Ориентировочные значения удельных электрических сопротивлений

МЕТОДИКА РАСЧЕТА

Основным исходным параметром для расчета является наибольшее допустимое сопротивление заземляющего устройства, обозначенное как R_доп (допустимое).

При наличии естественных заземлителей с сопротивлением R_е осуществляется перерасчет наибольшего допустимого сопротивления искусственного заземлителя R_{и доп} (предполагается, что взаимное экранирование между ними отсутствует):

R_{и доп} = R_еR_доп /(R_е – R_доп) (1)

Сопротивление естественного заземлителя обычно определяется экспериментально. Также можно его рассчитать, зная удельное сопротивление грунта (см. ниже), а также длину проложенных в земле металлических трубопроводов или кабелей, – используя данные табл. П.1 и П.2.

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

Важным параметром для расчета является удельное электрическое сопротивление земли (грунта) r в месте устройства заземления, ориентировочные пределы изменения которого для некоторых видов земли и воды приведены в табл. П.3. Для получения расчетного удельного сопротивления r измеренное значение r_изм умножают на коэффициент сезонности ψ:

r= r_изм×ψ (2)

Значения коэффициента ψ отдельно для вертикальных и горизонтальных электродов в зависимости от влажности земли в момент измерения и климатической зоны (Волгоград относится к III зоне) для однородной земли приведены в табл. П.4 (изложенная в настоящих указаниях методика расчета относится к случаю однородной земли: для многослойной земли расчет существенно усложняется, его можно найти в [11]).

Далее алгоритм расчета зависит от конструкции заземлителя.

При устройстве стационарного заземления (цехов предприятий, административных, общественных и жилых зданий) в подавляющем большинстве случаев используется комбинированный групповой заземлитель, т. е. система заглубленных в землю вертикальных электродов, соединенных горизонтальным электродом связи. В этом случае (1-й алгоритм) сначала по формуле (2) рассчитывается два разных значения удельного сопротивления грунта – для вертикальных заземлителей (r_в) и для горизонтального электрода связи (r_г). Затем определяют сопротивление для одиночного вертикального электрода:

R_в = (ln + ln ), (3)

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

l – длина вертикального электрода, м;

d – диаметр трубчатого или стержневого 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 вбивают вертикальные электроды; равна глубине заложения полосы связи), м.

В качестве искусственных заземлителей обычно используют вертикальные и горизонтальные электроды. Вертикально забиваются в землю стальные уголки размером от 40´40 до 63´63 мм длиной 2,5÷3 м и прутки круглого сечения диаметром, в зависимости от материала, 12÷16 мм и длиной 4÷10 м (длинные стержни заглубляются вибраторами). Наименьшие сечения заземлителей должны соответствовать рекомендациям табл. П.5. Допускается использовать некондиционные или бывшие в употреблении стальные трубы (применять в этих целях новые трубы слишком дорого) диаметром от указанных в табл. П.5 до 50 мм длиной 2÷3 м.

Определяют предварительные размеры и длину L контура заземления (на этом этапе исходят из того, что заземление контурное, а контур расположен вне здания), т. е. суммарную длину траншеи (равную длине горизонтального электрода связи). Для рытья траншеи рекомендуется отступить от стен здания на 1,5÷2,5 м (большие расстояния от траншеи до здания нежелательны – см. ниже).

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

η_вn = R_в/R_{и доп} (4)

Затем по табл. П.6 с учетом предварительно найденного значения a/l определяют количество вертикальных электродов n (при предпочтительной для контурного заземления величине a/l = 3). Не указанные в таблице значения параметров находят методом интерполяции. Полученное значение n округляют до четного числа (рекомендуется наличие вертикальных электродов в углах контура), предпочтительно в меньшую сторону. Определяют среднее расстояние между вертикальными электродами при равномерном размещении их на предварительно принятом контуре и соответствующее отношение a/l. Если имеет место значительное отклонение последнего от рекомендуемого значения (a/l = 3), следует изменить параметры заземлителя (например, изменить длину вертикальных заземлителей). Иногда возможным бывает уменьшение размеров контура с размещением его внутри здания (что только повысит уровень безопасности). Если число n оказывается малым, а среднее расстояние a и отношение a/l , наоборот, слишком большими (a/l >> 3), – следует перейти к размещению вертикальных заземлителей в ряд (см. пример решения 2). Увеличение размеров контура с соответствующим возрастанием расстояния от него до стен нежелательно как из-за снижения уровня безопасности (в том числе – возрастания вероятности попадания под шаговое напряжение случайных лиц вне цеха), так и по экономическим соображениям (возрастание площади используемой земли). Предпочтительнее оставить предварительный контур (вполне допустимо уменьшение a/l до 2, а минимальное расстояние a = 2,5 м).

