- при х   , _x  0 (зоной нулевого потенциала называется участок земли, где _x малозаметен) ;

- при х  0, _x макс., т. е. _x = _з .

Рис.13. Зависимость потенциала (х) в зоне растекания тока от расстояния х

Напряжением заземлителя называют падение напряже­ния на сопротивление земли между заземлителем и зо­ной нулевого потенциала

U_з = _з – 0 =

Сопротивлением заземлителя является сопротивление земли возле заземлителя. Для полусферического заэем-лителя

R_з = U_з / I_h =

Сопротивление R_з зависит от р грунта, формы зазем­лителя и его размеров.

Удельное сопротивление грунта р измеряют на мес­те сооружения заземлителей.

Приближенные значения удельных сопротивлений различных видов грунта следующие [5]:

Вода, грунт р, Ом м

Морская вода 0,2 - 1

Речная вода 10 - 100

Глина 8 - 70

Суглинок 40 - 150

Песок 400 - 700

Для искусственных заземлителей применяют верти­кальные и горизонтальные проводники. Вертикальные вы­полняют из стальных труб, уголков, а горизонтальные -из полосовой стали и стали круглого сечения. По кон­струкции подразделяют заземлители на одиночные и сложные (групповые). Рассчетные формулы для таких за­землителей приведены в справочной литературе [5,6].

Примеры конструкций заземлителей, расположенных в однородном грунте:

1) вертикальный проводник в виде стальной трубы (длина 1 = 2,5 - 3 м, диаметр

d = 5 – 6 см и более)

R_в.о. = ( )*ln(41/d)

2) горизонтальный проводник в виде стальной поло­сы, расположенной в траншее глубиной t = 0,7 - 0,8 м (L и Ь - длина и полосы ширина)

R_г.о. = ( )*ln(2L²/b*t)

3)

a) б)

Рис.14. Групповой заземлитель с вертикальными роводниками: а-контур, б-сетка

Сопротивление такого заземлителя равно:

, где S - площадь заземлителя; l - длина вертикального проводника , n - число вертикальных проводников; L -общая длина горизонтальных полос; t - глубина их за­ложения в землю.

4)

4)

Рис.15.Вертикальные проводники без связи в земле

Сопротивление такого заземлителя равно:

где R_.в.о.- сопротивление одиночного вертикального проводника, находящегося в земле; n - число проводни­ков, - коэффициент использования проводников, учитывает явление взаимного экранирования по­лей при растекании тока с проводников.

5)

Рис. 16. Полоса с вертикальными проводниками

Сопротивление заэемлителя :

R_г.р= R_в.о * R_г.о / (R_в.о* + R_г.о*_в * n)

где : R_в.о , R_г.о- сопротивление одиночных вертикального и горизонтального заземлителя; n - число вертикальных проводников;  - коэффициенты использования заземлителей, находятся из таблиц [6].

Напряжение прикосновения и шага

Напряжение прикосновения (U_пр) - напряжение, появ­ляющееся на теле человека при одновременном прикосно­вении к двум точкам проводников или проводящих частей, входящих в электрическую цепь, в том числе при повреждении изоляции.

Напр., это могут быть точки корпуса, имеющего при пробое потенциал (_з) и земли, на которой находится человек, с потенциалом (_х) . Для полусферического заземлителя ото напряжение будет равно:

U _пр=_з - _х =( )*(1/r - 1/(r+x))

Преобразовав формулу, получим:

U _пр=( )*(1 - r/(r+x))

Первая часть формулы - это напряжение заземлителя U_з, а вторую обозначим как коэффициент _пр, тогда: U_пр= U_з*_пр

Рис.17. Напряжения прикосновения и шага в зоне полусферического заземлителя

Эту формулу используют для определения напряжения прикосновения для сложных заземлителей

U_пр= U_з*_пр где _пр = f(S,b,l,t,p,x) - коэффициент напряжения прикосновения, определяется из таблиц [5].

Коэффициент _пр (_пр<1) зависит от геометрических размеров заземлителя и расстояния х от заземлителя до человека, он увеличивается с увеличением х и стано­вится равным единице, если человек находится в зоне с нулевым потенциалом. В этом случае U_пр= U_з.

Напряжением шага называется разность потенциалов цепи тока в местах опоры ступней ног (рис.17).

Д ля полусферического заземлителя:

U_ш =_х - _х+d =( )* (1/(r+х) - 1/(r+x+d)), где d s 0,8 м - длина шага.

В общем виде напряжение шага равно:

U_ш = U_з*₁,

где ₁= (_х - _х+d)/U_з < 1 - коэффициент напряже­ния шага, учитывающий форму потенциальной кривой.

Наименьших значений ₁ и U_з достигают при удалении человека от заземлителя

( при х > 20м, U_ж0) .

