Порядок расчета заземляющего устройства типа «гребенка»

Заземлители такого типа могут выполняться, например, для повторных заземлений нулевого провода в сети напряжением 380/220 В, заземлений опор ВЛ напряжением выше 1000 В.

Вертикальные электроды у заземлителей типа «гребенка» расположены по прямой линии, находятся в земле и объединены горизонтальным электродом. Расчет таких заземлителей выполняют методом коэффициента экранирования (использо­вания) η [36], который характеризует влияние друг на друга электрических полей смежных электродов.

Формула для расчетов сопротивления следующая:

где n _в– количество вертикальных электродов, q _в – проводимость вертикального электрода, q _г– проводимость горизонтального электрода, η – коэффициент использования сложного заземления, который зависит от конструктивных параметров сложных заземлителей и от параметров ρ₁ и ρ₂.

Коэффициент использования для заземлителей типа «гребенка» в основном зависит от количества вертикальных заземлителей п_в (принимаемых в качестве основного параметра).

Коэффициент использования сложного заземления рассчитывается по формуле

Значения В₂ и β₂ можно взять из табл. 4.9 для различных значений ρ₁/ρ₂.

Пример. Определить сопротивления заземления типа «гребенка», выполненного из 5 вертикальных электродов длиной по 10 м и диаметром 0,01 м, расположенных один от другого на расстоянии а_ср, равном 10 м, объединенном горизонтальным заземлителем круглого сечения диаметром d = 0,02 м, длиной 40 м. Глубина заложения t заземлителя от поверхности земли равна 0,5 м. Земля имеет двухслойную структуру с параметрами ρ₁ = 240 Ом·м, ρ₂ = 30 Ом·м, h = 3 м.

Таблица4.9 – Значения параметров В ₂ и β₂ при различных ρ

 

Параметр	Значение отношения ρ1/ρ2
	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1	2	3
В 2	0,841	0,851	0,860	0,867	0,874	0,880	0,920	0,945
β2	0,256	0,252	0,249	0,246	0,244	0,242	0,228	0,221

 

Окончание таблицы 4.9

Параметр	Значение отношения ρ1/ρ2
	4	5	6	7	8	9	10
В 2	0,962	0,976	0,988	0,998	1,006	1,014	1,021
β2	0,216	0,212	0,209	0,206	0,204	0,202	0,200

Значение сопротивлений для одиночных электродов (вертикального R_B и горизонтального R_Г) берем из предыдущих примеров, так как их параметры такие же. Параметры В₂ и β₂ находим по табл., исходя из соотношений ρ₁/ρ₂= 240/30 = 8; В₂ = 1,006, β ₂ = 0,204. Коэффициент использования будет равен: η = 1,006• ^-0,204 = 0,72.

Сопротивление R₃ составит

Таблица 4.10 – Классы зон и категории устройств и сооружений

Здания и сооружения	Месторасположения	Тип зоны защиты	Категория
Здания и сооружения (или их части) с производствами, кото­рые относятся к зонам класса B-I и В-II*	На всей территории РФ	Зона А	I
Здания и сооружения (или их части) с производствами, которые относятся к классам В-Iа, B-Iб, В-IIа	В местностях со средней грозовой деятельностью 10 ч в год и более	При ожидаемом количестве поражений молнией в год зданий или сооружений М< 1 – зона Б; при М> 1 – зона А	II
Наружные технологические установки и открытые склады (класс В-Iг)	На всей территории РФ	Зона Б	II
Здания и сооружения с про­изводствами, которые относятся к зонам класса П-I, П-II и П-IIа	В местностях с интенсивностью грозовой деятельности 20 ч в год и более	Для зданий и сооружений I и II степеней огнестойкости при ожидаемом числе поражений молнией в год 0,1 < М< 2 и для III, IV, V степеней огнестойкости при 0,02<M<2-зона Б; при М>2 – зона А	III
Наружные технологические установки и открытые склады, классов П-I и П-II	То же	Зона Б	III
Здания и сооружения III, IV То же и V степеней огнестойкости, в которых отсутствуют взрыво-и пожароопасные производства	То же	При ожидаемом количестве поражений молнией в год 0,1<M<2-зона Б; при М> 2 – зона А	III
Животноводческие и птицеводческие здания и сооружения III, IV и V степеней огнестойкости: для крупного рогатого скота и свиней на 100 голов и более, для лошадей – на 40 голов и более, для овец – на 500 голов и более, для птицы –на 1000 голов и более	В местностях со средней интен­сивностью гро­зовой деятель­ности 40 ч в год и более	Зона Б	III
Дымовые трубы предприятий и котельных, водонапорные и силосные башни, вышки различного назначения высотой 15 м и более	То же, 10 ч в год и более	Зона Б	III

 

* Согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ).

