n – 1) окажется меньше длинной стороны здания, то решение о расположение вертикальных электродов в ряд считается принятым, если L существенно больше, следует перейти к контуру. Если L незначительно больше длинной стороны здания, можно уменьшить L до этого размера – при том же числе n. Отношение a/l окажется несколько меньше двух, коэффициенты η_в и η_г находятся из табл. П.5 и П.6 линейной интерполяцией для 1 < a/l < 2. Допустимо расположить ряд вдоль двух сторон здания (подробнее см. решение 4 из примера 5).

При последующем определении R_г (4.5) для ряда следует помнить, что длина ряда может оказаться меньше 50 м (см. табл. П.4) – требуется корректировка значений ψ_г (интерполяцией) и r_г (если определение r_г в начале расчета не производилось, его надо выполнить).

Завершается расчет, как и для контура, вычислением общего сопротивления R_и (4.6).

Полученное значение R_и не должно превышать R_{и доп} (при отсутствии естественных заземлителей – R_доп). В то же время, сопротивление R_и не должно быть в разы меньше допустимого во избежание неоправданно больших затрат на создание заземляющего устройства. Если результаты не удовлетворяют установленным ограничениям, то изменяют параметры группового заземлителя (длину, число вертикальных электродов, схему размещения) и повторяют расчет. Отметим, что для многослойной земли расчет заметно усложняется (см. [11]).

Для расчета временного заземления передвижных установок с использованием инвентарных стержневых заземлителей диаметром d, погружаемых в землю на глубину l_п (не более 1,5 м), верхние концы которых (выступающие над землей) электрически связаны заземляющим проводником (рис. 3.1, б), используется 2-й алгоритм. По формуле (4.2) вычисляют расчетное удельное сопротивление грунта r_в. Заметим, что в этом случае из-за небольшой глубины погружения вертикальных электродов в грунт при определении r_в корректнее принимать значение коэффициента сезонности из табл. П.4 для горизонтальных электродов (10-метровой длины).

Рассчитывается сопротивление одного вертикального электрода:

 

       R_э = ln                                    (4.7)

 

Далее, как и в 1-м алгоритме, по формуле (4.4) определяют произведение η_вn = R_э /R_{и доп}. В зависимости от размеров и формы участка, отведенного под заземлитель, размещают электроды в ряд или по контуру. Расстояние a между соседними электродами выбирают из условия a/l_п = 1 (допускается увеличение до a/l_п = 2). Затем по табл. П.5 определяют необходимое число электродов n (не указанные значения находят интерполяцией и округляют в большую сторону, одновременно корректируя расположение электродов). В окончательном варианте сопротивление искусственного группового заземлителя R_и = R_э /(nη_в) не должно превышать R_{и доп}.

Общее сопротивление группового заземлителя, состоящего из n_гп параллельно уложенных в землю на глубине h горизонтальных полос шириной b и длиной L, (3-й алгоритм) определяют по формуле:

 

R_и = R_гп /(n_гпη_гп),                                                   (4.8)

 

где R_гп – сопротивление растеканию тока для одной полосы, которое может быть рассчитано по формуле (4.5), Ом; η_гп – коэффициент использования горизонтальных полосовых заземлителей (табл. П.7).

Исходя из размера площадки для размещения заземлителя и с учетом экономии металла определяют число полос, их длину и глубину заложения – так, чтобы сопротивление R_и оказалось не больше допустимого.

Внимание! В случае замены в формулах (4.3), (4.5) и (4.7) натуральных логарифмов десятичными следует заменить коэффициент 1/2π на 0,366 (что и сделано во всех представленных ниже примерах расчета).

 

Примеры расчета

 

Пример 1. Рассчитать повторное заземление нулевого защитного проводника для механического цеха, расположенного в здании с габаритами в плане 50´30 м (используется трехфазная сеть с глухозаземленной нейтралью напряжением 380/220 В). От данной линии запитан еще один цех, для которого выполнено аналогичное заземление с сопротивлением 20 Ом. Грунт – песок. При измерении его удельного сопротивления (при нормальной влажности земли) получили значение r_изм = 1200 Ом×м. Вне здания имеется естественный заземлитель с сопротивлением R_е = 60 Ом.

Решение. В описанном случае достаточно обеспечить величину R_доп £ 20 Ом (при этом общее сопротивление повторных заземлений двух цехов не будет превышать нормативного значения – 10 Ом). Пренебрегая сопротивлением заземляющего проводника, находим наибольшее допустимое сопротивление искусственного заземлителя по формуле (4.1):

 

R_{и доп} = R_еR_доп /(R_е  – R_доп) = 60×20/(60 – 20) = 30 (Ом)

 

Учитывая очень большое удельное сопротивление грунта, применяем контурное заземление – комбинированный групповой заземлитель из вертикальных электродов и полос связи, размещенных по прямоугольному контуру с предварительным размером 54´34 м (расположенному вне здания на расстоянии 2 м от стен). Кроме того, при относительно небольшой ширине здания контурное заземление будет обеспечивать выравнивание потенциалов основания на большей части площади (естественный заземлитель вынесен за пределы здания и не может выполнять эту задачу).

Расчетные удельные сопротивления земли определяем по формуле (4.2). Для вертикальных электродов: r_в = r_измψ_в = 1200×1,3 = 1560 (Ом×м). Коэффициент сезонности ψ_в = 1,3 найден для l = 3 м из табл. П.4 (здесь и далее решение дано для Волгограда, климатическая зона III). Для горизонтального электрода связи: r_г = r_измψ_г = 1200×2,0 = 2400 (Ом×м) (коэффициент ψ_г взят из табл. П.4 для максимальной длины полосы связи – 50 м).

