Расчет заземляющего устройства контура заземления: Расчет заземления. Пример расчета защитного заземления

Содержание

Проект заземления, расчёт защитного контура, пример расчёта сопротивления

Расчёт защитного заземления обычно выполняется в составе основных комплектов рабочих чертежей марок ЭО и ЭМ — внутреннего электроосвещения и силового электрооборудования. Защитное заземление выполняется для повторного заземления PE (PEN) проводника питающей линии. Оно не является заземлением для создания режима работы нейтрали, как например на трансформаторной подстанции. Для молниезащиты зданий и сооружений заземлитель предназначен для отвода в землю токов молнии или ограничения перенапряжений и в этом случае необходимы расчёты в составе проекта молниезащиты.

В качестве примера представлен рабочий проект заземления, альбом марки ЭГ, отдельно стоящего здания лаборатории, в которой используется высокотехнологическое электронное оборудование, с расчётной величиной сопротивления равной 4 Ом. При расчётах получилась величина 3,9 Ом — это отличный результат, такое заземление может использоваться даже для заземления нейтрали трансформаторной подстанции.

Все комплектующие — это модульное заземление ZANDZ промышленного изготовления, стальные штыри вертикальных электродов и стальная полоса горизонтального электрода покрыты слоем меди.

Электроустановка лаборатории представляет собой электроустановку в отдельно стоящем здании. Разделение PEN проводника на PE и N проводники предусмотрено в вводном распределительном устройстве ВРУ, напряжение питания 380/220В, система заземления TN-C-S, категория надежности электроснабжения III. В качестве ГЗШ (главной заземляющей шины) проектом предусмотрено использование шины PE, щита ВРУ. Основные потребители электроэнергии: электронное оборудование, офисная техника, бытовые электроприборы, электроосвещение.

Проектом предусмотрено повторное заземление PE проводника питающего кабеля на вводе в здание, для чего предусмотрено заземляющее устройство. Устройство представляет собой заглубленные в грунт вертикальные электроды (штыри стальные омедненные, d=0,014 м, l=4,5 м), соединенные между собой горизонтальным электродом (полоса стальная омедненная, 4х30 мм). Верх электродов расположен на 0,5 м ниже отметки спланированной земли. Расчетное сопротивление растеканию тока 3,98 Ом. Заземляющее устройство имеет электрическую связь с PE шиной щита ВРУ, для чего проектом предусмотрена прокладка проводника медного в изоляции ПВХ сечением 25 мм2.

Для расчёта сопротивления контура заземляющего устройство сначала рассчитывается сопротивление одного вертикального заземлителя. Для этого необходимо знать удельное сопротивление грунта, длину вертикального электрода, диаметр и расстояние от поверхности земли до середины электрода. В примере используется величина расчётного электрического удельного сопротивления суглинка полутвёрдого.

Затем рассчитывается сопротивление пяти электродов. Для этого, из специальной таблицы подбирается коэффициент использования, при этом учитывается число заземлителей и отношение расстояния между вертикальными электродами к их длине. Коэффициент необходим потому, что возникает взаимодействие полей растекания тока вертикальных электродов между собой и горизонтальным заземлителем.

Далее, выполняется расчёт сопротивления горизонтального электрода. В формулу вводится величина удельного сопротивления грунта, длина, диаметр и расстояние от поверхности земли до середины горизонтального заземлителя.

При расчёте общего сопротивления заземляющего устройства используются полученные ранее значения сопротивления пяти электродов, горизонтального электрода и коэффициента использования для горизонтального заземлителя.

В проекте предусмотрена пояснительная записка, план расположения заземляющего устройства, расчёт сопротивления заземления, схема основной и дополнительной системы уравнивания потенциалов и спецификация оборудования, изделий и материалов. В спецификации, подробно отображены сведения о наименовании материалов, технических характеристиках, типе, артикуле, производителе, единицах измерения и количестве всего используемого оборудования.

Скачать проект заземления, расчёты защитного контура.

В спецификациях оборудования в проектах не указывается стоимость материалов и стоимость монтажных работ.