Проектирование заэемлителей

а.) Проектирование заземлите лей обычно проводят по допустимому сопротивлению R_з. В этом случае на задан­ной площади подбирают- конструкцию, рассчитывают размеры и число электродов таким образом, чтобы вы­полнялось неравенство (основное расчетное уравнение):

R_з ≤ R_з.доп.

б) В грунтах с большим удельным сопротивлением грунта (р > 500 Ом*м) или при малых площадях заземлителя невозможно обеспечить R_з.доп. На рис.18 показаны зависимости сопротивлений заземлителя от его площади для двух различных удельных сопротивлений грунта. Здесь R_з.доп. можно обеспечить лишь при р ≤ p₁ и площа­ди заземлителя S > S₁. Значения R_з' (при р₂) и R_з'' (при S₂) уже не удовлетворяют основному расчетному уравнению.

P₂ > P₁

Рис.18 Зависимость R_з от площади заземлителя S и удельного сопротивления грунта р

В указанных условиях проектирование ведут по допу­стимому напряжению прикосновения, расчетным уравнени­ем в этом случае является :

U_пр.= U_пр.доп.

U_пр.доп. можно обеспечить за счет уменьшения рас­стояний между соседними электродами заземлителя.

Н а рис.19 приведена примерная зависимость напряже­ния прикосновения (Unp.) от размеров ячейки (а) сетки заземлителя. Из нее следует, что при использовании в качестве заземлителя сетки с размером ячейки можно обеспечить в защищаемой зоне U_пр.доп.

_a.доп.

Рис.19. Зависимость от ширины ячейки сетки а

Согласно ПУЭ вблизи рабочих мест принимается раз­меры ячеек а=1-3 м; а вне зоны обслуживания электро­установки а=6-10 м.

Контроль эаземлителей

Контроль проводят не реже 2 раз в год, измеряя со­противление заземлителей по схеме амперметр-вольтметр

(рис.20)

D 1,5*D 1,5*D

Рис.20.Схема измерения сопротивления заземлителя

На схеме: П и Т - потенциальный и токовые электроды; D - размер заземлителя. Для правильных измерений потенциальный электрод должен быть расположен в зоне нулевого потенциала и относительно заземлителя и от­носительно токового электрода.

Значение сопротивления определяется после измере­ний напряжения и тока по формуле:

R_изм = U_з.изм. / I_изм.

5.2. Зануление

Зануление - преднамеренное соединение металличе­ских нетоковедущих частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением в аварийной ситуации, с заземленной точкой обмотки источника питания.

Назначение зануления - устранение опасности пора­жения током в случае прикосновения к корпусу электро­оборудования, оказавшемуся под напряжением относи­тельно земли из-за замыкания фазы на корпус.

Принцип действия зануления - превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание, обеспечи­вающее автоматическое отключение поврежденного элек­трооборудования от сети, и, одновременно, в снижении напряжения корпуса относительно земли на время, пока не сработает отключающий аппарат.

Область применения зануленкя - трехфазные четырех-проводные сети с заземленной нейтралью напряжением до 1000В, однофазные двухпроводные сети с заземленным выводом обмотки источника питания -

Зануление выполняют, соединяя корпуса с нулевым проводом и, далее, с заземленной нейтралью источника питания. На рис.21 приведена схема зануления для трехфазной четырехпроводной сети переменного тока. По такой схеме выполнены наиболее распространенные сети напряжением 380/220 В.

Рис.21. Схема зануления: а - принципиальная; б - однофазная эквивалентная

Z_ф- сопротивление фазных проводов; Z_н.п.-сопротивление нулевого провода;

R_o-солротивление заземления нейтра­ли; Z_тр/3-сопротивление обмотки трансформатора .

Основные требования к занулению - обеспечить на­дежное срабатывание защиты и малое время (доли секун­ды) отключения поврежденного оборудования. Время сра­батывания отключающего аппарата (предохранителя, автомата) зависит от тока короткого замыкания, проте­кающего через него. На рис.22 приведен примерный вид зависимости времени срабатывания от кратности тока короткого замыкания по отношению к номинальному току аппарата.

Рис.22.Токовременная характеристика предохранителя

t_откл - время отключения, I_к.з. - ток короткого замыкания; I_ном - номинальный ток плавкой вставки или ток уставки автомата.

Таким образом, для быстрого отключения необходимо обеспечить достаточный по величине ток короткого за­мыкания .

Расчет зануления проводят с целью определить усло­вия, при которых в аварийной ситуации произойдет на­дежное отключение поврежденной электроустановки от сети и будет снижено до безопасной величины напряже­ние на корпусе в аварийный период.

ПУЭ устанавливает следующие требования, которые необходимо выполнить при расчете зануления: