Заземляющее устройство состоит из заземлителей и проводников, соединяющих его с корпусами электрооборудования. Сейчас нам предстоит рассмотреть расчет заземлителя, т. е. определение какого числа и расположения электродов — стержней, уголков, полос, при котором общее их сопротивление растеканию будет равно сопротивлению, предписанному ПУЭ для данного вида установок.

Расчет заземленияСовпадения расчетного сопротивления заземлителя с действительным сопротивлением (после сооружения) можно ожидать лишь в том случае, если в основу расчета положены действительные значения удельного сопротивления земли в месте, где заземлитель будет сооружаться.  Если это не выполнить, то после сооружения может оказаться, что либо в землю заложен лишний металл, либо надо увеличивать число электродов и расширять занимаемую им площадь.

Точный расчет заземлителей, особенно в крупных установках, сложен, ограничимся примером приближенного расчета заземлителя небольшой установки.

Пример расчета заземления

Требуется выполнить искусственное заземление с сопротивлением rз = 4 Ом. Измерение удельного сопротивления земли выполнено методом пробного электрода. Заземлитель решено выполнить из стержней диаметром 12 мм, длиной 5 м, соединенных стальной полосой 40х4мм2. Измерения производились в летнее время. Среднее измеренное удельное сопротивление оказалось равным (без учета коэффициентов) ρизм=110 Ом*м.

Подключение заземлителя к электроустановкеДалее необходимо учесть увеличение удельного сопротивления земли вследствие промерзания или высыхания, т.е. ввести сезонный коэффициент kc. Допустим, наш район относится к первой климатической зоне. Клиатические зоны и сезонные коэффициенты представлены в таблице темы «Удельное сопротивление грунта«.

В соответствии с этой таблицей, для учета промерзания грунта принимаем при электродах из стержней длиной 5 м kc = 1,35.

Кроме того, надо учесть состояние земли во время измерений одним из коэффициентов k. Установлено, что во время измерений земля была сухой, количество осадков ниже нормы; был рекомендован коэффициент kз = 0,95 (для вертикальных электродов — стержней).

Теперь можно получить расчетное значение удельного сопротивления земли для вертикальных электродов:

ρрасч = kc*kзизм = 1,35*0,95*110 = 141 Ом*м,

Если указанные коэффициенты были учтены при измерениях, то удельное сопротивление земли принимается по данным измерений. Отсюда, пользуясь приближенной формулой, получим сопротивление одиночного стержня:

rв = Rрасч/L =  141/5 = 28,2 Ом

Примем расположение стержней в один ряд с расстоянием между ними 5 м, т.е. равным длине стержня. Для учета взаимного влияния стержней примем по коэффициент использования: η = 0,56. Это означает, что действительное сопротивление одного стержня в заземлителе из ряда стержней вследствие их взаимного влияния будет равно:

rв = 28,2/0,56 = 50,5 Ом

Число стержней для получения rз=4 Ом

n = rв/(Rз*η) = 28,2/(4*0,56) = 12,6

Примем предварительно 12 стержней. Но пока не учитывалось сопротивление растеканию полос, длина которых при 12 стержнях равна 55 м. Найдем сопротивление растеканию этих полос, находим сезонный коэффициент для полосы такой длины

kc = 4,5, а коэффициент, учитывающий состояние земли при измерениях согласно таб. 2, параграфа 10 k=0,8. Таким образом, расчетное значение удельного сопротивления земли для полос данного заземлителя равно:

ρрасч = kc*kз*110 = 4,5*0,8*110 = 400 Ом*м.

Кроме того, необходимо учесть взаимное влияние полос и стержней. Оно учитывается в данном случае коэффициентом 0,62.

Тогда сопротивление полос в заземлителе rпз = 2*ρрасч/(L*η) = 2*400/(55*0,62) = 23,4 Ом.

Стержни и полосы можно рассматривать как два параллельно включенных сопротивления. Тогда на основании известной формулы 1/Rз = 1/rвз+1/rпз необходимое общее сопротивление стержней может быть принято равным:

rвз <= Rз*rпз/(rпз — Rз) = 4*23,4/(23,4-4) = 4,7 Ом.

Уточненное число стержней должно быть, таким образом, равно:

n = 28,2/(4,7*0,56) = 10,7,

т. е. можно принять 11 стержней, но длину полос оставить равной 55 м.

Действительное сопротивление заземления должно проверяться после его сооружения измерением на месте. Если оно оказалось недостаточным, присоединяются дополнительные электроды. Измерения производятся организацией, имеющей соответствующие документы на проведение испытаний. Электролаборатория Москва выполняет данную услугу по вполне приемлемой цене.

Приведенный выше расчет выполнен исходя из того, что поблизости нет надежных естественных заземлителей (rест). Если же они имеются, необходимо произвести измерение их сопротивления. Если сопротивление их достаточно (для данного примера 4 Ом и ниже), то устройство искусственных заземлителей не требуется. Если оно недостаточно, тогда добавляют искусственный заземлитель. Его сопротивление рассчитывается по формуле

rиск = Rз*rест/(rест-Rз)

Дальнейший расчет искусственного заземления производится так же, как было сделано выше.