Для того, чтобы узнать цены и стоимость проводятся работы по составлению смет на оборудование, изделия, материалы и монтажные работы.

Величина сопротивления до 4 Ом необходима не часто, тем более расчётная, дело в том, что расчётные значения всегда в несколько раз больше реальных, полученных после монтажа. Значительное влияние на результат оказывает удельное сопротивление грунта, а оно, всегда, сильно различается на различной глубине, особенно при монтаже глубинного модульного штыревого заземления. Для частного дома или офиса, в отдельно стоящем доме с обычным оборудованием, достаточно величины до 10 Ом, это необходимо для газового котла и требований газоснабжающих организаций. Для дачного дома или коттеджа достаточно величины до 30 Ом.

Данный проект представляет из себя показательный пример заземления, все комплектующие лучшего качества и, следовательно, стоимость такого заземляющего устройства не маленькая, но это идеальный вариант.

Проект заземления и расчёт защитного контура заземления необходим для соблюдения защитных мер по электробезопасности, для защиты от поражения электрическим током, в случае повреждения изоляции, в соответствии с ПУЭ.

Расчет заземляющих устройств — Онлайн-журнал «Толковый электрик»

Контур заземления необходим для защиты людей от поражения электрическим током. Для молниезащиты создается собственное заземляющее устройство, не связанное с защитным контуром заземления. Для правильной их постройки требуется расчет.

Заземляющее устройство (ЗУ) имеет параметр, называемый сопротивлением растекания или просто – сопротивлением. Оно показывает, насколько хорошим проводником электрического тока является данное ЗУ. Для электроустановок с линейным напряжением 380 В сопротивление растекания ЗУ не должно быть более 30 Ом, на трансформаторных подстанциях – 4 Ом. Для контуров заземления медицинской техники и оборудования видеонаблюдения, серверных комнат, норма устанавливается индивидуально и составляет от 0,5 до 1 Ом.

Задача расчета заземляющего устройства – определение количества и расположения вертикальных и горизонтальных заземлителей, достаточного для получения требуемого сопротивления.

Определение удельного сопротивления грунта

На результаты расчетов ЗУ оказывает существенное влияние характеристика грунта в месте его постройки, называемая удельным сопротивлением (⍴). Для каждого из видов грунта существует расчетное значение, указанное в таблице.

Удельные сопротивления грунтов и воды

На сопротивление грунта оказывают влияние влажность и температура. Зимой при максимальном промерзании и летом в засуху удельное сопротивление достигает максимальных значений. Для учета влияния погодных условий к величине ⍴ вводятся поправки для климатической зоны.

Поправочные коэффициенты удельного сопротивления

Если есть возможность, перед расчетами производят измерение удельного сопротивления.

Виды заземлителей и расчет их сопротивления

Заземлители бывают естественными и искусственными, и для создания заземляющего устройства используются и те, и другие. Рассчитать влияние естественных заземлителей (железобетонных фундаментов, свай) на величину сопротивления растекания сложно, это проще сделать методом измерений на месте. Сопротивление естественных заземлителей длиной более 100 м можно узнать из таблицы.

Сопротивление естественных заземлителей

Если значение ⍴ отличается от 100 Ом∙м, значение R умножается на соотношение ⍴/100.

В качестве искусственных заземлителей используются арматура, трубы, угловая или полосовая сталь. Сопротивление каждого из них рассчитывается по собственной формуле, указанной в таблице.

Значения переменных в формулах:

— удельное сопротивление грунта, определенное с учетом поправочных коэффициентов, Ом∙м
l— длина электрода, м
d— внешний диаметр электрода, м
t— расстояние до середины электрода от поверхности земли, м
b— ширина полосового электрода или ширина полки угловой стали, м

Теперь рассчитывается суммарное сопротивление штырей искусственных заземлителей:

n— число вертикальных электродов, принятое для расчета
ŋв— коэффициент, учитывающий экранирование электродов соседними, определяемый по следующей таблице
Коэффициент использования вертикальных электродов

Далее нужно учесть влияние полосы, соединяющей электроды. Для этого из следующих таблиц выбирается значение коэффициента использования ŋг.

Коэффициенты использования соединительной полосы

Вычисляем сопротивление проводника, соединяющего вертикальные заземлители по формуле:

И полное сопротивление заземляющего устройства.

Если рассчитанное сопротивление контура заземления оказалось недостаточным, увеличиваем количество вертикальных заземлителей или изменяем их вид. Повторяем расчет до получения требуемого значения сопротивления.

Оцените качество статьи:

Расчет,устройство и монтаж контура заземления для частного дома

Заземление электроустановок — это самый надёжный и действенный метод защиты, который вкупе с другими мероприятиями делает бытовое электричество абсолютно безопасным. По сути, заземление представляет собой умышленное соединение корпусов электроустановок (элементов, которые не под напряжением) с грунтом. Для многих домовладельцев организация заземления кажется делом либо слишком дорогим и технологичным, либо слишком простым, что тоже не совсем  так.

Устройство контура заземления

Контур заземления выполняется с помощью металлических стержней – электродов, заглубленных в грунт и соединенных между собой вверху полосой или прутом. Данная конструкция соединяется с вводно-распределительным устройством  металлической полосой.  Расстояние от дома должно составлять не менее 1 м, но не более 10 м.

Расчёт заземляющего устройства

Основной параметр, который необходимо рассчитать — это проводимость заземлителя. Т.е. нужно подобрать электрод такой конфигурации, чтобы сопротивление заземляющего устройства не превышало нормативное. Чем крупнее заземлитель, тем меньше сопротивление, тем больше тока принимает грунт. Положения ПУЭ указывают следующие цифры, которые являются допустимым максимумом:

  • 2 Ом — для линейного напряжения однофазного тока 380 вольт;
  • 4 Ом — для 220 вольт;
  • 8 Ом — для 127 вольт.

При трёхфазном токе максимальными сопротивлениями будут те же 2, 4 и 8 Ом, но только для напряжений 660, 380 и 127 вольт соответственно.

Все формулы расчёта предлагают учитывать площадь поверхности электрода и глубину его погружения. Например, для расчёта единичного заземлителя круглого сечения имеем такую формулу:

 

где: d — диаметр металлического стержня, L — длина электрода, T — расстояние от поверхности до средины заземлителя, π — константа (3,14), ρ — удельное сопротивление грунтов (Ом*м).

Обратите внимание, удельное сопротивление грунта — это основной параметр расчёта. Чем меньше это сопротивление, тем более проводимым будет наше заземление и более эффективной защита. Основные базовые цифры для определённого типа грунта можно найти в общедоступных таблицах и графиках, но многое зависит от его фактического состояния — плотности, водного баланса, температуры, сезонной глубины промерзания, наличия и концентрации в нём «электроактивных» химических веществ — щелочей, кислот, солей. Более того, на разных глубинах ситуация может существенно меняться, другими становятся физические свойства материкового основания, появляются водоносные слои, которые уменьшают сопротивление, увеличивается температура… Как правило, с увеличением глубины грунт становится более приемистым по току.

 

При температурах ниже нуля сопротивление грунтов резко повышается из-за замерзания воды. Поэтому длина заземлителей должна быть на порядок больше, чем сезонная глубина промерзания!

При расчете также необходимо учиывать коэффициент использования — он отображает явление, при котором рядом расположенные электроды в контуре оказывают влияние друг на друга, так как зоны рассеивания токов в грунте при излишнем приближении начинают пересекаться. Чем ближе расположены отдельные заземлители друг к другу — тем больше общее сопротивление заземляющего устройства. Вокруг каждого электрода в грунте образуется рабочая сфера с радиусом равным его длине, значит, идеальное расстояние между заземлителями будет их длина в земле (L), умноженная на 2.

Для того, чтобы рассчитать, на сколько глубоко необходимо поместить в грунт заземлители, следует воспользоваться следующей формулой:

Где: R — проектное сопротивление заземляющего устройства, R1 — сопротивление одного электрода, Ки — коэффициент использования.

Монтаж контура заземления

1. Необходимо выбрать правильное место, грунт в котором будет соответствовать нашим данным, которые мы использовали в расчете.