Сопротивление горизонтального проводника связи определяется по формуле:

R_г = ln (5)

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

L – длина горизонтальной полосы связи (контура заземления), м;

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

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

Результирующее сопротивление искусственного комбинированного группового заземлителя определяют по формуле:

R_и = R_вR_г/( R_вη_г + R_гnη_в), (6)

где η_в и η_г – коэффициенты использования вертикальных и горизонтального электродов (находятся из табл., соответственно, П.6 и П.7).

Полученное значение сопротивления не должно превышать значение R_{и доп}(при отсутствии естественных заземлителей – R_доп). В то же время сопротивление R_и не должно быть значительно меньше предельно допустимого во избежание неоправданно больших экономических затрат на сооружение заземляющего устройства. Если результаты не удовлетворяют установленным ограничениям, то изменяют параметры группового заземлителя (длину и число вертикальных электродов, размеры контура) и повторяют расчет (используя метод последовательных приближений).

Для расчета временного заземления передвижных установок при использовании инвентарных стержневых заземлителей диаметром d, погружаемых в землю на глубинуl_п (не более 1,5 м), верхние концы которых (выступающие над землей) электрически связаны с заземляющим проводником и заземляемым оборудованием, используется 2-й алгоритм. Сопротивление одиночного заземлителя рассчитывается по формуле:

R_э = ln (7)

Далее определяют предварительное число электродов n_п = R_э/R_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). Оценивают сопротивление заземляющего проводника R_зп и находят допустимое сопротивление заземлителя R_{з доп} = (R_доп – R_зп). Находят произведение η_вn = R_э/R_{з доп}. Затем по табл. П.6 определяют необходимое число электродов n (не указанные значения находят интерполяцией и округляют в большую сторону, одновременно корректируя расположение электродов). В окончательном варианте сопротивление заземлителя R_з = R_э/(nη_в)не должно превышать допускаемой величины R_{з доп}.

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_г/(n_гпη_гп)(8)

где R_г – сопротивление растеканию тока для одной полосы, которое может быть рассчитано по формуле (5), Ом;

η_гп – коэффициент использования горизонтальных полосовых заземлителей (табл. П.8).

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 натуральных логарифмов в формулах (3), (5) и (7) десятичными коэффициент 1/2πв этих формулах следует заменить коэффициентом0,366 (что и сделано во всех представленных ниже примерах расчета).

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

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

Решение.В описанном случае достаточно обеспечить величину R_доп £ 20 Ом (при этом суммарное сопротивление повторных заземлений под двумя цехами не будет превышать требуемого – 10 Ом). Пренебрегая сопротивлением заземляющего проводника, находим наибольшее допустимое сопротивление искусственного заземлителя по формуле (1):

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

Учитывая то, что естественный заземлитель является сосредоточенным и вынесенным за пределы здания (не может выполнять задачу выравнивания потенциалов основания), 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).

Расчетные удельные сопротивления земли определяем по формуле (2). Для вертикального электрода: r_в =r_измψ_в = 1200×1,3 = 1560 (Ом×м). Коэффициент сезонности ψ_в = 1,3 найден дляl = 3 м из табл. П.4 (Волгоград расположен в климатической зоне 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 достаточно 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. Сопротивление одного вертикального электрода определяем по формуле (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): η_вn = R_в/R_{и доп}= 446/30 = 14,9. Находим предварительное число вертикальных заземлителей n_п по табл. П.6 (для рекомендуемого при контурном заземлении отношении 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 по формуле линейной интерполяции: n = 20 + ((40 – 20)/(26,9 – 14,2))×(14,9 – 14,2) = 21,1. Округляем результат до меньшего четного числа – n = 20. В этом случае при (а/l= 3) длина контура заземления будет составлять L = аn = 3ln = 3×3×20 = 180 (м), что незначительно отличается от длины предварительно принятого контура 54´34 м: 2(50 + 2×2) + 2(30 + 2×2) = 176 (м).

