- Головна
- Способи підвищення ефективності заземлення електроустановок (продовження). Довгий чи короткий заземлитель?
У попередній статті ми розглядали найбільш популярні способи підвищення ефективності заземлювачів за рахунок збільшення площі контакту з навколишнім грунтом і зменшення перехідного опору електрод-грунт шляхом засипання навколо електрода заземлення різних мінеральних наповнювачів мають високу електропровідність. У цій статті ми хочемо загострити увагу на виборі оптимальних розмірів перетину і довжині заземлюючих електродів, так як при проектуванні і будівництві об'єктів енергетичного господарства замовники регулярно стикаються з такого роду питаннями.
1. Розмір перетину і довжина заземлювача.
Відомо, що збільшення діаметра або товщини електрода не дають істотного зменшення опору заземлювача, не дивлячись на велику площу контакту з землею. Наприклад при збільшенні діаметру труби довжиною 3м з 2 до 5 см її опір в однорідному грунті з опором 100 Ом * м зменшується лише на 15%. Це випливає також з формули, за якою розраховуються опір розтіканню традиційних вертикальних електродів: зміна діаметра мало впливає на опір розтіканню, так як значення діаметра входить в розрахунок під знаком логарифма. Збільшення ж довжини труби, наприклад з 1 до 3 м, при діаметрі 5 см, призводить до зменшення опору розтікання майже в 2,5 рази.
У 40-50-х роках минулого століття для більшої ефективності контуру заземлення та скорочення його площі були запропоновані такі рішення як глибинні заземлювачі, що встановлюються в попередньо пробурені свердловини, глибиною понад 10 м, і горизонтальні протяжні заземлювачі, що укладаються в траншеях. Використання таких способів стало популярним особливо при будівництві ПС або ВЛ на ізолюючих підставах, таких як вічна мерзлота, скельний грунт, сухий пісок і т.п. Розглянемо ці способи заземлення трохи докладніше.
2. Глибинні заземлювачі.
В реальних умовах земля має багатошарову будову, однак для практичних розрахунків прийнято представляти землю у вигляді двошарової структури. У багатьох випадках питомий опір нижнього шару нижче опору верхнього шару, тому прийнято вважати, що використання глибинних заземлювачів призводить до суттєвої економії коштів, праці і матеріалів. Однак тут є багато «підводних каменів».
Однією з основних проблем є похибка обчислень, яка виникає при переході від багатошарової моделі грунтів до двошарової. Особливо це проявляється при проектуванні електроустановок в районах Крайньої Півночі. Відомо, що геоелектріческого структура вічній грунтів не має чіткої горизонтальної межі, що істотно впливає на результати перед
Іншою проблемою є те, що залежність довжини заземлювача від його електричного опору в грунті також є не прямий, а логарифмічною. На графіку 1 можна побачити, що зміна опору заземлювача не так значно при збільшенні його довжини більше 6 метрів, одночасно з цим істотно зростають і трудовитрати на монтаж контуру заземлення.
3. Горизонтальні заземлювачі
Вертикальні, особливо глибинні, заземлювачі можуть забезпечувати хорошу провідність за рахунок контакту з нижніми шарами грунту, часто мають високу провідність. Однак у багатьох випадках опір грунту в поверхневих шарах невелика, і при цьому виявляється раціональним застосування горизонтальних заземлювачів, особливо якщо нижні шари грунту володіють збільшеним опором.
В інших випадках, горизонтальні заземлювачі необхідні через відсутність механізмів для монтажу вертикальних електродів в скельних, гравійних та інших грунтах. Якщо ж скельний грунт закритий шаром землі, то виконання горизонтального або «променевого» заземлювача може виявитися менш трудомістким і порівняно дешевим, ніж монтаж вертикальних електродів.
Променеві заземлювачі часто застосовують для захисту від блискавок, де важлива хороша провідність заземлювача в літню пору, а саме тоді її може забезпечити горизонтальний заземлювач, прокладений в торф'яному або іншому добре провідному талому верхньому шарі грунту. Те саме можна сказати і до сезонних електроустановок, що працюють в літній час.
Не менш важливою характеристикою будь-якого штучного заземлювача є здатність швидкої нейтралізації імпульсних струмів, що виникають при грозових розрядах. Для обліку цього в формулу для розрахунку опору заземлювача вводиться додатково імпульсний коефіцієнт. При значних за величиною імпульсах струму в грунті поблизу заземлювача виникають настільки великі напруженості електричного поля, що в окремих ділянках землі відбувається частковий іскровий пробій. Згідно з дослідженнями іскровий пробій в середніх по провідності грунтах виникає при напруженості електричного поля Е = 3 кв / см. У разі виникнення іскрового пробою шунтируется перехідний опір прилеглих ділянок грунту і зменшується загальний опір заземлення. Це явище призводить як би до збільшення розмірів заземлювача по перетину і зменшення питомої опору грунту. На практиці, більш ефективними, до впливу імпульсних струмів, є короткі заземлювачі з бо льшим поперечним перерізом, ніж протяжні заземлювачі зі смугової або круглої сталі з мінімально можливим перерізом.
Крім вище сказаного, будь-які заземлювачі з чорної вуглецевої сталі, перебуваючи в землі, піддаються корозії, причому в особливо несприятливих умовах перебувають заземлювачі робочого заземлення, через які проходять робочі струми постійного напрямку. Часто термін служби може виявитися дуже малим (3 - 8 років). Досвід показує, що доцільно будувати заземлюючих пристроїв так, щоб заземлення працювало без заміни електродів не менше 15 років. Це може бути досягнуто за допомогою використання електролітичного заземлення, термін служби якого більше 30 років.
Технічні вимоги до заземлення, регламентовані в главі 1.7 ПУЕ, не можуть з достатнім ступенем точності врахувати всіх регіональних сезонних геоелектріческіх і кліматичних змін, особливості прокладки заземлювачів, або рельєф місцевості. З огляду на великі геометричні розміри протяжних заземлювачів, вибір точних моделей грунтових структур для них в принципі неможливий. Традиційні моделі грунтів, в районах зі складними грунтовими умовами, призводять до значних похибок і неможливості зіставлення розрахункових і виміряних величин.
У випадку з хімічними електродами, при використанні їх разом з активатором, або без нього, така проблема просто відсутня, так як в цьому випадку немає необхідності оцінювати похибка вихідної інформації за рахунок їх невеликої довжини. Розрахунок же параметрів заземлювачів носить оціночний характер і його мета - вказати найбільш небезпечні місця появи неприпустимих значень напруг дотиків, які в подальшому слід перевірити практичними вимірами. Те ж можна віднести і до високої здатності електролітичного заземлення нейтралізувати імпульсні струми, що виникають при грозових розрядах.