Для рыхлого грунта (песка) в качестве вертикальных электродов используем уголки меньшего сечения 40´40 мм (d_экв = 0,95с = 0,95×0,04 = 0,038, м) длиной l = 3 м, верхний конец которых расположен на глубине h = 0,8 м от поверхности земли. Тогда t = h + (l/2) = 0,8 + (3/2) = 2,3 м. Определяем сопротивление одного вертикального электрода (4.3):

 

R_в = 0,366 (lg  + lg ) =

= 0,366 (lg  + lg ) = 446 (Ом)

 

Определяем произведение коэффициента использования вертикальных электродов η_в на их количество n по формуле (4.4): η_вn = R_в/R_{и доп} = 446/30 = 14,9 (достаточно большая величина η_вn свидетельствует о правильности выбора контурной схемы). Находим количество вертикальных заземлителей n по табл. П.5 (для рекомендуемой при контурном заземлении величины а/l = 3). Для η_вn = 14,2 n = 20, для η_вn = 26,4 n = 40. Число n для η_вn = 14,9 определяем линейной интерполяцией: n = 20 + ((40 – 20)/(26,9 – 14,2))×(14,9 – 14,2) = 21,1. Округляем результат до меньшего четного числа – n = 20. При а/l = 3 длина контура будет составлять L = аn = 3ln = 3×3×20 = 180 (м), незначительно отличаясь от длины предварительно принятого контура 54´34 м: 2(50 + 2×2) + 2(30 + 2×2) = 176 (м).

Решение можно продолжить по двум вариантам: либо принять новый контур – 55´35 м (траншея будет располагаться на несколько большем расстоянии от стен здания – 2,5 м), либо сохранить первоначально принятый контур заземления (54´34 м) при незначительном уменьшении величины а/l до а/l = L/nl = 176/(20×3) = 2,93. Принимаем второй вариант, как несколько более экономичный и безопасный.

Для нахождения коэффициента использования η_в вертикальных электродов по табл. П.5 воспользуемся линейной интерполяцией по параметру а/l. Для 20-и электродов при размещении их по контуру коэффициент использования равен η_в = 0,63 при а/l = 2 и η_в = 0,71 при а/l= 3. Тогда для а/l = 2,93 η_в = 0,63 + ((0,71 – 0,63)/(3 – 2))×(2,93 – 2) = 0,704.

В качестве горизонтального электрода связи используем стальную полосу шириной b = 0,04 м. Длина полосы равна длине контура: L = 176 м (что больше 50 м; корректировка ψ_г и r_г не требуется). Тогда сопротивление горизонтального электрода связи (4.5):

 

R_г = 0,366 lg  = 0,366 lg  = 31,4 (Ом)

 

Из табл. П.6 линейной интерполяцией по параметру а/l находим коэффициент использования η_г горизонтальной полосы связи. При числе вертикальных электродов n = 20 в случае размещения их по контуру коэффициент использования равен η_г = 0,32 при а/l = 2 и η_г = 0,45 при а/l = 3. Тогда для а/l = 2,93 η_г = 0,32 + ((0,45 – 0,32)/(3 – 2))×(2,93 – 2) = 0,441.

Результирующее сопротивление искусственного заземлителя (4.6): R_и = R_вR_г /(R_вη_г + R_гnη_в) = 446×31,4/(446×0,441 + 31,4×20×0,704) = 21,9 (Ом).

Так как R_и меньше R_{и доп} (30 Ом), не очень значительно от него отличаясь, результат расчета можно считать удовлетворительным.

На рис. 4.1 представлена схема расположения заземлителей. Вертикальные электроды расположены так, чтобы расстояния между ними вдоль длинной и короткой стороны здания отличались минимально.

Рис. 4.1. Размещение искусственного заземлителя на плане цеха 50´30 м:

1 – стена здания; 2 – вертикальные электроды; 3 – горизонтальная полоса связи

 

При необходимости экономии металлопроката можно воспользоваться итерационными расчетами, последовательно уменьшая число вертикальных электродов, – до получения приемлемого результата.

Пример 2. Рассчитать повторное заземление нулевого защитного проводника для здания с размерами в плане 60´40 м (используется трехфазная сеть с глухозаземленной нейтралью напряжением 380/220 В). Измеренное удельное сопротивление грунта (глины при малой влажности) r_изм = 70 Ом×м.

Решение. Применим комбинированный групповой заземлитель из вертикальных электродов и полос связи, размещенных по прямоугольному контуру, расположенному вне здания, отступив от стен по 1,5 м. Предварительные размеры контура 63´43 м, его длина – L = 63×2 + 43×2 = 212 (м).

