Расчет глубинного заземлителя: Расчёт заземления

Методика расчёта сопротивления заземления при неизвестном удельном сопротивлении грунта

Из-за весьма низкой эффективности стандартных вертикальных заземлителей (электроды из проката черного металла, погружаемые на ограниченную глубину в поверхностные слои грунта) глубиной 2,5 – 5 м  процесс создания заземляющих устройств (ЗУ) с нормированными свойствами является чрезвычайно трудоемким, затратным и не всегда выполнимым. 

Получить заданное сопротивление ЗУ с минимальными затратами можно путём применения вертикальных составных глубинных заземлителей «ИГУР», способных достигать более плотных и, как правило, водо-насыщенных нижележащих слоёв  грунтов со стабильно низким удельным сопротивлением. Например, для сравнения,  эквивалентное удельное сопротивление земли на отметке 2,5 м составляет 446 Ом м, а  на глубине 15-20 м — 52 Ом м.          

В условиях, когда  известно лишь сопротивление существующего естественного (например, фундаментного) ЗУ и отсутствует достоверная информация об удельном сопротивлении грунтов на площадке производства работ, затруднен расчёт ресурсов, необходимых для создания ЗУ.

Пояснение к методике расчёта

Предприятием «ИГУР» предложена методика, позволяющая рассчитать число элементов заземления, не прибегая к каким-либо затратам, связанным с определением удельного сопротивления грунта в месте проведения работ косвенными методами. Следует отметить, что современные методы косвенной оценки удельного сопротивления глубинных слоёв грунтов по их характеристикам, замеренным на поверхности земли (в том числе и метод вертикального электрического зондирования ВЭЗ) не отличаются высокой достоверностью. Практика показывает, что удельное сопротивление грунта, определённое по методике ВЭЗ может более чем вдвое отличаться от его реального значения. Затраты же на его проведение  сопоставимы с затратами на монтаж самих ЗУ.

Для реализации метода «ИГУР» используется прямое зондирование  с применением вертикальных составных глубинных электродов заземления «ИГУР», т. е. именно тех заземлителей, с помощью которых и будут производиться дальнейшие работы по достижению заданного сопротивления заземления.

Сущность метода состоит в том, что на площадке строительства ЗУ погружают первый (пробный) вертикальный глубинный электрод. По мере погружения электрода замеряют его сопротивление.

Окончательное значение сопротивления электрода заземления принимают  на глубине погружения, при которой существенно замедляется падение сопротивления. Оптимальной считают глубину погружения 20 м и ниже (до 30 м). В последующем пробный электрод включают в работу заземляющего устройства, объединив его с другими электродами в единый контур.

Таким образом, измеренная величина сопротивления пробного вертикального электрода заземления при известной глубине погружения, дает представление об эквивалентном удельном сопротивлении грунта в месте производства работ, причем о его истинном значении в точке проведения работ.    Затем, принимая во внимание значения  требуемого (нормированного)  сопротивления ЗУ, а также измеренных значений  естественного заземляющего устройства (если оно существует на площадке) и пробного вертикального электрода,  расчётным путём вычисляют необходимое дополнительное количество вертикальных глубинных электродов N, достаточное для достижения заданных параметров. Для предварительных расчётов вкладом горизонтального электрода заземления обычно пренебрегают.    

Расчёт доступен в форме калькулятора по ссылке: КАЛЬКУЛЯТОР

Описание методики расчёт

• Определить требуемое (заданное) значение сопротивления заземляющего устройства «R». Замерить сопротивление естественного (если оно существует) заземляющего устройства «R1». В случае отсутствия естественного заземлителя в расчёт следует ввести сколь угодно большое значение, например, 1000 Ом.

• Забить первый (пробный) вертикальный электрод заземления глубиной 20 м (комплект из 13 стержней «ИГУР» длиной 1,5 м, соединенных между собой посредством муфт), отступив по возможности на расчётное расстояние L от существующего заземлителя и замерить его сопротивление «R2». 
• Рассчитать полученное результирующее сопротивление заземляющего устройства «Rр» с учётом забитого пробного вертикального электрода и существующего заземлителя.

• Сравнить расчётное значение «Rр» с требуемым нормированным значением сопротивления «R»: если «Rр» ≤ «R» — закончить расчёт,  если «Rр» > «R» — продолжить расчёт.  

• Проверить результаты расчёта замером сопротивления, объединив вместе существующий  заземлитель и пробный вертикальный электрод.
• Рассчитать необходимое сопротивление «R3» дополнительного заземлителя (помимо первого пробного электрода), достаточное для приведения заземляющего устройства к норме.
• Рассчитать необходимое  количество вертикальных глубинных электродов заземления «N», дополнительно (помимо первого пробного электрода) необходимых для приведения заземляющего устройства к норме. При получении значения «N» в виде дробного числа необходимо забить количество электродов, соответствующее целой его части и начать забивать следующий вертикальный электрод до достижения требуемого значения сопротивления ЗУ. Например, расчётное количество дополнительных глубинных электродов составляет N = 2,4. Требуется дополнительно забить 2 электрода и начать забивать третий.
• Проверить результаты расчёта замером сопротивления, объединив вместе все элементы заземляющего устройства. В случае необходимости продолжить погружение дополнительных стержней до доведения сопротивления ЗУ до заданных параметров.  Например, при значениях R=2 Ом, R₁=20 Ом, R₂=6 Ом, К=1,2 по расчёту дополнительно требуется 3 вертикальных глубинных электрода. При необходимости достижения R=1 Ом и тех же значениях остальных параметров потребуется 7 электродов.  