2. Потом необходимо выкопать траншею глубиной от 0,7 м до 1 м (ниже промерзания грунта), шириной 0,5 – 0,7 м. Линии должны образовывать треугольник со стороной, длина которой была определена в ходе расчетов. От одного из углов треугольника копаем траншею в сторону силового щитка. В вершинах треугольника вбиваем заземлители – электроды. Пусть в качестве примера это будет стальной уголок 50*50 мм. Если плотность грунта не позволяет просто забить стержни, придется бурить скважины. Заглубляем стержни так, чтобы они выступали над уровнем грунта. Если нам все же пришлось бурить скважины, устанавливаем в них уголки и засыпаем грунтом, перемешанным с солью.

3. Используя стальную полосу 40*5 мм  привариваем ее к электродам, образуя контур в виде треугольника. Затем от одного из них ведем полосу до вводно-распределительного устройства.

4. Привариваем к полосе стальные болты d=8 мм. затем к болтам соединяем все силовые щиты с помощью проводника ПВ3  1х16 мм2.

5. Проверяем сопротивление контура заземления Омметром. Показатель сопротивления должен быть меньше требуемого. Если нет, тогда необходимо вбивать дополнительные электроды. Если сопротивление оказалось достаточным, засыпаем траншею однородным грунтом без строительного мусора и щебня.

 

Расчет заземляющего устройства подстанции 110/35/10 кВ

В соответствии с техническим заданием на проектирование ПС 110/35/10кВ «Радуга» которая находится в АР Крым рабочим проектом предусматривается новое заземляющее устройство подстанции.

Заземляющее устройство выполняется общим для напряжения 110 кВ, 35 кВ, 10 кВ и 0,4 кВ.

Проектируемое заземляющее устройство представляет собой наружный контур заземления ПС 110/35/10кВ «Радуга», который состоит из горизонтальных и вертикальных заземлителей. Горизонтальные заземлители выполняются из стальной полосы сечением 40х4 мм, прокладываемой на глубине 0,5 м от поверхности земли и представляют собой сетку, служащую также для выравнивания потенциала по площадке ОРУ, вокруг здания ОПУ, ЗРУ подстанции.

Прокладка продольных и поперечных горизонтальных заземлителей выполнена в соответствии с ПУЭ раздел 1.7.90.

Для выравнивания потенциалов на входе и на въезде на территорию подстанции проложить — проводники на расстоянии 1 и 2м от заземлителя на глубину 1 и 1,5м соответственно и соединить эти проводники с заземлителем в соответствии с ПУЭ раздел 1.7.94 пункт 1.

В качестве вертикальных заземлителей (электродов) используется угловая сталь 50х50х5 мм2 длиной 5 м. Протяженность горизонтальных заземлителей и количество вертикальных принято исходя из характеристик грунта в месте расположения подстанции.

По данным инженерно-геологических изысканий, выполненных ОКП «Сельэнергопроект», в основании фундаментов будут залегать глины и суглинки тугопластичные с условным расчетным сопротивлением Rн = 3 кг/см2.

К контуру заземления подстанции присоединяются все металлические части оборудования и строительных конструкций.

Все соединения внутреннего и наружного контура заземления, горизонтальных и вертикальных заземлителей между собой, выполняется сваркой внахлест.

Сопротивление заземляющего устройства ПС 110/35/10кВ «Радуга» в любое время года не должно превышать 0,5 Ом см. ПУЭ раздел 1.7.90.

Расчет заземляющего устройства подстанции 110/35/10кВ «Радуга»

Расчет заземляющего устройства ведётся в соответствии с методическими указаниями Вятского государственного технического института. Прокладку горизонтальных и вертикальных заземлителей см. рис.1

Исходные данные:

  1. S=4950 м2 – площадь подстанции;
  2. Р=282 м – периметр подстанции;
  3. Максимальный ток трехфазного КЗ на ОРУ составляет 5кА, время действия защит составляет 3,8 сек.
  4. Lг =2000 м — суммарная длина всех горизонтальных проводников сетки;
  5. nВ = 60 — число вертикальных электродов, размещенных на рассматриваемой подстанции;
  6. lв = 5м — длина вертикального электрода;
  7. а = 6 м – среднее расстояние между горизонтальными проводниками;
  8. Среднее расстояние между вертикальными проводниками 5м.

