следовательно на земле, которая может быть использована для выращивания различных культур, в силу чего разрытие должно быть минимальным. Этим требованиям удовлетворяет заземляющее устройство с вертикальными заземлителями.
Основной электрической характеристикой заземлителя является сопротивление растеканию тока. Предположим, что в земле находится электрод и через него происходит замыкание на землю (рис. 6).
Рис. 6.Растекание тока от единичного электрода заземлителя
Вокруг электрода образуется электрическое поле и зона повышенных потенциалов, которые по мере удаления от электрода уменьшаются и на расстоянии 20 м становятся близкими к 0. Это явление называется растеканием тока. В зоне растекания тока находиться опасно. Как показано на рис. 6, передние ноги лошади находятся ближе к заземлителю в зоне потенциала V2, а задние ноги — под потенциалом V1. Лошадь в данном случае является сопротивлением, к которому приложена разность потенциалов V2 — V1. В результате по лошади (через передние ноги, тело лошади и задние ноги) будет протекать ток, сила которого равна J = (V2 — V1)/R лошади, что может вызвать поражение электрическим током, называемое напряжением шага.
Зная величину удельного сопротивления грунта и длину электродов, можно, пользуясь приближенной формулой из таблицы 5, определить сопротивление растеканию одиночного электрода.
Искусственные заземлители, как правило, состоят из нескольких электродов, соединенных между собой проводниками. В том случае, если исключить их взаимное влияние друг на друга, расстояние между ними в заземлении должно быть не менее 25 м. Чем ближе находятся электроды один от другого, тем в большей степени сказывается их взаимное влияние. Для учета взаимного влияния электродов устанавливается коэффициент использования заземлителей η).
В таблице 6 приведены коэффициенты использования вертикальных электродов, размещенных в ряд.
* а — расстояние между электродами в м;
l — длина электрода в м.
Сопротивление заземлителей при растекании тока молнии называется импульсным, и его определяют по формуле
Rи = R∙аи,
где:
R — сопротивление заземлителей при низкой частоте и малых плотностях токов на поверхности — при токах промышленной частоты;
аи — импульсный коэффициент;
Rи — сопротивление заземлителей при растекании тока молнии — импульсное сопротивление.
Импульсное сопротивление непосредственному измерению не поддается, поэтому его оценивают косвенно по сопротивлению при промышленной частоте Rи и импульсному коэффициенту аи. Но импульсный коэффициент аи зависит от удельного сопротивления земли. Он тем меньше, чем больше удельное сопротивление грунта. Значение импульсного коэффициента аи в зависимости от удельного сопротивления грунта при вертикальных электродах представлено в таблице 7.
Связь между сопротивлениями при импульсе и промышленной (низкой) частоте представлена в таблице 8.
Пример 3. Необходимо определить величину сопротивления заземлителей на промышленной частоте для присоединения к нему импульсного заземлителя с сопротивлением 40 Ом ргр. = 500 Ом м.
Решение. Импульсному заземлителю величиной 40 Ом соответствует заземлитель, рассчитанный по переменному току, сопротивление которого равно 60 Ом. В качестве технических способов электрозащиты в сельском доме применяются зануление и молниезащита. В ряде случаев требуется повторное заземление нулевого провода. Его необходимо выполнять на концах воздушных линий или ответвлениях длиной более 200 м, а также на вводах в здания, установки которых подлежат заземлению. Сопротивление каждого из повторных заземлителей на линиях 380/220 В — 30 Ом.
От прямых ударов молнии здания и сооружения II категории защищают заземлителями с импульсным сопротивлением не более 10 Ом, а в грунтах с удельным сопротивлением 500 Ом∙м и выше — с сопротивлением не более 40 Ом.
От прямых ударов молнии здания и сооружения III категории защищают заземлителями с импульсным сопротивлением не более 20 Ом, а в грунтах с удельным сопротивлением 500 Ом∙м и выше допускается не более 40 Ом. Для защиты ферм крупного рогатого скота и конюшен сопротивление не должно превышать 10 Ом.
Заноса высокого потенциала в здания и сооружения II категории можно избежать при применении кабельного ввода или кабельной вставки длиной не менее 50 м, а внешние наземные металлические коммуникации на вводе необходимо присоединить к грозозащитному или повторному заземлению.
Защиту зданий III категории от заноса высоких потенциалов по линиям электросети можно осуществить с помощью мер, предусмотренных для зданий II категории или благодаря присоединению к защитному заземлению внешних металлических коммуникаций на вводе, включая штыри и крюки изоляторов (рис. 7).