** Здания и сооружения, отнесенные по устройству молниезащиты к I и II категориям, должны быть защищены от прямых ударов молнии, электростатической и электромагнитной индукции и заноса высоких потенциалов через наземные и подземные металлические коммуникации. Здания и сооружения, отнесенные по устройству молниезащиты к III категории, должны быть защищены от прямых ударов молнии и заноса высоких потенциалов через наземные металлические коммуникации.

Наружные установки, отнесенные по устройству молниезащиты ко II категории, должны быть защищены от прямых ударов молнии и электростатической индукции. Наружные установки, отнесенные по устройству молниезащиты к III категории, должны быть защищены от прямых ударов молнии.

Защита от прямых ударов молнии зданий и сооружений, относимых по устройству молниезащиты к I категории, должна выполняться отдельно стоящими стержневыми молниеотводами [34, с. 11].

 

Рис. 4.4. Отдельно стоящий стержневой молниеотвод

 

 

Защищаемый объект должен полностью располагаться в зоне защиты молниеотвода. Он должен располагаться на определенном расстоянии от молниеотвода. Если это расстояние меньше допустимого, то при разрядах молнии могут происходить перекрытия (разряды) с элементов молниеотвода (несущей конструкции, токоотвода) на защищаемый объект.

В том случае, когда объект и молниеотвод разделены воздушным промежутком длиной S _В, необходимо выполнить условие[31, с. 39]:

Зная допустимую величину сопротивления заземления R _д [35, с. 53], можно найти величину соответствующего импульсного сопротивления R _и [31, с. 42].

Чтобы исключить возможность перекрытия в земле с заземлителя на входящие в здание металлические коммуникации (электрический кабель и др.) нужно выдержать между ними расстояние, м, равное:

где I _M = 150 кА – амплитуда тока молнии;

Е ₁= 300 кВ/м – допустимая средняя напряженность электрического поля в земле.

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h≤ 150 представляет собой круговой конус (рис. 4.5). Вершина конуса находится на высоте h ₀< h. На уровне земли зона защиты образует круг радиусом r ₀. Горизонтальное сечение зоны защиты на высоте защищаемого h_х представляет собой круг радиусом r _х [34, c. 37].

 

 

Рис. 4.5. Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой до 150 м

Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой h< 150м (зона А) имеет следующие габариты:

Молниеотвод состоит из молниеприемника, токоотвода, опоры и заземлителя [8, с.476].

Рис. 4.6. Опоры стержневых и тросовых молниеотводов:

а – деревянный столб с одинарным железобетонным пасынком; б – деревянный столб с двумя железобетонными пасынками; в – железобетонная труба; г – решетчатая металлическая конструкция; д – составная металлическая труба на фланце; е – составная металлическая труба с растяжками; ж – металлический стержневой молниеприемник, укрепленный на стене здания (1 – стержень; 2 – кронштейн; 3 – токоотвод; 4 – защищаемое здание; 5 – заземлитель).

Задание

Произвести расчет молниезащиты объекта, который согласно ПУЭ относится к зоне класса В-I (В- II). Размеры объекта: длина в =  м, ширина а =  м, высота h _зд= м. Заземляющее устройство выполнить по типу «гребенка». Вертикальный заземлитель изготовить из угловой (круглой) стали, горизонтальный – из стальной полосы (круглой стали). Многолетняя низшая температура (январь) – ˚С. Земля имеет двухслойную структуру с параметрами: удельное сопротивление первого слоя земли ρ₁ =  Ом·м, удельное сопротивление второго слоя земли ρ₂ =  Ом·м, толщина первого слоя земли h =  м.

 

Таблица 4.11 – Исходные данные для расчета молниезащиты

 