1. В соответствии с инженерно-геологическими изысканиями определяем по таблице 1 удельное сопротивление верхнего слоя грунта (глина) ρ=40 Ом*м и нижнего слоя грунта (суглинок) ρ= 100 Ом*м.

2. Определяем толщину слоя сезонных изменений hC = h2 = 1,6 м по таблице 2, исходя из климатической зоны IV, так как подстанция находится в АР Крым см. рис.2.

Рис.2 — Карта схематического районирования территории России и стран СНГ по физико-географическим признакам

3. Определяем полную длину вертикальных электродов:

LВ= lВ*nВ = 5*60 = 300 м

4. Определяем сопротивление заземлителя:

4.1 Определяем по какой формуле будем рассчитывать коэффициент А:

где:

  • lв = 5м — длина вертикального электрода;
  • t = 0,5 м – глубина прокладываемых горизонтальных проводников;
  • S=4950 м2 – площадь подстанции;

4.2 Определяем коэффициент А:

5. Определяем эквивалентное удельное среднее сопротивление земли:

5.1 Определяем по какой формуле будем рассчитывать коэффициент Δ:

5.2 Определяем коэффициент Δ:

где:

  • lв = 5м — длина вертикального электрода;
  • hc = h2 = 1,6 м – толщина слоя сезонных изменений исходя из климатической зоны, см. выражение 2;

6. Определяем сопротивление заземляющего устройства, включая естественные заземлители:

где:
Re = 1,5 Ом – приближенное сопротивление естественных заземлителей.

Как мы видим, сопротивление заземляющего устройства ниже допустимого, но основной является величина допустимого напряжения прикосновения.

По таблице 3 определяем наибольшее допустимое напряжение прикосновения (UПР.ДОП, В), исходя из расчетной длительности воздействия, принимается τ=tРЗ + tОВ = 3,5+0,3 = 3,8 сек.

где:

  • tРЗ – наибольшее время отключения релейной защиты, в моем случае отключение IV-ступени дистанционной защиты ВЛ-110 кВ, составляет 3,5 сек.
  • tОВ – полное время отключения элегазового выключателя линии 110 кВ, составляет 0,3 сек.

В соответствии с таблицей 3 для длительности воздействия τ = 3,8 сек наибольшее допустимое напряжение прикосновения UПР.ДОП = 65 В.

7. Рассчитываем напряжение, приложенное к человеку:

7.1 Определяем параметр М для ρ1/ ρ2 =0,4 по таблице 4, где М = 0,36.

7.2 Определяем коэффициент распределения потенциала по поверхности земли – α:

7.3 Определяем коэффициент β:

где:

  • Rч = 1000 Ом – сопротивление тела человека, принимается в соответствии с ПУЭ;
  • Rc = 1,5* ρв.с. – сопротивление растекания тока от ступней.
  • ρв.с. = ρ1 = 40 Ом*м – сопротивление верхнего слоя земли.

Определив все коэффициенты, рассчитываем напряжение, приложенное к человеку:

Как мы видим расчётное напряжение больше допустимого значения 65 В – условие не выполняется.

Для уменьшения напряжения прикосновения применим подсыпку слоя гравия или щебня толщиной 0,2 м по всей территории ОРУ.

Можно было еще уменьшить расстояние между горизонтальными заземлителями, увеличить количество вертикальных заземлителями, но в данном случае считаю принимать такие меры не целесообразно.

Определяем удельное сопротивление верхнего слоя с учетом подсыпки щебня при этом ρв.с.=5000 Ом*м, тогда:

Подсыпка щебня не влияет на растекание тока с заземляющего устройства, так как глубина заложения заземлителей 0,5 м больше толщины слоя щебня, поэтому соотношение ρ1/ ρ2 и величина М остаются неизменными, тогда напряжение прикосновения.