Из-за сложности заглубления в глинистый грунт в качестве вертикальных электродов используем уголки большего сечения 60´60 мм (d_экв= 0,95с = 0,95×0,06 = 0,057 м) длиной l = 2,5 м с заглублением их на h = 0,7 м. Тогда t = h + (l /2) = 0,7 + (2,5/2) = 1,95 м. Расчетное удельное сопротивление земли для вертикального электрода (4.2): r_в =r_измψ_в = 70×1,225 = 86 (Ом×м). Коэффициент сезонности найден для l = 2,5 м из табл. П.4 линейной экстраполяцией ψ_в = 1,2 + ((1,1 – 1,2)/(5 – 3))×(2,5 – 3) = 1,225. Здесь экстраполяция обязательна – если взять ψ_в для l = 3 м, будет занижен запас по безопасности. Расчетное удельное сопротивление земли для горизонтального электрода связи (4.2): r_г = r_измψ_г = 70×1,6 = 112 (Ом×м). В этом случае пользоваться экстраполяционной формулой нельзя – длина контура и горизонтального электрода связи (212 м) слишком далека от верхней границы (50 м) известной области значений ψ_г. Поэтому коэффициент ψ_г взят из табл. П.4 для длины 50 м, что идет в запас расчета по безопасности.

Сопротивление одиночного вертикального электрода (4.3):

 

R_в = 0,366 (lg  + lg ) =

= 0,366 (lg  + lg ) = 26,3 (Ом)

 

В условии нет данных о других зданиях, подключенных к линии электропередачи. Для одного здания требуется одно повторное заземление с минимальным допустимым сопротивлением R_{и доп} = R_доп = 10 Ом.

Определяем произведение числа вертикальных электродов на коэффициент использования (4.4): η_вn = R/R_{и доп} = 23,6/10 = 2,36. Это соответствует (при любом значении а/l – табл. П.5) минимальному для контура количеству вертикальных заземлителей n = 4.

Найдем предварительное среднее расстояние между вертикальными электродами а = L/n = 212/4 = 53 (м) и отношение а/l = 53/2,5 = 21,2. Полученное значение во много раз превышает рекомендуемое (а/l = 3). Обращаем внимание и на то, что при ширине здания 40 м контурное заземление совершенно не обеспечивает снижение величины напряжения прикосновения в средней части здания (расстояние до ближайшего заземлителя превышает 20 м). Становятся необходимыми дополнительные мероприятия по выравниванию потенциалов основания. Таким образом, необходимо расположить заземлители в ряд (заметим, что это решение можно было принять сразу после вычисления η_вn = 2,36, или даже сразу после ознакомления с условием – удельное сопротивление глины мало).

По табл. П.5 для размещения в ряд ближайшее к 2,36 значение η_вn равно 2,34 при а/l = 1, что выходит за границы рекомендуемого диапазона (2÷3). Другое ближайшее значение η_вn = 2,61 имеет место для n = 3 при а/l = 2 (входит в рекомендуемый диапазон а/l; четность числа вертикальных электродов для ряда не обязательна). При этом длина ряда (горизонтальной полосы связи) равна L = а(n – 1) = 2l(n – 1) = 2×2,5(3 – 1) = 10 (м), что меньше любой стороны здания. Ряд будет расположен, как это рекомендуется ПУЭ, по месту ввода от линии электропередачи в здание. Коэффициент использования вертикальных электродов (ряд, а/l = 2, n = 3) η_в = 0,87.

Прежде чем рассчитать сопротивление горизонтального электрода связи (стальная полоса шириной b = 0,025 м) необходимо скорректировать величину r_г. В начале расчета предполагалось, что длина L больше 50 м (для контура). Для ряда она оказалась значительно меньше – 10 м. При этом изменилась величина ψ_г  = 2,0 (табл. П.4) и r_г = r_измψ_г = 70×2,0 = 140 (Ом×м). Тогда сопротивление горизонтальной полосы связи (4.5):

 

R_г = 0,366 lg  = 0,366 lg  = 20,8 (Ом)

 

По табл. П.6 интерполяцией находим значение коэффициента использования горизонтальной полосы связи (расположение вертикальных электродов в ряд, а/l = 2). При n = 2 η_г = 0,94, при n = 4 η_г = 0,89. Тогда для n = 3 η_г = (0,94 + 0,89)/2 = 0,915.

Результирующее сопротивление искусственного заземлителя (4.6): R_и = R_вR_г/(R_вη_г + R_гnη_в) = 23,6×20,8/(23,6×0,915 + 20,8×3×0,87) = 6,5 (Ом).

Так как R_и меньше R_{и доп}, не очень значительно от него отличаясь, результат расчета можно считать удовлетворительным. Тем не менее, исходя из необходимости экономии металлопроката проверим вариант с n = 2 вертикальными электродами при а/l = 3. В этом случае η_в = 0,94, η_г = 0,96, L = 3l = 3×2,5 = 7,5 (м) – опять требуется корректировка ψ_г и r_г. Величина L = 7,5 м в таблице П.4 выходит за пределы известного диапазона 10÷50 м. С уменьшением L величины ψ_г и r_г, а следовательно, и итоговое расчетное сопротивление заземляющего устройства возрастают. Принимать величину ψ_г для крайнего значения L из известного диапазона (10 м) некорректно – снизится запас по безопасности. Поэтому определяем ψ_г с использованием формулы линейной экстраполяции: ψ_г = 2,0 – ((2,0 – 1,6)/(50 – 10))×(7,5 – 10) = 2,025; r_г = r_измψ_г = 70×2,025 = 141,8 (Ом×м).

Тогда сопротивление горизонтальной соединительной полосы (4.5):

 

R_г = 0,366 lg  = 0,366 lg  = 26,4 (Ом)

Общее сопротивление комбинированного заземлителя (4.6): R_и = R_вR_г/(R_вη_г + R_гnη_в) = 23,6×26,4/(23,6×0,96 + 26,4×2×0,94) = 8,6 (Ом), что меньше R_{и доп}. Вариант экономичнее, но запас безопасности не только меньше, но и вызывает сомнения: зависимость ψ_г(L) при L < 10 м вряд ли является линейной, а определение ψ_г экстраполяцией может быть неадекватным.