Особое внимание следует обратить на правильность проведения измерения сопротивления столь протяженных контуров заземления. Измерительные электроды необходимо устанавливать вне заземляющего устройства на территории, свободной от линий электропередач и подземных коммуникаций (трубопроводы, кабели с металлической оболочкой и броней и прочие металлоконструкции, имеющие связь с испытуемым заземлителем), т.к. их влияние приводит к искажению результатов измерения.

Основная погрешность измерения обусловлена взаимным влиянием измерительных электродов и заземлителя (о взаимном влиянии единичных заземлителей упоминалось выше). В зависимости от конфигурации и размеров ЗУ, близкое к действительному значение сопротивления может быть получено при определённом соотношении расстояний от испытуемого заземлителя до измерительных электродов.

Расчет заземления -Статьи

Расчет заземления (расчет сопротивления заземления) для одиночного глубинного заземлителя на основе модульного заземления производится как расчет обычного вертикального заземлителя из металлического стержня диаметром 14,2 мм.

Для готовых комплектов модульного заземления ZANDZ формула расчета сопротивления упрощается до вида:

 — для комплекта ZZ-000-015
 — для комплекта ZZ-000-030

Для расчета взяты следующие величины:
L = 15 (30) метров
d = 0,014 метра = 14 мм
T = 8 (15,5) метров: с учетом заглубления электрода на глубине 0,5 метра

Расчет заземления: практические данные

Стоит обратить внимание на тот факт, что получаемые практически результаты ВСЕГДА отличаются от теоретических расчетов заземления.

В случае глубинного / модульного заземления — разница связана с тем, что в формуле расчета чаще всего используется НЕИЗМЕННОЕ ОЦЕНОЧНОЕ удельное сопротивление грунта НА ВСЕЙ глубине электрода. Хотя в реальности, такого никогда не наблюдается.

Даже если характер грунта не меняется — его удельное сопротивление уменьшается с глубиной: грунт становится более плотным, более влажным; на глубине от 5 метров часто находятся водоносные слои.

Фактически, получаемое сопротивление заземления будет ниже расчетного в разы (в 90% случаев получается сопротивление заземления в 2-3 раза меньше).

Расчет заземления в виде нескольких электродов

Расчет заземления (расчет сопротивления заземления) для нескольких электродов модульного заземления производится как расчет параллельно-соединенных одиночных заземлителей.

Формула расчета с учетом взаимного влияния электродов — коэффициента использования:

Вклад соединительного заземляющего проводника здесь не учитывается.

Расчет необходимого количества заземляющих электродов

Проведя обратное вычисление получим формулу расчета количества электродов для необходимой величины итогового сопротивления сопротивления (R):

Вклад соединительного заземляющего проводника здесь не учитывается.

Расстояние между заземляющими электродами

При многоэлектродной конфигурации заземлителя на итоговое сопротивление заземления начинает оказывать свое влияние еще один фактор — расстояние между заземляющими электродами. В формулах расчета заземления этот фактор описывается величиной «коэффициент использования».

Для модульного и электролитического заземления этим коэффициентом можно пренебречь (т.е. его величина равна 1) при соблюдении определенного расстояния между заземляющими электродами:

• не менее глубины погружения электродов — для модульного
• не менее 7 метров — для электролитического

Соединение электродов в заземлитель

Для соединения заземляющих электродов между собой и с объектом в качестве заземляющего проводника используется медная катанка или стальная полоса.

Сечение проводника часто выбирается — 50 мм² для меди и 150 мм² для стали. Распространено использование обычной стальной полосы 5*30 мм.

Для частного дома без молниеприемников достаточно медного провода сечением16-25 мм².

Расчет сопротивления заземляющего электрода одиночного стержня – Принципы проектирования и испытания заземляющего электрода

Понимание расчета сопротивления заземляющего электрода одиночного стержня и его связи с конструкцией системы заземляющих электродов является ключом к пониманию фундаментальных принципов проектирования, сопротивления заземления и удельного сопротивления грунта измерения и расчеты. Нижеследующее является частью первой из четырех наших принципов проектирования заземляющих электродов и серии испытаний, основанной на нашем официальном документе «Принципы проектирования и испытания заземляющих электродов». Вы можете скачать полный технический документ здесь.

1. Теория оболочки
2. Удельное сопротивление почвы и измерение
3. Расчет сопротивления заземляющего электрода одиночного стержня
4. Измерение сопротивления электрода

Сопротивление заземления можно рассчитать с помощью эмпирических формул, номограмм или программного обеспечения.

Примеры доступных для использования формул содержатся в стандарте молниезащиты AS1768, Приложение C. Приведенные ниже формулы взяты из AS1768 и являются двумя наиболее часто используемыми.

1. Одиночный вертикальный стержень длиной L и диаметром d метра, вершина стержня на уровне поверхности:

Где

 @article{He2005DecreasingGR,
  title={Уменьшение сопротивления заземления подстанции методом глубокого заглубления},
  автор = {Цзинлян Хэ, Ган Юй, Цзинпин Юань, Ронг Цзэн, Бо Чжан, Цзюнь Цзоу и Чжичэн Гуань},
  journal={Транзакции IEEE при подаче электроэнергии},
  год = {2005},
  объем = {20},
  страницы = {738-744}
}