Для удобства расчета заземляющего устройства, предлагаю Вам скачать архив, в котором содержится:

  1. Типовой проект А10-93 Заземление и зануление электроустановок.
  2. Справочник «Заземляющие устройства электроустановок» Р.Н. Карякин. 2002 г.
  3. Методические указания к дипломному проектированию расчета заземляющих устройств в установках с эффективно-заземленной нейтралью от Вятского государ-ственного технического университета.
  4. План заземляющего устройства проектируемой подстанции 110/35/10кВ «Радуга» в формате dwg.
  5. Пример заземляющего устройства проектируемой подстанции 110/10 кВ в формате dwg.
  6. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Седьмое издание. 2008г (возможно у кого-то еще нету :))

Представляю Вашему вниманию не большой фото-отчет со строительства заземляющего устройства подстанции, к сожалению, для данной подстанции фотографий со строительства нету, выкладываю с другой подстанции.

Если у Вас возникли вопросы, замечания или предложения по расчету, оставляйте их в комментариях.

Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.

его необходимость и выполнение расчета

Рассчитать заземление – конечно, важная задача. Но давайте поставим вопрос по-другому: а нужно ли оно вообще? Зачем горбатиться и искать себе лишних приключений, если и без этой канители в доме есть электричество, если работают все электроприборы и жизнь идет своим чередом?


Что вы узнаете

Заземление частного дома: не лишняя ли это забота?

Таким вопросом задаются многие начинающие домохозяева. Наш ответ наверняка вас не удивит: заземление – забота далеко не лишняя. Более того, заземление это необходимость! Попытаемся эту необходимость обосновать, не отсылая вас к нормативным документам и не жонглируя специфическими терминами.

Прежде всего, вероятно, необходимо понятным языком сказать, что же такое заземление.

Итак, заземление – это соединение с помощью проводника корпусов имеющегося в доме электрооборудования со спрятанным в земле заземляющим контуром.

Такова стандартная структура устанавливаемого в доме заземления

Заземление чаще всего материализовано в виде медного провода Ø10 мм и более или пластины из стали. Эти элементы соединяются с электрощитком, куда подходят кабели от всех розеток, светильников и других потребителей электрической энергии.

Основная задача заземления – обезопасить жизнь людей.

Многие из нас знакомы с ситуацией, когда простое касание, например, старого холодильника или электроплитки сопровождается весьма ощутимым ударом тока. Случается это лишь в старых домах, где имеются всего лишь две фазы, а прокладываемый сейчас повсюду защитный провод отсутствует. Током же бьет из-за плохого состояния изоляции электроприборов, что обусловливает появление на их корпусе определенного электрического потенциала (напряжения).

Касаясь рукой такого бытового прибора, вы превращаетесь в своеобразное «заземление», и через ваше тело пробегает ток. При наличии в домашней электропроводке третьего защитного провода ток, обусловленный плохой изоляцией старого холодильника, пойдет именно через этот проводник, поскольку сопротивление провода несравнимо меньше электрического сопротивления вашего тела.

Заземление в частном доме необходимо и для того, чтобы защитить электроприборы. Из школьных учебников мы знаем, что зачастую люди являются носителями статического электричества. Ток при возникающих при этом разрядах бывает минимальным, а напряжение может достигать значительных величин, опасных для нежной электроники, которая в большинстве случаев присутствует в электроприборах.

Одно из проявлений наличия статического заряда в теле человека

При наличии заземления статический заряд, имеющийся как в теле человека, так и в корпусе домашних приборов, без труда отводится в землю.

Так что заземление – забота вовсе не лишняя. Обустраивать его надо обязательно. Однако максимальная эффективность заземления может быть обеспечена лишь тогда, когда оно правильно рассчитано. Именно об этом мы и поведем в продолжении нашей статьи.

Зачем же нужен расчет заземления?

Необходимость для расчета заземления обусловлена тем, что точно должно быть определено сопротивление контура заземления, который сооружается, а также его размеры и форма. Контур, предназначенный для заземления, должен состоять из заземляющего проводника, а также вертикальных и горизонтальных заземлителей. Непосредственно в почву, на достаточно большую глубину, вбиваются вертикальные заземлители.

