Краткие теоретические сведения. В зависимости от места размещения заземлителя относительно заземляемого оборудования различают два типа заземляющих устройств: выносное и контурное
В зависимости от места размещения заземлителя относительно заземляемого оборудования различают два типа заземляющих устройств: выносное и контурное. Выносное (сосредоточенное) заземляющее устройство характеризуется тем, что заземлитель его вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки. Существенный недостаток выносного заземляющего устройства — отдаленность заземлителя от защищаемого оборудования. Заземляющие устройства этого типа применяются лишь при малых токах замыкания на землю, в частности в установках до 1000 В, где потенциал заземлителя не превышает значения допустимого напряжения прикосновения. Кроме того, при большом расстоянии до заземлителя может значительно возрасти сопротивление заземляющего устройства в целом за счет сопротивления соединительного, т. е. заземляющего, проводника. Достоинством выносного заземляющего устройства является возможность выбора места размещения электродов заземлителя с наименьшим сопротивлением грунта (сырое, глинистое, в низинах и т. п.). Необходимость в устройстве выносного заземления может возникнуть в следующих случаях: при невозможности по каким-либо причинам разместить заземлитель на защищаемой территории; при высоком сопротивлении земли на данной территории (например, песчаный иди скалистый грунт) и наличии мест со значительно лучшей проводимостью земли; при рассредоточенном расположении заземляемого оборудования (например, в горных выработках) и т. п.
Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что электроды его заземлителя размещаются по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки. Часто электроды распределяются на площадке по возможности равномерно, и поэтому контурное заземляющее устройство называется также распределенным. Безопасность при распределенном заземляющем устройстве может быть обеспечена не только уменьшением потенциала заземлителя. а и выравниванием потенциала на защищаемой территории до такого значения, чтобы максимальные напряжения прикосновения и шага не превышали допустимых. Это достигается путем соответствующего размещения одиночных заземлителей на защищаемой территории. Внутри помещений выравнивание потенциала происходит естественным путем
благодаря металлическим конструкциям, трубопроводам, кабелям и подобным им проводящим предметам, связанным с разветвленной сетью заземления. Арматура железобетонных зданий также оказывает благоприятное влияние на выравнивание потенциала.
Для искусственных заземлителей применяют обычно вертикальные и горизонтальные электроды. В качестве вертикальных электродов используют стальные трубы диаметром 5 — 6 см с толщиной стенки и менее 3,5 мм и угловую сталь с толщиной полок не менее 4мм (обычно это угловая сталь размером от 40 х40 до 60 х 60 мм) отрезками длиной 2,5 — 3,0 м. Широкое применение находит также прутковая сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м, а иногда и более. Для связи вертикальных электродов и в качестве самостоятельного горизонтального электрода применяю полосовую сталь сечением не менее 4x12 мм и сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм. Размещение электродов выполняют в соответствии с проектом. Заземлители не следует размещать вблизи горячих трубопроводов и других объектов, вызывающих высыхание почвы, а также в местах, где возможна пропитка грунта нефтью, маслами и т. п., поскольку в таких местах сопротивление грунта резко возрастает. В случае опасности усиленной коррозии заземлителей необходимо применять электроды увеличенного сечения либо оцинкованные или омедненные. В некоторых случаях целесообразно выполнить электрическую защиту заземлителей от коррозии. Для установки вертикальных заземлителей предварительно роют траншею глубиной 0,7 — 0,8 м, после чего трубы или уголки забивают механизмами — копрами, гидропрессами и т. п. Стальные стержни диаметром 10—12 мм, длиной 4 — 4,5 м ввертывают в землю с помощью специальных приспособлений, а более длинные заглубляют вибраторами. Верхние концы погруженных в землю вертикальных электродов соединяют стальной полосой на сварке. При этом полосу устанавливают на ребро, так как в таком положении удобнее приварить к вертикальным электродам и она имеет лучший контакт с землей. В таких же траншеях прокладывают и горизонтальные электроды. В этом случае электроды из полосовой стали также рекомендуется ставить на ребро. Траншеи засыпают землей, очищенной от щебня и строительного мусора, с последующей тщательной трамбовкой, что снижает сопротивление растеканию заземлителя, а следовательно, дает экономию металла.
Земля не является однородной, а имеет слоистое строение. Слои земли расположены практически горизонтально и представляют собой грунты с различными сопротивлениями. Обычно верхние слои земли имеют большее удельное удельное сопротивление, чем нижележащие. В редких случаях бывает наоборот, например, когда под поверхностью земли находятся горные породы, обладающие большим сопротивлением. Кроме того, значение удельного сопротивления верхних слоёв земли меняется в течение года. Учёт неоднородности земли значительно повышает точность расчёта заземлителей, но с другой стороны усложняет расчёт и экспериментальное определение
удельного сопротивления слоёв грунта.
Электрическое сопротивление грунта характеризуется его объёмным удельным сопротивлением, т. е. сопротивлением куба грунта с ребром длиной 1 м или 1 см. Значение объёмного удельного сопротивления колеблется в широких пределах – от десятков до тысяч Ом на метр, так как оно зависит от многих факторов: от влажности, температуры, рода грунта, степени его уплотнённости, времени года. В практических условиях резкое снижение объёмного удельного сопротивления грунта наблюдается обычно при увеличении влажности до 15 – 20 % (по массе). Дальнейшее увлажнение мало влияет на его сопротивление. При влажности более 70 – 80 % объёмное удельное сопротивление грунта может возрасти за счёт снижения концентрации растворимых в воде веществ. Время года влияет на удельное сопротивление грунта, поскольку вследствие изменения атмосферных условий в течение года изменяются содержание влаги в грунте, его температура и количество растворённых в нём солей, кислот и оснований. Например, глина, при обычной влажности имеет относительно низкое сопротивление и является хорошим грунтом для устройства заземлений.