Пример 3. Рассчитать повторное заземление нулевого защитного проводника для здания с размерами в плане 70´50 м (используется трехфазная сеть с глухозаземленной нейтралью напряжением 380/220 В). Измеренное удельное сопротивление грунта (суглинка при нормальной влажности) r_изм = 110 Ом×м. R_доп = 10 Ом.

Решение. В условии нет данных о естественных заземлителях, поэтому R_{и доп} = R_доп = 10 Ом. Применим комбинированный групповой заземлитель из вертикальных электродов и горизонтального электрода связи. Решение по расположению (контур или ряд) пока не принимаем.

Из-за сложности заглубления в суглинок в качестве вертикальных электродов используем уголки большего сечения – 60´60 мм (d_экв= 0,95с = 0,95×0,06 = 0,057 м) длиной l = 2,5 м при глубине заложения h = 0,7 м. Тогда t = h + (l /2) = 0,7 + (2,5/2) = 1,95 м. Расчетное удельное сопротивление земли для вертикальных электродов (4.2): r_в =r_измψ_в = 110×1,325 = 145,8 (Ом×м). Коэффициент сезонности ψ_в = 1,325 найден для l = 2,5 м из табл. П.4 линейной экстраполяцией: ψ_в = 1,3 + ((1,2 – 1,3)/(5 – 3))×(2,5 – 3) = 1,325. Не зная схему размещения и длину горизонтального электрода связи, коэффициент ψ_г и удельное сопротивление r_г пока не определяем.

Сопротивление одиночного вертикального электрода (4.3):

 

R_в = 0,366 (lg  + lg ) =

= 0,366 (lg  + lg ) = 44,6 (Ом)

 

Определяем произведение числа вертикальных электродов на коэффициент их использования (4.4): η_вn = R/R_{и доп} = 44,6/10 = 4,46. Малая величина η_вn предполагает выбор схемы размещения в ряд. Кроме того, при ширине здания 50 м контурное заземление не обеспечивает снижение напряжения прикосновения в средней части здания (расстояние до ближайшего заземлителя превышает 20 м) без дополнительных мероприятий по выравниванию потенциалов основания. В этом случае расположение заземлителей в ряд намного экономичнее, а при использовании выравнивания потенциалов уровень безопасности только возрастет.

При расположении электродов в ряд отношение а/l рекомендуется выбирать из диапазона 2÷3. Для а/l = 2 при величине η_вn = 4,62, очень близкой к расчетной, число электродов n = 6. При этом длина ряда (и горизонтального электрода связи) равна L = а(n – 1) = 2l(n – 1) = 2×2,5(6 – 1) = 25 (м). Для а/l = 3 приходится воспользоваться формулой линейной интерполяции. При η_вn = 3,56 n = 4, при η_вn = 5,1 n = 6 (табл. П.5). Тогда при η_вn = 4,46: n = 4 + ((6 – 4)/(5,1 – 3,56))×(4,46 – 3,56) = 5,2. Принимаем n = 5. При этом длина ряда равна L = а(n – 1) = 3l(n – 1) = 3×2,5(5 – 1) = 30 (м). Оба варианта вполне приемлемы по длине ряда – ряды не выходят за пределы цеха даже при размещении вдоль короткой стороны. С точки зрения экономии металлопроката предпочтительнее второй вариант (n = 5, L = 30 м). Использование дополнительного уголка 60´60 мм длиной 2,5 м явно дороже удлинения соединительного горизонтального электрода на 5 м. Сопоставить затраты на заглубление одного уголка и рытья траншеи на 5 м длиннее (и окончательно сравнить варианты по стоимости) можно только путем экономического расчета. Принимаем вариант с n = 5 и L = 30 м. Для а/l = 3 и n = 5 по данным табл. П.5 (для n = 4 и n = 6) η_в = (0,89 + 0,85)/2 = 0,87. Аналогично по данным табл. П.6 – η_г = (0,92 + 0,88)/2 = 0,9.

Теперь, зная длину горизонтального соединительного электрода, можно определить удельное сопротивление грунта для горизонтального заземлителя. По табл. П.4 для нормальной влажности грунта при L = 10 м коэффициент ψ_г = 2,5, при L = 50 м ψ_г = 2,0. Интерполируя, получим для L = 30 м ψ_г = 2,5 + ((2,0 – 2,5)/(50 – 10))×(30 – 10) = 2,25. Расчетное удельное сопротивление земли для горизонтального электрода связи (4.2): r_г = r_измψ_г = 110×2,25 = 247,5 (Ом×м).

В качестве горизонтального электрода связи используем круглый стальной пруток диаметром d_г = 0,012 м. Тогда сопротивление горизонтального соединительного электрода:

 

R_г = 0,366 lg  = 0,366 lg  = 15,2 (Ом)

 

Результирующее сопротивление искусственного заземлителя определяем по формуле (4.6): R_и = R_вR_г/(R_вη_г + R_гnη_в) = 44,6×15,2/(44,6×0,9 + 15,2×5×0,87) = 6,4 (Ом).

Так как R_и меньше R_{и доп}, не очень значительно от него отличаясь, результат расчета можно считать удовлетворительным.

 

Пример 4. Рассчитать защитное заземление оборудования для цеха, расположенного в здании с габаритами в плане 110´60 м (используется трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью напряжением 380/220 В). Грунт – песок. Измеренное (при повышенной влажности земли) удельное сопротивление r_изм = 350 Ом×м.