Рис. 7.Заземление крюков изоляторов
Пример 4. Определить количество электродов заземлителя, изготовленных из стали диаметром 12 мм, длиной 5 м. В заземлителе электроды расположены в ряд с расстоянием 5 м и соединены между собой стальным прутком диаметром 12 мм.
Приусадебный участок расположен под Москвой. Грунт участка — песок с удельным сопротивлением 750 Ом∙м (ргр. = 750 Ом∙м.).
Решение. На участке расположены строения, относящиеся по классификации зданий и сооружений по устройству молниезащиты к зданиям III категории. Импульсное сопротивление заземлителя не должно превышать 20 Ом, а в грунтах с удельным сопротивлением 500 Ом∙м и выше — не более 40 Ом.
По таблице 8 методом интерполяции устанавливаем, что импульсному сопротивлению в 40 Ом при удельном сопротивлении грунта ргр. = 750 Ом м соответствует сопротивление заземления, равное 70 Ом (R = 70 Ом). Определим значение удельного сопротивления грунта с учетом сезонного коэффициента Кс (см. табл. 4). По карте схематического районирования страны (рис. 5) определяем, что земли Подмосковья относятся ко второму климатическому району, сезонный коэффициент которого для электродов длиной 6 м равен 1,25.
Ррас. = ргр.∙Кс = 1,25∙750 = 937 Ом∙м.
Пользуясь приближенной формулой, приведенной в табл. 5, определяем сопротивление одиночного электрода:
rэ ~= Ррас./l = 937/5 = 187,4 Ом,
где l — длина электрода.
При расположении электродов в один ряд с расстоянием между ними 5 м, отношение расстояния между электродами к длине электрода равно l (а/l = l). Предварительно определяем число электродов в заземлителе, равное 3, и по табл. 6 определяем коэффициент использования η), который принимаем равным 0,8. Это означает, что действительное сопротивление одного электрода в заземлителе из трех стержней вследствие их взаимного влияния будет равно:
rэ = r/η = 187,4/0.8 = 233,75 Ом,
а число электродов nэ:
nэ = 233,75/70 = 3,34 шт.
Устанавливаем, что заземляющее устройство состоит из трех электродов, связанных между собой металлическим прутком, диаметр которого 12 мм и длина 10 м, заглубленных в грунт на 0,7–1,0 м. С этого прутка также будет происходить растекание тока, что дает нам право уменьшить количество электродов с 3,34 до 3,0 штук.
Молниезащита сельской индивидуальной малоэтажной застройки в соответствии с широко распространенным опытом должна осуществляться при помощи молниеприемников на крышах домов или на высоких деревьях, высота которых в 2–2,5 раза выше домов застройки. Эти рекомендации исходят из того, что сооружение предлагаемых молниеотводов не потребует значительных материальных затрат, при этом забывая, что кровля стоит больших денег и требует бережного к ней отношения, а установка молниеприемников на деревьях на высоте 15–20 м не может быть рекомендована по соображениям техники безопасности.
Подавляющее большинство строений в сельской местности покрыты шифером, дранкой или соломой, не допускающими без опасности их повреждения установки молниезищитных устройств. И только строения, покрытые металлом, могут быть оборудованы такими молниеприемниками.
В качестве универсального молниезащитного устройства может быть предложен одиночный стержневой молниеотвод с заземляющим устройством, представленный на рис. 2.
Преимуществом одиночного стержневого молниеотвода является его универсальность, возможность путем выбора соответствующего места защитить значительные площади с несколькими строениями, а также долговечность, простота обслуживания и т. д.
Цель нашей статьи — не только ознакомить читателей с методикой расчета молниеотводов, но и предложить конструкцию, на основе которой можно спроектировать и построить молниеотвод меньшей высоты. Для изготовления молниеотвода могут быть использованы бывшие в употреблении трубы, швеллеры и уголки.
Изготовление молниеотвода доступно тем, кто способен выполнять простейшие слесарные работы: резку металла, в том числе и абразивным кругом, сверление, опиловку и т. п. Сварочные работы должны выполняться сварщиком или тем, кто имеет опыт сварочных работ. Подъем мачты рассчитан на то, что эта операция будет производиться без использования специальных машин силами 3–4 человек. Как следует из рис. 2, молниеприемник и молниеотвод должны крепиться на мачте, высота которой зависит от размеров зоны защиты молниеотвода.
На рис. 8 представлена конструкция молниеотводов, выполненная из металла, в силу чего она может быть использована и как молниеприемник и как молниеотвод.