№ варианта	Длина в, м	Ширина а, м	Высота hзд, м	Объект зоны класса	Вертикальный заземлитель	Горизонтальный заземлитель	Многолетняя низшая температура, ˚С	ρ1	ρ2	h
1	15	10	8	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-14	400	50	3
2	17	11	9	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-19	260	80	5
3	18	9	6	В-I	кругл. сталь	ст. полоса	-10	450	40	2
4	20	14	10	В-I	угл. сталь	ст. полоса	-20	140	20	1
5	12	7	5	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-17	500	100	3
6	22	14	15	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-5	170	60	1,5
7	8	5	5	В-II	угл. сталь	ст. полоса	-18	520	70	3
8	14	8	10	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-10	360	120	5
9	10	8	12	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-8	120	70	3
10	25	15	10	В-I	угл. сталь	ст. полоса	-16	240	65	2
11	19	9	11	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	0	600	30	1
12	8	6	5	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	2	300	45	3
13	21	12	10	В-I	угл. сталь	ст. полоса	-11	280	90	1
14	13	8	8	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-12	150	40	3
15	14	7	8	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-3	340	90	2
16	24	16	14	В-II	угл. сталь	ст. полоса	-13	130	80	1
17	9	7	7	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-7	425	75	1,25
18	12	8	6	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	1	330	40	3
19	18	10	10	В-I	угл. сталь	ст. полоса	-19	220	70	1
20	17	10	10	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-15	160	55	4
21	8	6	5	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-9	460	40	1
22	16	9	8	В-I	угл. сталь	ст. полоса	-4	150	30	3
23	15	8	8	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-14	120	80	5
24	19	11	12	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-6	215	74	2,5
25	14	8	7	В-II	угл. сталь	ст. полоса	4	440	45	1,7
26	20	8	8	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-8	310	25	3
27	22	12	10	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-11	190	65	1
28	18	14	8	В-I	угл. сталь	ст. полоса	-9	135	40	3
29	9	6	6	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-5	230	44	1,3
30	12	8	9	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-3	125	33	1
31	18	10	8	В-I	угл. сталь	ст. полоса	-10	140	70	2
32	16	10	10	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-12	200	50	3
33	15	9	7	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	3	140	30	1,4
34	20	14	10	В-II	угл. сталь	ст. полоса	-6	190	65	3
35	12	7	5	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-13	250	30	1
36	22	14	15	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-4	330	70	2,5
37	18	12	10	В-I	угл. сталь	ст. полоса	-8	310	60	1
38	11	8	7	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-16	240	45	3
39	14	8	6	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-14	150	90	1,4
40	21	12	10	В-I	угл. сталь	ст. полоса	-17	165	58	1
41	13	8	8	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-18	140	60	1
42	14	7	8	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-9	225	70	3
43	18	9	6	В-II	угл. сталь	ст. полоса	-7	310	40	1,5
44	20	14	10	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-10	240	75	5
45	12	7	5	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	1	510	35	3
46	19	12	14	В-I	угл. сталь	ст. полоса	3	420	40	1
47	10	6	7	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-14	250	74	3
48	12	8	9	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-4	150	30	3
49	18	10	8	В-I	угл. сталь	ст. полоса	-14	120	80	5
50	16	10	10	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-6	215	74	2,5
51	15	9	7	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	4	440	45	1,7
52	11	6	5	В-II	угл. сталь	ст. полоса	-18	520	70	3
53	20	12	10	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-10	360	120	5
54	9	7	5	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-8	120	70	3
55	12	8	9	В-I	угл. сталь	ст. полоса	-13	155	65	1
56	18	10	8	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-8	310	60	1
57	16	10	10	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-16	240	45	3
58	15	9	7	В-I	угл. сталь	ст. полоса	-14	150	90	1,4
59	14	7	8	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-17	165	58	1
60	18	9	6	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-18	140	60	1
61	15	8	8	В-II	угл. сталь	ст. полоса	-9	225	70	3
62	19	11	12	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-2	150	50	5
63	14	8	7	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-8	230	40	3
64	20	8	8	В-I	угл. сталь	ст. полоса	-11	260	60	3
65	22	12	10	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-5	170	60	1,5
66	16	10	12	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-18	520	70	3
67	10	8	8	В-I	угл. сталь	ст. полоса	-10	360	120	5
68	20	15	12	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-8	120	70	3
69	14	10	10	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-16	240	65	2
70	15	10	12	В-II	угл. сталь	ст. полоса	0	600	30	1
71	19	16	10	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-9	135	40	3
72	17	12	9	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-5	230	44	1,3
73	12	10	8	В-I	угл. сталь	ст. полоса	-3	125	33	1
74	14	8	6	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-10	140	70	2
75	16	8	6	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-12	200	50	3
76	8	6	5	В-I	угл. сталь	ст. полоса	-10	240	75	5
77	12	7	5	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	1	510	35	3
78	22	14	15	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	3	420	40	1
79	18	12	10	В-II	угл. сталь	ст. полоса	-14	250	74	3
80	10	8	8	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-10	140	70	2
81	12	9	8	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-12	200	50	3
82	18	10	10	В-I	угл. сталь	ст. полоса	3	140	30	1,4
83	17	10	10	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-6	190	65	3
84	8	6	5	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	4	270	58	2,4
85	16	9	8	В-I	угл. сталь	ст. полоса	-16	200	50	3
86	9	7	7	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-20	190	80	1
87	12	10	8	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-6	215	74	2,5
88	14	8	8	В-II	угл. сталь	ст. полоса	4	440	45	1,7
89	18	10	9	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-18	520	70	3
90	15	8	10	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-10	360	120	5
91	20	12	14	В-I	угл. сталь	ст. полоса	-8	120	70	3
92	16	10	12	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	1	330	40	3
93	10	8	8	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-19	220	70	1
94	20	15	12	В-I	угл. сталь	ст. полоса	-15	160	55	4
95	14	10	10	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-9	460	40	1
96	17	10	11	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-4	150	30	3
97	14	8	8	В-II	угл. сталь	ст. полоса	-8	310	60	1
98	15	10	7	В-II	кругл. сталь	ст. полоса	-16	240	45	3
99	9	5	7	В-I	угл. сталь	кругл. сталь	-14	150	90	1,4
100	15	10	14	В-II	угл. сталь	ст. полоса	-16	167	54	1