Решение. Так как иное в задании не оговорено, необходимо обеспечить величину R_доп £ 4 Ом (судя по габаритам цеха, потребляемая установленным оборудованием мощность явно превышает 100 кВА, – в ином случае допускалось бы 10 Ом). Учитывая достаточно большое удельное сопротивление грунта при малой величине R_доп = R_{и доп}, сразу принимаем контурное исполнение заземления. Размеры контура 114´64 м – траншея вне здания (2 м от стен). Длина контура L = 114×2 + 64×2 = 356 (м).

Для песка в качестве вертикального электрода используем круглые стальные прутки диаметром d = 16 мм = 0,016 м длиной l = 5,5 м, верхний конец которых расположен на глубине h = 0,8 м от поверхности земли. Тогда t = h + (l/2) = 0,8 + (5,5/2) = 3,55 м. Для отыскания коэффициента сезонности ψ_в пользоваться методом линейной экстраполяции нежелательно – относительное отклонение значения l = 5,5 м от диапазона l, в котором величина ψ_в определена, достаточно велико: (5,5 – 5)/(5 – 3) = 0,25 т. е. 25 %. Принимаем ψ_в = 1,3 – для наибольшего l = 5 м (табл. П.4, влажность земли повышенная). При этом расчетное удельное сопротивление грунта будет несколько завышено, что пойдет в запас расчета по безопасности. Тогда расчетное удельное сопротивление земли (4.2): для вертикального электрода r_в =r_измψ_в = 350×1,3 = 455 (Ом×м), для горизонтального электрода связи r_г = r_измψ_г = 350×3,2 = 1120 (Ом×м). Коэффициент ψ_г взят из табл. П.4 для максимальной длины полосы – 50 м.

Сопротивление одиночного вертикального электрода (4.3):

 

R_в = 0,366 (lg  + lg ) =

= 0,366 (lg  + lg ) = 91,3 (Ом)

 

Определяем произведение коэффициента использования вертикальных электродов η_в на их количество n (4.4): η_вn = R_в/R_доп= 91,3/4 = 22,8. Из табл. П.5 находим число n при рекомендуемом для контурного заземления отношении а/l = 3 с помощью линейной интерполяции по параметру η_вn: n = 20 + ((40 – 20)/(26,4 – 14,2))×(22,8 – 14,2) = 34,1. Принимаем n = 34 (четное число). При этом а = 3l = 3×6 = 18 (м), а длина контура L = аn = 18×34 = 612 (м), что больше длины предварительно выбранного контура 114´64 м (356 м). Контур окажется на неприемлемо большом расстоянии от стен: (612 – 340)/(2∙4) = 34 (м). Здесь 340 = 2(110 + 60) – периметр цеха в метрах. Оставим первоначальный контур 114´64 длиной L = 356 м. Тогда а/l = L/(nl) = 356/(34∙5,5) = 1,90, что намного меньше рекомендуемого значения а/l = 3. Однако другого решения нет (легко проверить, что длина ряда будет слишком велика). Кроме того, расстояние между соседними вертикальными заземлителями а = L/n = 356/34 = 10,5 (м) все-таки в несколько раз больше минимально допустимых 2,5 м (см. раздел 3).

Величину η_в для вертикальных электродов находим из табл. П.5 двойной интерполяцией (для n = 34 электродов, размещенных по контуру):

при а/l = 1 η_в = 0,47 + ((0,41 – 0,47)/(40 – 20))×(34 – 20) = 0,428;

при а/l = 2 η_в = 0,63 + ((0,58 – 0,63)/(40 – 20))×(34 – 20) = 0,595.

Для а/l = 1,90: η_в = 0,428 + ((0,595 – 0,428)/(2 – 1))×(1,90 – 1) = 0,578.

В качестве горизонтального электрода связи используем круглый стальной пруток диаметром d_г = 0,012 м. Длина его равна периметру контура: L = 356 (м).

Тогда сопротивление горизонтального электрода (4.5):

 

R_г = 0,366 lg  = 0,366 lg  = 8,20 (Ом)

 

Из табл. П.6 находим двойной интерполяцией коэффициент использования η_г горизонтальных электродов связи (при размещении n = 34 вертикальных электродов по контуру):

при а/l = 1 η_г = 0,24 + ((0,21 – 0,24)/(50 – 30))×(34 – 30) = 0,234;

при а/l = 2 η_г = 0,30 + ((0,28 – 0,30)/(50 – 30))×(34 – 30) = 0,296.

Для а/l = 1,90 η_г = 0,234 + ((0,296 – 0,234)/(2 – 1))×(1,90 – 1) = 0,29.

Результирующее сопротивление искусственного заземлителя (4.6): R_и = R_вR_г/(R_вη_г + R_гnη_в) = 91,3×8,2/(91,3×0,29 + 8,2×34×0,578) = 3,99 (3,990) (Ом). Это меньше, чем R_доп, однако запас по безопасности ничтожный.

Принимаем решение увеличить длину вертикальных электродов до 6,6 м. Тогда t = h + (l/2) = 0,8 + (6,6/2) = 4,1 м. Как и в предыдущей попытке, принимаем ψ_в = 1,3 – для наибольшего l = 5 м (табл. П.4), что идет в запас расчета по безопасности. Таким образом, коэффициенты сезонности и расчетные удельные сопротивления земли остаются неизменными: ψ_в = 1,3, r_в =455 Ом×м, ψ_г = 3,2, r_г = 1120 Ом×м.