Далее решение можно продолжить по двум вариантам: либо принять новый контур – 55´35 м (в этом случае траншея будет располагаться на несколько большем расстоянии от стен здания – 2,5 м), либо сохранить первоначально принятый контур заземления (54´34 м) при некотором уменьшении величины а/l до а/l = L/nl = 176/(20×3) = 2,93. Останавливаемся на втором варианте, как несколько более экономичном и безопасном.

Для нахождения коэффициента использования η_в вертикальных электродов по табл. П.6 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 периметру контура: L = 176 (м). Тогда сопротивление горизонтального электрода связи (5):

R_г = 0,366 lg = 0,366 lg = 31,4 (Ом)

Из табл. П.7 линейной интерполяцией по параметру а/l находим коэффициент использования η_г горизонтальной полосы связи. При числе вертикальных электродов n = 20 при размещении их по контуру коэффициент использования равен η_г = 0,32 при а/l= 2 и η_г = 0,4 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 определяем по формуле (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. 1 представлена схема расположения заземлителей. Вертикальные электроды расположены таким образом, чтобы расстояния между ними вдоль длинной и вдоль короткой стороны здания отличались в наименьшей степени.

Рис. 1. Размещение искусственного заземлителя на плане цеха 50´30 м:

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

В случае необходимости экономии металлопроката можно воспользоваться итерационными расчетами, последовательно уменьшая число вертикальных электродов, – до получения приемлемого результата. Однако следует помнить, что при увеличении сопротивления заземляющего устройства уровень безопасности понижается.

Пример 2. Рассчитать повторное заземление защитного нулевого проводника для механического цеха, расположенного в здании с габаритами в плане 60´40 м (используется трехфазная четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью источника напряжением 380/220 В). Грунт – глина. При измерении его удельного сопротивления получили значение r_изм = 70 Ом×м (измерения проводились при малой влажности земли).

Решение. Согласно рекомендациям применяем 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, длина контура – L = 63×2 + 43×2 = 212 м.

В качестве вертикального электрода используем уголки большего сечения (из-за сложности их заглубления в глинистый грунт) – 60´60 мм (эквивалентный диаметр d_экв= 0,95с = 0,95×0,06 = 0,057 м) длинойl = 2,5 м, верхний конец которых расположен на глубине h = 0,7 м от поверхности. Тогда t = h + (l /2)= 0,7 + (2,5/2) = 1,95 м. Расчетное удельное сопротивление земли для вертикального электрода (2): r_в =r_измψ_в = 70×1,225 = 86 (Ом×м). Соответствующий коэффициент сезонности найден дляl = 2,5 м из табл. П.4 методом линейной экстраполяции: ψ_в = 1,2 + ((1,2 – 1,1)(2,5 – 3))/(3 – 5) = 1,225. Расчетное удельное сопротивление земли для горизонтального электрода связи (2): r_г = r_измψ_г = 70×1,6 = 112 (Ом×м). В данном случае пользоваться экстраполяционной формулой нельзя – длина контура (212 м), т. е. горизонтального электрода связи, слишком далеко от верхней границы (50 м) известной области значений ψ_г. Поэтому коэффициент ψ_г взят из табл. П.4 для меньшей длины – 50 м, что идет в запас расчета.

Сопротивление одиночного вертикального электрода (3):

R_в = 0,366 (lg + lg ) = 26,3 (Ом)

В условии не приводятся данные о наличии других зданий, подключенных к данной линии электропередачи. Поэтому будем считать, что здание одно. Следовательно, требуется минимальное сопротивление повторного заземления – R_доп = 10 Ом.