А вот горизонтальные заземлители, при правильном монтаже, должны соединять между собой, заземлители вертикальные. Далее необходимо установить заземляющий проводник, который будет соединять контур заземления с электрощитом.

Непосредственно от сопротивления заземления зависят не только количество заземлителей, но и их размеры. Учтено должно быть и расстояние между ними, а также удельное сопротивление грунта.

Как выполняется расчет заземления

Безопасная величина напряжения соприкосновения – основная цель заземления. При правильно выполненных работах по заземлению, опасный потенциал электроэнергии уходит в землю. Что даёт возможность безопасной эксплуатации каких-либо электроприборов человеком.

От сопротивления заземляющего контура зависит величина стекания тока непосредственно в землю. Величина потенциала электроэнергии, которая может быть опасна для человека, будет тем меньше, чем меньше будет установлено.

Распределение опасного потенциала, а также величины при сопротивлении тока, который растекается, — это основные требования для заземляющих устройств.

Показатель определения сопротивления растекания тока заземлителя и есть основа расчета защитного заземления. Непосредственно сопротивление тогда установлено правильно, а значит и эксплуатация электрооборудования безопасна, когда выверены все размеры и количество проводников, которые заземлены, а их расположение произошло на безопасную глубину проводимости грунта.

То, что нужно для расчета заземления

  1. Проведение точных замеров заземлителей – это основные условия для правильного сооружения заземляющих устройств.
  2. В качестве заземлителя могут быть использованы уголок, полоса и круглая сталь. Их минимальные размеры следующие:
  • — уголок – 4 мм2 / 4 м2;
  • — сталь круглая – 10;
  • — полоса – 4 /12. Не больше 48 мм2 должна быть её площадь;
  • — труба стальная. Толщина одной её стенки может быть на уровне или меньше 3,5 миллиметров.

  1. 2. Длина стержня, который применяется для заземления, должна быть на уровне 2 метров, но можно и 1,5.
  2. 3. Соотношение длины между стержнями и является основой для определения их расстояния. Если а – это расстояние, то

а = 1хL;

а = 2хL;

а = 3хL.

Заземляющие стрежни могут быть размещены в виде треугольника, квадрата и какой-нибудь ещё геометрической фигуры, а также просто в ряд. Её выбор должен быть обусловлен наличием площади, которая позволяет его выполнить, а также простотой монтажа при заземлении стержней.

Какую цель имеет расчет защитного заземления?

Определение количества заземляющих стержней, а также длины полосы, которая должна их соединять, – основная цель для расчета заземления.

Примерный расчет заземления

Для одного вертикального стержня – заземлителя сопротивление растекания тока должно рассчитываться так:

R = P / 2 • (1n• (2 L / d) + 0, 5 1n (4T + L / 4T – L)).

В этой формуле символы имеют следующие обозначения:

Р – удельное сопротивление грунта в эквиваленте, измеряется в Ом / м;

L – длина для стержня, указывается в метрах;

d – диаметр стержня, показатель измеряется в миллиметрах;

Т – расстояние от середины стержня до поверхности земли.

Эта формула должна применяться при заземлении в простой грунт. Когда же подобные работы предстоит выполнять в грунте неоднородном, двухслойном, то применима следующая формула:

P = Ψ • ρ1 •p2 • L / ( p1 • (L – H + t) = p2 • (H – t)), где

Ψ – климатический коэффициент. Его показатель не может быть абсолютным и зависит он от сезона.

ρ1 – сопротивление, признанное удельным, в верхнем слое грунта.

ρ2 – сопротивление, признанное удельным, в нижнем слое грунта.

Н – толщина, которую имеет верхний слой грунта.

t – глубина траншеи, на которую будет расположен вертикальный заземлитель.

В любом случае заземлитель должен быть расположен на глубину не меньше 70 сантиметров. А ещё при расчёте удельного сопротивления грунта необходимо учитывать его влажность, стабильность сопротивления заземлителя и то, в каких климатических условиях проходит заземление.

ТАБЛИЦА 1

Удельное сопротивление грунта при заземлении.