Сопротивление одиночного вертикального электрода (4.3):

 

R_в = 0,366 (lg  + lg ) =

= 0,366 (lg  + lg ) = 78,3 (Ом)

 

Определяем произведение η_вn (4.4): η_вn = R_в/R_доп = 78,3/4 = 19,6. Из табл. П.5 находим число вертикальных штырей n при рекомендуемом для контурного заземления отношении а/l = 3 линейной интерполяцией по параметру η_вn: n = 20 + ((40 – 20)/(26,4 – 14,2))×(19,6 – 14,2) = 28,9. Принимаем n = 28 (четное число). При этом а = 3l = 3×6,6 = 19,8 (м), а длина контура L = аn = 19,8×28 = 554,4 (м), что намного больше длины предварительного контура 114´64 м (356 м). Контур по-прежнему на недопустимо большом расстоянии от стен: (554,4 – 340)/(2∙4) = 26,8 (м). Здесь 340 м – периметр цеха. Оставим первоначально принятый контур 114´64 длиной L = 356 м. Тогда а/l = L/(nl) =356/(28∙6,6) = 1,93, т. е. чуть ближе к рекомендуемому значению а/l = 3, чем в первоначальном варианте решения.

Коэффициент использования η_в вертикальных электродов находим из табл. П.5 двойной интерполяцией (для контура из n = 28 электродов):

при а/l = 1 η_в = 0,47 + ((0,41 – 0,47)/(40 – 20))×(28 – 20) = 0,446;

при а/l = 2 η_в = 0,63 + ((0,58 – 0,63)/(40 – 20))×(28 – 20) = 0,61.

Для а/l = 1,93: η_в = 0,446 + ((0,61 – 0,446)/(2 – 1))×(1,93 – 1) = 0,599.

В качестве горизонтального электрода связи оставим круглый стальной пруток диаметром d_г = 0,012 м длиной, равной периметру контура L = 356 (м), имеющий сопротивление (рассчитанное ранее) R_г = 8,20 Ом.

Из табл. П.6 находим двойной интерполяцией коэффициент использования η_г горизонтального электрода (при контурном расположении n = 28 вертикальных электродов):

при а/l = 1 η_г = 0,27 + ((0,24 – 0,27)/(30 – 20))×(28 – 20) = 0,246;

при а/l = 2 η_г = 0,32 + ((0,30 – 0,32)/(30 – 20))×(28 – 20) = 0,304.

Для а/l = 1,93 η_г = 0,246 + ((0,304 – 0,246)/(2 – 1))×(1,93 – 1) = 0,300.

Результирующее сопротивление (4.6): R_и = R_вR_г/(R_вη_г + R_гnη_в) = 78,3×8,2/(78,3×0,300 + 8,2×28×0,599) = 3,99 (3,987) (Ом). Практически то же значение (все-таки меньшее, чем R_доп). Очевидно, что дальнейшие попытки снизить R_и будут малоэффективны. Расчет можно считать завершенным.

 

Рис. 4.2. Размещение искусственного заземлителя на плане цеха 110´60 м:

1 – стена здания; 2 – вертикальные электроды; 3 – горизонтальный электрод связи

 

На схеме (рис. 4.2) 28 вертикальных электродов расположены так, чтобы расстояния между ними вдоль длинной и короткой стороны здания отличались минимально.

Произведенный повторный расчет показал, что в ситуации с большим удельным сопротивлением грунта при малом R_доп попытки уменьшить сопротивление заземлителя путем изменения длины и числа вертикальных электродов малоэффективны: одновременно с этим будут изменяться коэффициенты использования η_в и η_г, нивелируя влияние коррекции величин l и n. Более эффективным в этом случае является дополнительное задействование естественных заземлителей.

 

Пример 5. Рассчитать повторное заземление нулевого защитного проводника для здания цеха с габаритами в плане 125´75 м (используется трехфазная сеть с глухозаземленной нейтралью напряжением 380/220 В). Грунт – песок. Измеренное удельное сопротивление r_изм = 550 Ом×м (измерения проводились при малой влажности земли). Максимально допустимое сопротивление заземляющего устройства R_доп = 10 Ом.

Решение 1. Применим комбинированный групповой заземлитель из вертикальных и горизонтального электродов. Большое значение r_изм при относительно малом R_доп требует контурного исполнения заземления. Однако при ширине здания 75 м контурное заземление не обеспечивает снижение величины напряжения прикосновения в средней части здания (расстояние до ближайшего заземлителя намного превышает 20 м). Попытаемся реализовать расположение заземлителей в ряд (добавив мероприятия по выравниванию потенциалов основания) за счет увеличения их длины.

Для песка в качестве вертикальных электродов используем круглые стальные прутки диаметром d = 0,016 м длиной l = 8 м, заглубленных на h = 0,8 м. Тогда t = h + (l/2) = 0,8 + (8/2) = 4,8 м.

Коэффициент сезонности для вертикальных заземлителей (длиной 8 м при малой влажности грунта) находим из табл. П.4. Пользоваться линейной экстраполяцией нельзя. Значение l = 8 м расположено очень далеко от диапазона значений l (3÷5 м), для которого величина ψ_в определена (нетрудно проверить, что при определении ψ_в по экстраполяционной формуле получился бы «запас», равный 0,95). Принимаем ψ_в = 1,1 (как для максимального значения l = 5 м, для которого величина ψ_в указана в табл. П.4). Тогда расчетное удельное сопротивление земли для вертикального электрода (4.2) r_в =r_измψ_в = 550×1,1 = 605 (Ом×м). Не зная длину ряда, коэффициент ψ_г и удельное сопротивление r_г пока не определяем.