Определяем произведение предварительного числа вертикальных электродов на коэффициент использования (4): η_вn = R/R_доп = 23,6/10 = 2,36. Это соответствует (при любом значении а/l – табл. П.6) минимальному числу вертикальных заземлителей n = 4 (при контурном исполнении заземления вертикальные заземлители желательно иметь в углах контура).

Разделив периметр контура на n, 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 рекомендуемую величину а/l= 3. Обращаем внимание на то, что при ширине цеха 40 м контурное заземление не обеспечивает снижение величины напряжения прикосновения в средней части помещения (расстояние до ближайшего заземлителя превышает 20 м). Таким образом, становятся необходимыми дополнительные мероприятия по выравниванию потенциалов основания. А в этом случае можно расположить заземлители и в ряд (в этом случае четность числа вертикальных электродов совершенно не обязательна). По табл. П.6 при размещении вертикальных электродов в ряд ближайшее к 2,36 значение η_вn равно 2,34, что соответствует а/l= 1. Однако это значение а/lвыходит за границы рекомендуемого при расположении в ряд диапазона (2÷3). Другое ближайшее значение η_вn = 2,61 имеет место для n = 3 при а/l = 2 (что входит в рекомендуемый диапазон а/l).При этом длина ряда (и горизонтальной полосы связи) равна L = а(n – 1) = 2l(n – 1) = 2×2,5(3 – 1) = 10 (м). Ряд будет расположен, как это и рекомендуется ПУЭ, на месте ввода линии электропитания в здание. Коэффициент использования вертикальных электродов (при а/l = 2 и n = 3) η_в = 0,87.

В качестве горизонтального электрода связи используем стальную полосу шириной b = 0,025 м. Сопротивление полосы связи (5):

R_г = 0,366 lg = 16,6 (Ом)

По табл. П.7 находим значение коэффициента использования горизонтальной полосы связи (при расположении вертикальных электродов в ряд при 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 определяем по формуле (6): R_и = R_вR_г/( R_вη_г + R_гnη_в) = 23,6×16,6 /(23,6×0,915 + 16,6×3×0,87) = 6,0 (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), а сопротивление горизонтальной соединительной полосы (5):

R_г = 0,366 lg = 20,8 (Ом)

Тогда общее сопротивление комбинированного заземлителя (6): R_и = R_вR_г/( R_вη_г + R_гnη_в) = 23,6×20,8/(23,6×0,96 + 20,8×2×0,94) = 7,9 (Ом)

Результат положительный. Он экономичнее предыдущего, но уступает варианту с тремя вертикальными заземлителями при а/l = 2 с точки зрения запаса безопасности.

Пример 3. Рассчитать защитное заземление оборудованиия для механического цеха, расположенного в здании с габаритами в плане 110´60 м (используется трехфазная трехпроводная сеть с изолированной нейтралью источника напряжением 380/220 В). Грунт – песок. При измерении его удельного сопротивления получили значение r_изм = 350 Ом×м (измерения проводились при повышенной влажности земли).

Решение.В этом случае, так как иное в задании не оговорено, необходимо обеспечить величину R_доп £ 4 Ом (судя по габаритам цеха, потребляемая установленным в нем оборудованием мощность явно превышает 100 кВА, – в ином случае допускалось бы 10 Ом). Учитывая достаточно большое удельное сопротивление грунта при малой величине R_доп, принимаем контурное исполнение заземления.Предварительные размеры контура 114´64 м – траншея роется вне здания на расстоянии 2 м от стен.

Для песка в качестве вертикального электрода используем круглые стальные прутки диаметром d = 16 мм = 0,016 м) длинойl = 6 м, верхний конец которых расположен на глубине h = 0,8 м от поверхности земли. Тогда t = h + (l/2)= 0,8 + (6/2) = 3,8 м. Коэффициент сезонности для вертикальных заземлителей длиной 6 м при повышенной влажности земли находим из табл. П.4 (гор. Волгоград, III климатическая зона) линейной экстраполяцией по известным значениям для l = 3 м и l = 5 м: ψ_в = 1,3 + ((1,3 – 1,5)/(5 – 3))∙(6 – 5) = 1,2. Тогда расчетное удельное сопротивление земли (2): для вертикального электрода r_в =r_измψ_в = 350×1,2 = 420 (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 (3):

