Исследование одиночных заземлителей
Цель работы: Определить влияние геометрических размеров одиночных заземлителей на их сопротивление растеканию тока и ознакомиться с методом определения удельного объема сопротивления грунта.
Краткие сведения
Заземлитель – это проводник или совокупность металлически соединенных проводников, находящихся в соприкосновении с землей. Заземлители бывают искусственные, предназначенные исключительно для целей загземления, и естественные – находящиеся в земле металлические предметы иного назначения.
Для заземления оборудования используются естественные заземлители: железобетонные фундаменты, а также расположенные в земле металлические конструкции зданий и сооружений.
С помощью защитного заземления уменьшается напряжение на корпусе относительно земли до безопасного значения, следовательно, уменьшается и сила тока, протекающего через тело человека.
Каждый отдельный проводник, находящийся в контакте с землей, называется одиночным заземлителем или электродом. Если заземлитель состоит из нескольких электродов соединенных между собой параллельно, то он называется групповым заземлителем.
Ток, проходящий через заземлитель в землю, преодолевает сопротивление, называемое сопротивлением заземлителя растеканию тока или просто сопротивлением растеканию. Это сопротивление состоит из трех частей: сопротивление самого заземлителя, переходного сопротивления между заземлителем и грунтом, сопротивления грунта. Две первые части по сравнению с третьей весьма малы, поэтому под сопротивлением заземлителя растеканию тока понимают сопротивление грунта растеканию тока.
|
|
|
Рисунок 1 - Типы одиночных заземлителей (электродов): а – стержневой вертикальный у поверхности земли;
б – стержневой вертикальный заглубленный;
в – полосовой горизонтальный.
Поскольку плотность тока в земле на расстоянии больше 20 м от заземлителя весьма мала, можно считать, что сопротивление растеканию оказывает лишь соответствующий объем земли: например, при одиночном полушаровом заземлителе эта полусфера радиусом 20 м. Однако при разных формах и размерах заземлителя сопротивление этого объема грунта различно.
Так, для стержневого электрода (труба), забитого в землю вертикально (в соответствии с рисунком 1 а) сопротивление растеканию может быть определено по следующей формуле:
, (1)
где l и d – длина и диаметр стержня, м
ρ – удельное объемное сопротивление грунта, Ом
Для наиболее часто применяемых электродов – вертикального стержневого, верхний конец которого заглублен в землю (в соответствии с рисунком 1 6), и горизонтального полосового, уложенного на некоторой глубине параллельно поверхности земли (в соответствии с рисунком 1 в) – сопротивление растеканию определяются по следующим формулам (Ом):
|
|
|
для вертикального 
, (2)
где t – заглубление электрода, т.е. расстояние от поверхности земли до середины электрода, м
для горизонтального 
, (3)
где l и b – длина и ширина полосы, м
t – заглубление полосы, м
Из уравнений (1), (2), и (3) видно, что сопротивление заземлителя растекания тока прямопропорционально удельному объемному сопротивлению грунта ρ, т.е. сопротивлению куба грунта с ребром 1 м. Удельное объемное сопротивление имеет размерность Ом*м.
Значение плотности земли колеблется в широких пределах – от десятков Ом*м до десятков тысяч Ом*м, так как оно зависит от многих факторов: влажности грунта, температуры, рода грунта, степени его уплотненности, а так же времени года. Абсолютно сухой грунт является плохим проводником тока. Малейшее увлажнение резко снижает его сопротивление. При низкой температуре – ниже нуля градусов – земля обладает очень большим сопротивлением. Грунты разного рода при одних и тех же условиях имеют разные объемные удельные сопротивления. Хорошо проводит ток глина, поэтому в глинистой почве качественное заземление выполнить легче, чем в других грунтах и заземление работает надежнее. Песок плохо проводит ток, так как удерживает влагу плохо и поэтому в песчаном грунте заземление работает плохо, т.е. сопротивление его может резко возрасти при незначительных изменениях погодных условий.
|
|
|
Уплотненность, т.е. утрамбованность грунта также влияет на его удельное объемное сопротивление: чем плотнее грунт, тем меньше сопротивление.
Времена года так же влияют на сопротивление грунта, поскольку атмосферные условия, изменяющиеся в течение года, изменяют содержание влаги в грунте, его температуру и т.д. Уменьшение удельного объемного сопротивления происходит в весенние и осенние месяцы года, когда дожди и тающий снег резко увеличивают содержание влаги в почве. Увеличение удельного сопротивления происходит зимой и летом: зимой – вследствие замерзания, а летом – вследствие испарения влаги.
Наибольшему влиянию атмосферных условий подвержены верхние слои земли, которые зимой промерзают, весной и осенью раньше других слоев насыщаются влагой, а летом раньше прогреваются и высыхают. Поэтому заземлители, глубоко погруженные в землю, например вертикальные стержневые, выполняют свою задачу лучше, чем горизонтальные полосовые, прокладываемые обычно вблизи поверхности земли.
|
|
|
При проектировании заземляющих устройств необходимо в качестве расчетного брать наибольшее возможное в течение года значение удельного объемного сопротивления грунта ρрасч, т.е. ориентироваться на худший случай. Однако в самое неблагоприятное время года производить измерения сопротивления земли на всегда возможно, ρрасч принимают равным произведению измеренного удельного объемного сопротивления ρизм на коэффициент сезонности φ, учитывающий возможное повышение ρизм за счет изменения погодных условий, т.е.
При этом ρизм получают при средней влажности грунта, когда ему предшествовало выпадение небольшого дождя, а коэффициент φ берется из таблицы (Б 1, приложения).
При проектировании заземляющего устройства необходимо знать удельное объемное сопротивление грунта в том месте, где будет сооружаться заземление. Пользоваться для этой цели данными справочника нельзя, так как в них приводятся ориентировочные значения ρ, которые могут отличаться от истинных в сотни раз.
Удельное объемное сопротивление грунта определяется в два этапа: вначале измеряется сопротивление растеканию Rрасч одиночного заземлителя, погруженного в землю на участке, где будет сооружаться заземление, и называемого в этом случае контрольным электродом, а потом, подставив Rизм в формулу для определения сопротивления растеканию данного электрода, вычисляется ρизм.
В качестве контрольных следует применять также электроды, которые будут использоваться при устройстве заземления. Обычно это стержневой электрод, забиваемый в землю вертикально, полосовой, прокладываемый параллельно поверхности земли и служащий для соединения между собой стержневых электродов.
Определять ρ грунта путем измерения сопротивления образца не разрешается, поскольку этот способ дает большую ошибку из-за неучета разнородности слоев почвы на разных глубинах и в разных местах и потому, что у извлеченного образца плотность грунта и структура обычно иные, чем в реальном грунте.
Дата добавления: 2015-12-17; просмотров: 17; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!