Сопротивление одиночного вертикального электрода (4.3):

 

R_в = 0,366 (lg  + lg ) =

= 0,366 (lg  + lg ) = 88,4 (Ом)

 

Определяем произведение коэффициента использования вертикальных электродов η_в на их количество n (4.4): η_вn = R_в/R_доп = 88,4/10 = 8,84. Из табл. П.5 находим число n при наименьшем входящем в рекомендуемый для ряда диапазон отношении а/l = 2 с помощью линейной интерполяции по параметру η_вn. Для η_вn = 7,4 n = 10, для η_вn = 10,5 n = 15. Тогда для η_вn = 8,84 n = 10 + ((15 – 10)/(10,5 – 7,4))×(8,84 – 7,4) = 12,3. Принимаем n = 12. При этом а = 2l = 2×8 = 16 (м), а длина ряда L = а(n – 1) = 16(12 – 1) = 176 (м), что значительно больше длинной стороны здания: ряд будет выходить за границы здания (суммарно по обе стороны) на 176 – 125 = 51 (м). Выявляется необходимость перехода к контурному исполнению.

Размеры контура 129´79 – располагаем его вне здания на расстоянии 2 м от стен. Длина контура – L = 129×2 + 79×2 = 416 (м). По уже подсчитанному значению η_вn = 8,84 линейной интерполяцией определяем число вертикальных электродов n (табл. П.5, контур, отношение а/l = 3). Для η_вn = 7,6 n = 10, для η_вn = 14,2 n = 20. Тогда для η_вn = 8,84 n = 10 + ((20 – 10)/(14,2 – 7,6))×(8,84 – 7,6) = 11,9. Принимаем n = 12 (четное). Среднее расстояние между вертикальными электродами а = L/n = 416/12 = 34,7, а отношение а/l = 34,7/8 = 4,3. Однако, так как использовать расположение в ряд не получилось, остается принять этот результат. Величина а/l = 4,3 почти в 1,5 раза больше максимального значения а/l = 3, для которого в табл. П.5 определены n и η_в. Поэтому при определении η_в линейная экстраполяция по параметру а/l некорректна. Следует принять величину η_в для наибольшего из имеющихся в табл. П.5 значения а/l = 3. Интерполируем по n: η_в = 0,76 + ((0,71 – 0,76)/(20 – 10))×(12 – 10) = 0,75. Аналогично находим коэффициент использования для электрода связи (табл. П.6): η_г = 0,56 + ((0,45 – 0,56)/(20 – 10))×(12 – 10) = 0,538. То, что значения η_в и η_г приняты для заниженного значения а/l приведет к увеличению расчетных сопротивлений, т. е. идет в запас расчета по безопасности.

Длина горизонтального электрода связи (используем круглый стальной пруток диаметром d_г = 0,012 м) равна периметру контура L = 416 (м). Удельное сопротивление грунта на глубине горизонтального электрода: r_г = r_изм∙ψ_г = 550∙1,6 = 880 (Ом∙м) – коэффициент ψ_г = 1,6 взят из табл. П.4 для малой влажности земли и максимальной длины горизонтального электрода. Тогда сопротивление горизонтального электрода (4.5):

 

R_г = 0,366 lg  = 0,366 lg  = 5,62 (Ом)

 

Результирующее сопротивление (4.6): R_и = R_вR_г/(R_вη_г + R_гnη_в) = 88,4×5,62/(88,4×0,538 + 5,62×12×0,75) = 5,06 (Ом). Формально расчет завершен. Схема расположения заземлителей представлена на рис. 4.3.

Однако сопротивление R_и меньше предельно допустимого R_доп практически вдвое. Для снижения затрат следует проверить другие варианты.

Рис. 4.3. Размещение искусственного заземлителя (контур) на плане цеха 125´75 м:

1 – стена здания; 2 – вертикальные электроды; 3 – горизонтальный электрод связи

 

Решение 2. Попробуем реализовать схему размещения в ряд, увеличив длину вертикальных заземлителей (те же прутки, d = 0,016 м) до максимального значения l = 10 м. Не изменятся ψ_в = 1,1 и r_в = 605 Ом×м. Уменьшится сопротивление одиночного вертикального электрода (4.3):

 

R_в = 0,366 (lg  + lg ) =

= 0,366 (lg  + lg ) = 73,0 (Ом)

 

Произведение η_вn = R_в/R_доп = 73,0/10 = 7,3. Из табл. П.5 находим число n при наименьшей из рекомендуемого для ряда диапазона величине отношения а/l = 2 с помощью линейной интерполяции по параметру η_вn. Для η_вn = 4,62 n = 6, для η_вn = 7,4 n = 10. Тогда для η_вn = 7,3: n = 6 + ((10 – 6)/(7,4 – 4,62))×(7,3 – 4,62) = 9,9. Принимаем n = 10. При этом а = 2l = 2×10 = 20 (м), а длина ряда L = а(n – 1) = 20(10 – 1) = 180 (м) – еще больше, чем в решении 1. Ряд по-прежнему выходит за границы здания.