R_в = 0,366 (lg + lg ) = 78,3 (Ом)

Определяем произведение коэффициента использования вертикальных электродов η_в на их количество n (4): η_вn = R_в/R_доп= 78,3/4 = 19,6. Из табл. П.6 находим число вертикальных заземлителей 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))×(19,6 – 14,2) = 28,8. Принимаем n = 28 (четное число). При этом а = 3l = 3×6 = 18 (м), а длина контура заземления составит L = аn = 18×28 = 504 (м), что больше длины предварительно выбранного контура 114´64 м (114×2 + 64×2 = 356, м). Контур окажется на неприемлемо большом расстоянии от стен: (504 – 340)/(2∙4) = 20,5 (м). Здесь 340 = 2(110 + 60) – периметр цеха в метрах. Принимаем решение оставить первоначально принятый контур 114´64 длиной L = 356 м. При этом величина а/l = L/(nl) =356/(28∙6) = 2,12, а расстояние между соседними вертикальными заземлителями а = L/n = 356/20 = 12,7 (м) все-таки в несколько раз больше минимально допустимых 2,5 м (см. раздел 1).

Коэффициент использования η_в вертикальных электродов находим из табл. П.6 с помощью двойной интерполяции. Для n = 28 электродов при размещении их по контуру коэффициент использования равен:

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

при а/l = 3 η_в= 0,71 + ((0,66 – 0,71)/(40 – 20))×(28 – 20) = 0,69.

Для а/l = 2,12: η_в= 0,61 + ((0,69 – 0,61)/(3 – 2))×(2,12 – 2) = 0,62.

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

Длина полосы равна периметру контура: L = 356 (м).

Тогда сопротивление горизонтальной полосы связи (5):

R_г = 0,366 lg = 8,20 (Ом)

Из табл. П.7 находим двойной интерполяцией коэффициент использования η_г горизонтальной полосы связи. При n = 28 электродах и размещении их по контуру коэффициент использования равен:

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

при а/l = 3 η_г= 0,45 + ((0,41 – 0,45)/(30 – 20))×(28 – 20) = 0,418.

Для а/l = 2,12 η_г= 0,304+ ((0,418 – 0,304)/(3 – 2))×(2,12 – 2) = 0,318.

Результирующее сопротивление комбинированного искусственного заземлителя (6): R_и = R_вR_г/(R_вη_г + R_гnη_в) = 78,3×8,2/(78,3×0,318 + 8,2×28×0,62) = 3,84 (Ом).

Так как R_и меньше R_доп, незначительно от него отличаясь, расчет можно считать завершенным.

На рис. 2 представлена схема расположения заземлителей. Вертикальные электроды расположены таким образом, чтобы расстояния между ними вдоль длинной и вдоль короткой стороны здания отличались в наименьшей степени.

Рис. 2. Размещение искусственного заземлителя на плане цеха 110´60 м:

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

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Безопасность жизнедеятельности: учебник для вузов / С. В. Белов, А. В. Ильницкая, А. Ф. Козьяков [и др.] / Под общ. ред. С. В. Белова. 6-е изд., испр. и доп. – М.: Высш. шк., 2006. – 616 с.

2. Безопасность жизнедеятельности в машиностроении: учебник для студ. высш. учеб. заведений / В. Г. Еремин, В. В. Сафронов, А. Г. Схиртладзе [и др.]. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 384 с.

3. Бринза, В. Н. Охрана труда в черной металлургии / В. Н. Бринза, М. М. Зинковский. – М.: Металлургия, 1982. – 366 с.

4. Кораблев, В. П. Электробезопасность на предприятиях химической промышленности / В. П. Кораблев. – М.: Химия, 1991. – 238 с.

5. Королькова, В. П. Электробезопасность на промышленных предприятиях / В. П. Королькова. – М.: Машиностроение, 1970. – 522 с.

6. Охрана труда в машиностроении: учебник для машиностроительных вузов / Е. Я. Юдин, С. В. Белов, С. К. Баланцев [и др.] / Под общ. ред. Е. Я. Юдина, С. В. Белова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1983. – 432 с.

