3. Заземлители

Заземлители по исполнению подразделяются на одиночные и групповые, по назначению - на искусственные и естественные.

3.1. Одиночные заземлители

Если в качестве заземлителя используется один электрод, то такой заземлитель называется одиночным.

Процессы стекания тока, а следовательно, и математические выражения для расчета параметров одиночного заземления наиболее просты. Кроме того, одиночные заземлители являются составляющими более сложных групповых заземлителей.

Ток, проходящий через заземлитель в землю, преодолевает сопротивление, называемое сопротивлением растеканию тока. Оно имеет три слагаемых:

- сопротивление самого заземлителя;

- переходное сопротивление между заземлителем и грунтом;

- сопротивление грунта.

Поскольку первые два слагаемые по сравнению с третьим малы, то ими пренебрегают, и за сопротивление растеканию тока принимают сопротивление грунта. Тем не менее это сопротивление зависит от формы, размеров и расположения заземлителя. В табл. 3.1 приведены формулы для расчета сопротивлений растеканию тока наиболее распространенных одиночных заземлителей в однородном грунте, [2].

Таблица 3.1

Формулы для расчетов сопротивлений растеканию тока одиночных заземлителей в однородном грунте

Тип заземлителя	Эскиз	Формула	Условия применения
t l/2 t0 Стержневой круглого (трубчатого) сечения или уголковый в земле.	l d		l>>d; ; для уголка с шириной полки в d=0,95в.
l t0 d Протяженный в земле (стержень, труба, полоса, кабель и т.п.)			l>>d; l>>4t0; для полосы шириной в d=0,5в.
Пластинчатый (шина) в земле; шина поставлена на ребро	t0 d l		l>>d; l>>t0; d=0,5в.
Продолжение таблицы 3.1.
Круглая пластина (диск) на поверхности земли	D	R= /2D

2. Групповые заземлители

По условиям безопасности сопротивления заземления должны быть относительно малыми. Принципиально обеспечить такое сопротивление можно путем увеличения геометрических размеров одиночного заземлителя (электрода) или использования нескольких параллельно соединенных электродов. Такой заземлитель называется групповым. Расчеты показывают, что выполнение групповых заземлителей во много раз экономичнее по затратам металла и монтажным работам. Кроме того, при использовании нескольких заземлителей можно выровнять потенциальную кривую на территории, где они размещаются, что имеет также большое значение в обеспечении безопасности обслуживающего персонала. Поэтому на практике применяют в преобладающем большинстве групповые заземлители.

При больших расстояниях между электродами группового заземлителя (более 40м) поля растекания токов вокруг них не взаимодействуют, и ток каждого электрода проходит по «своему» отдельному участку земли, по которому не проходят токи других заземлителей. В этом случае сопротивление группового заземлителя определяется по формуле параллельного соединения активных сопротивлений:

,

где - сопротивление одиночного заземлителя;

n – число заземлителей;

- сопротивление растеканию группового заземлителя при расстояниях между электродами группового заземлителя, больших 40м.

Если заземлители одинаковы, то

При малых расстояниях между электродами группового заземлителя (менее 40м) поля растекания тока накладываются друг на друга. В результате увеличивается сопротивление земли на общих участках, и сопротивления, как отдельных электродов, так и группового заземлителя возрастают. Степень увеличения сопротивления растеканию одиночных заземлителей в составе группового характеризуется коэффициентом использования проводимости группового заземлителя (коэффициентом экранирования)

,

где - фактическое значение сопротивления растеканию.

В этих случаях расчет сопротивлений растеканию группового заземлителя производится по формулам, [3]

,

.

Значение коэффициента использования зависит от формы, размеров, размещения одиночных электродов в составе группового, а также от их числа и расстояния между соседними электродами.

Обычно групповой заземлитель выполняется в виде вертикальных стержневых электродов, соединенных между собой горизонтальным полосовым электродом. При таком устройстве группового заземлителя возникает взаимодействие полей растекания тока вертикальных заземлителей не только между собой, но и с полями горизонтальных электродов. Степень этого сложного взаимодействия учитывается коэффициентами использования вертикальных ( ) и горизонтальных ( ) электродов.

В табл. 3.2 и 3.3 приведены значения коэффициентов и , полученные экспериментальным путем, [3,4].

Таблица 3.2

Коэффициенты использования вертикальных электродов группового заземлителя из труб, уголка, прутка круглого сечения без учета влияния полосы связи

Отношение расстояния между электродами к их длине		Число электродов (n)
		2	4	6	10	15	20	40	60
Электроды размещены в ряд
1 2 3		0,84-0,87 0,9 - 0,92 0,93-0,95	0,73 0,83 0,89	0,65 0,77 0,85	0,56-0,62 0,72-0,77 0,79-0,83	0,51-0,56 0,66-0,75 0,76-0,8	0,47-0,5 0,65-0,7 0,74-0,79
Продолжение таблицы 3.2.
Электроды размещены по прямоугольному контуру
1 2 3	- - -		0,66-0,72 0,76-0,8 0,84-0,86	0,58-0,65 0,71-0,75 0,78-0,82	0,52-0,58 0,66-0,71 0,74-0,75	- - -	0,44-0,5 0,61-0,66 0,68-0,63	0,38-0,44 0,55-0,61 0,64-0,69	0,36-0,42 0,52-0,58 0,62-0,67

Таблица 3.3

Коэффициенты использования горизонтального полосового электрода , соединяющего вертикальные электроды группового заземления

Отношение расстояния между электродами к их длине	Число вертикальных электродов (n)
	2	4	6	8	10	20	30	50	60
Вертикальные электроды размещены в ряд
1 2 3	0,85 0,94 0,96	0,77 0,89 0,92	0,72 0,84 0,88	0,67 0,79 0,85	0,62 0,75 0,82	0,42 0,56 0,68	0,31 0,46 0,58	0,21 0,36 0,49	0,20 0,27 0,36
Вертикальные электроды размещены по прямоугольному контуру
1 2 3	- - -	0,45 0,55 0,7	0,4 0,48 0,64	0,36 0,43 0,6	0,34 0,4 0,56	0,27 0,32 0,45	0,24 0,3 0,41	0,21 0,28 0,37	0,20 0,27 0,36

Сопротивление растеканию тока группового заземлителя, состоящего из вертикальных стержневых электродов и горизонтального полосового, соединяющего вертикальные электроды, определяется по выражению, [3]

,

где - сопротивление растеканию соответственно одного вертикального и горизонтального электродов, определяемые по формулам табл.3.1.

Если групповой заземлитель расположен в неоднородной земле, то его сопротивление растеканию тока рассчитывается по вышеприведенной формуле, но сопротивления растеканию одиночных заземлителей определяются по формулам табл.3.1 с заменой на _э. При этом нужно иметь ввиду, что горизонтальный электрод может находится только в одном слое.