Решение 3. Попробуем решить вопрос размещения заземлителей в ряд, исходя из максимально допустимой длины ряда L = 130 м (ряд выходит за пределы длинной стены цеха на 2,5 м по обе стороны, что вполне допустимо для любой из сторон при контурном заземлении). Длину вертикальных электродов (d = 0,016 м) принимаем максимальной l = 10 м. Такими же, как в решении 2, будут ψ_в = 1,1, r_в = 605 Ом×м и R_в = 73,0 Ом. Оставим число вертикальных заземлителей таким же, как в решении 2, – n = 10.

Находим из табл. П.4 величину ψ_г = 1,6 (малая влажность, максимальная длина электрода). Тогда удельное сопротивление r_г = r_изм∙ψ_г = 550∙1,6 = 880 (Ом∙м), а сопротивление горизонтального электрода (4.5):

 

R_г = 0,366 lg  = 0,366 lg  = 15,5 (Ом)

 

При L = 130 м отношение а/l = L/(nl) = 130/(10∙10) = 1,3.

Коэффициент использования η_в вертикальных электродов находим из табл. П.5 (размещение в ряд, n = 10) линейной интерполяцией по параметру а/l. При а/l = 1 η_в = 0,59, при а/l = 2 η_в = 0,74. Тогда при а/l = 1,3 η_в = 0,59 + ((0,74 – 0,59)/(2 – 1))×(1,3 – 1) = 0,635. Аналогично находим коэффициент использования соединительного горизонтального электрода из табл. П.6: η_г = 0,62 + ((0,75 – 0,62)/(2 – 1))×(1,3 – 1) = 0,659.

Результирующее сопротивление искусственного заземлителя (4.6): R_и = R_вR_г/(R_вη_г + R_гnη_в) = 73,0×15,5/(73,0×0,659 + 15,5×10×0,635) = 7,72 (Ом). Это меньше, чем R_доп. Расчет завершен, результат удовлетворительный. Однако, учитывая технологические трудности при заглублении «сверхдлинных» штырей попробуем вариант с более короткими электродами.

Решение 4. Примем комбинированный вариант расположения вертикальных электродов – вдоль двух стен здания (такое расположение не является ни рядом, ни контуром). Однако запас расчета по безопасности только возрастет, если принять рекомендацию по величине а/l = 2 как для ряда, а число электродов n и коэффициенты использования η_в и η_г выбирать как для контура (для а/l = 2), так как при прочих равных условиях для контура n больше, а η_в и η_г меньше, чем для ряда (см. табл. П.5 и П.6).

Оставим, как в решении 1, длину вертикальных заземлителей l = 8 м. Не изменятся параметры R_в = 88,4 Ом, η_вn = 8,84, r_г = 880 Ом∙м. С учетом выхода за пределы здания на 2 м (как для контура; сам ряд также будет расположен на расстоянии 2 м от стен) длина ряда вдоль длинной стороны L_д = 125 + 2∙2 = 129 (м). При а/l = 2 расстояние между вертикальными заземлителями а = 2l = 2∙8 = 16 (м). Тогда число промежутков между ними (n_д – 1) = 129/16 = 8,06 ≈ 8. Принимаем число заземлителей вдоль длинной стороны n_д = 9 (на один больше, чем количество промежутков). Суммарное количество вертикальных заземлителей определяем по табл. П.5 для схемы размещения по контуру, но для а/l = 2 (как для ряда). При η_вn = 6,80 n = 10, при η_вn = 12,60 n = 20. Тогда для η_вn = 8,84 n = 10+ ((20 – 10)/(12,6 – 6,8))×(8,84 – 6,8) = 13,5. Принимаем n = 13. Таким образом, к 9-ти электродам, расположенным вдоль длинной стороны, необходимо добавить еще 4 вертикальных заземлителя вдоль короткой стороны. Средние расстояния между электродами в «длинном» ряду а = 129/(9 – 1) = 16,125 (м). Такие же расстояния примем для короткого ряда. Суммарная длина Г-образного ряда L = а(n – 1) = 16,125(13 – 1) = 193,5 (м). Длина «короткого» ряда L_к = L – L_д = 193,5 – 129 = 64,5 (м), что меньше короткой стороны здания.

Тогда сопротивление горизонтального электрода (4.5):

 

R_г = 0,366 lg  = 0,366 lg  = 11,0 (Ом)

 

Находим по табл. П.5 и П.6 коэффициенты использования (как для контура!) при n = 13 и а/l = 2 (реально а/l = 16,125/8 = 2,02, округление идет в запас расчета по безопасности): η_в = 0,68 + ((0,63 – 0,68)/(20 – 10))×(13 – 10) = 0,665; η_г = 0,40 + ((0,32 – 0,40)/(20 – 10))×(13 – 10) = 0,376.

Результирующее сопротивление (4.6) R_и = R_вR_г/(R_вη_г + R_гnη_в) = 88,4×11,0/(88,4×0,376 + 11,0×13×0,665) = 7,58 (Ом) заметно, но не в разы меньше, чем R_{и доп}. Результат вполне удовлетворительный.

Схема расположения заземлителей представлена на рис. 4.4.

 

Рис. 4.4. Размещение заземлителя (Г-образный ряд) на плане цеха 125´75 м:

1 – стена здания; 2 – вертикальные электроды; 3 – горизонтальный электрод связи

 

Отметим, что можно было бы использовать и П-образное расположение, но элементарные рассуждения показывают, что для Г-образного ряда взаимное экранирование меньше, коэффициенты использования больше и эффективность заземления выше.

---

Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 787; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!