7. Салов, А. И. Охрана труда на предприятиях автомобильного транспорта / А. И. Салов. – М.: Транспорт, 1985. – 351 с.

8. Правила устройства электроустановок. Раздел 1. Общие правила. Главы 1.1, 1.2, 1.7, 1.9. Раздел 7. Электрооборудование специальных установок. Главы 7.5, 7.6, 7.10. – 7-е изд. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. – 176 с.

9. Правила устройства электроустановок. – 6-е изд. доп. и испр. – М.: Изд-во ЗАО «Энергосервис», 2000. – 608 с.

10. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей. – Новосибирск: Сиб. Унив. Изд-во, 2008. – 253 с.

11. Средства защиты в машиностроении: Расчет и проектирование: Справочник / С. В. Белов, А. Ф. Козьяков, О. Ф. Партолин [и др.] / Под ред. С. В. Белова. – М.: Машиностроение, 1989. – 368 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица П.1

Сопротивление (Ом) растеканию зарядов металлических трубопроводов, уложенных на глубине 2 м (удельное сопротивление грунта r =100 Ом×м)

Таблица П.2

Сопротивление (Ом) растеканию зарядов оболочек кабелей, уложенных на глубине 0,7 м (удельное сопротивление грунта r =100 Ом×м)

Таблица П.3

Различных видов земель и воды

Таблица П.4

Коэффициенты сезонности ψ для однородной земли

Таблица П.5

МЕТОДИКА РАСЧЕТА

Основным исходным параметром для расчета является наибольшее допустимое сопротивление заземляющего устройства, обозначенное как R_доп (допустимое).

При наличии естественных заземлителей с сопротивлением R_е осуществляется перерасчет наибольшего допустимого сопротивления искусственного заземлителя R_{и доп} (предполагается, что взаимное экранирование между ними отсутствует):

R_{и доп} = R_еR_доп /(R_е – R_доп) (1)

Сопротивление естественного заземлителя обычно определяется экспериментально. Также можно его рассчитать, зная удельное сопротивление грунта (см. ниже), а также длину проложенных в земле металлических трубопроводов или кабелей, – используя данные табл. П.1 и П.2.

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

Важным параметром для расчета является удельное электрическое сопротивление земли (грунта) r в месте устройства заземления, ориентировочные пределы изменения которого для некоторых видов земли и воды приведены в табл. П.3. Для получения расчетного удельного сопротивления r измеренное значение r_изм умножают на коэффициент сезонности ψ:

r= r_изм×ψ (2)

Значения коэффициента ψ отдельно для вертикальных и горизонтальных электродов в зависимости от влажности земли в момент измерения и климатической зоны (Волгоград относится к III зоне) для однородной земли приведены в табл. П.4 (изложенная в настоящих указаниях методика расчета относится к случаю однородной земли: для многослойной земли расчет существенно усложняется, его можно найти в [11]).

Далее алгоритм расчета зависит от конструкции заземлителя.

При устройстве стационарного заземления (цехов предприятий, административных, общественных и жилых зданий) в подавляющем большинстве случаев используется комбинированный групповой заземлитель, т. е. система заглубленных в землю вертикальных электродов, соединенных горизонтальным электродом связи. В этом случае (1-й алгоритм) сначала по формуле (2) рассчитывается два разных значения удельного сопротивления грунта – для вертикальных заземлителей (r_в) и для горизонтального электрода связи (r_г). Затем определяют сопротивление для одиночного вертикального электрода:

R_в = (ln + ln ), (3)

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

l – длина вертикального электрода, м;

d – диаметр трубчатого или стержневого 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 вбивают вертикальные электроды; равна глубине заложения полосы связи), м.

В качестве искусственных заземлителей обычно используют вертикальные и горизонтальные электроды. Вертикально забиваются в землю стальные уголки размером от 40´40 до 63´63 мм длиной 2,5÷3 м и прутки круглого сечения диаметром, в зависимости от материала, 12÷16 мм и длиной 4÷10 м (длинные стержни заглубляются вибраторами). Наименьшие сечения заземлителей должны соответствовать рекомендациям табл. П.5. Допуска