                       ГРУНТ                      СОПРОТИВЛЕНИЕ
Чернозем, другая почва                                  50
Торф                                  20
Глина                                  60
Песок с грунтовыми водами до 5 метров                                  500
Песок с грунтовыми водами глубже 5 метров                                  1 000
Супесь                                  150

Глубину для горизонтального заземлителя находят по формуле:

T = (L / 2) + t

Что обозначают символы, смотри выше.

Необходимо проводить заземление так, чтобы через верхний слой полностью проходил заземляющий стержень, а через нижний – лишь частично.

ТАБЛИЦА 2

Сезонный климатический коэффициент сопротивления грунта и его значение

Тип электродов для заземления                 Климатическая зона
     I        II      III    IV
Вертикальный или стержневой 1,8 / 2 1,5 / 1,8 1,4 / 1,6 1,2 / 1,4
Горизонтальный или полосовой 4,5 / 7 3,5 / 4,5 2 / 2,5 1,5
         Климатические признаки зон
Самая низкая температуры за многие годы в январе — 20°С + 15°С — 14 °С + 10 °С — 10 °С 0 °С 0 °С + 5°С
Самая высокая температура за многие годы в июле + 16 °С + 18 °С + 18 °С + 22 °С + 22°С + 24 °С + 24°С + 26 °С

Количество стержней, которое необходимо для заземления без учёта сопротивления, можно узнать по следующей формуле:

n = R • Ψ / R н

В этой формуле помимо традиционных обозначений, новый символ R н – это то сопротивление растеканию от тока устройства, подлежащего заземлению, которое обусловлено нормой и определяется относительно нормативных актов о правильной эксплуатации всего электрического оборудования.

ТАБЛИЦА 3

Значение сопротивления заземляющих устройств, которое наиболее допустимо

Электроустановка и её характеристика  Сопротивление грунта, удельное  Сопротивление устройства заземляющего 
Нейтрали трансформаторов и генераторов, которые присоединяются к заземлителю искусственному. Заземлители повторные с нулевым приводом, расположенные в сетях нейтралью, которая заземлена на напряжение.
                     220 / 127 В До 100 Ом • м 60
Свыше 100 Ом • м 0,6 • ρ
                       380 / 220 До 100 Ом • м 30
Свыше 100 Ом • м 0,3 • ρ
                       660 / 380 До 100 Ом • м 30
Свыше 100 Ом • м 0,3 • ρ

По следующей формуле можно рассчитать для заземлителя горизонтального сопротивление растекания тока:

R = 0, 366 (P • Ψ / Lг • ηг) •Lg (2 • Lг2 / b • t), где

– длина заземлителя,

b – ширина заземлителя.

ηг – коэффициент спроса заземлителей горизонтальных.

Количество заземлителей помогает найти длину горизонтального заземлителя:

Lг = a • (n – 1)

Так рассчитывается длина заземлителей, расположенных в ряд.

Lг = а

Эта формула актуальна для заземлителей, расположение которых выполнено по контуру.

В обеих формулах а – расстояние между стержнями заземляющими.

Учитывая сопротивление растеканию тока заземлителей, расположенных горизонтально, можно рассчитать и сопротивление вертикального заземлителя. Формула здесь следующая:

R = Rr • Rh / ( Rr – Rh)

Для определения полного количества вертикальных заземлителей есть формула:

n = R0 / Rb • ηв, где

ηв – специальный коэффициент спроса вертикальных заземлителей.

ТАБЛИЦА 4

Определение коэффициента спроса вертикальных заземлителей

Для заземлителей горизонтальных Для заземлителей вертикальных
Число электродов  По контуру Число электродов  По контуру
Соотношение между электродами и их длиной a / L Соотношение между электродами и их длиной a / L
   1      2      3      1      2    3
       4 0,45 0,55 0,65      4 0,69 0,78 0,85
       5 0,4 0,48 0,64      6 0,62 0,73 0. 8
       8 0,36 0,43 0,6        10 0,55 0,69 0,76
       10 0,34 0,4 0,56        20 0,47 0,64 0,71
       20 0,27 0,32 0,45        40 0,41 0,58 0,67
       30 0,24 0,3 0,41        60 0,39 0,55 0,65
       50 0,21 0,28 0,37        100 0,36 0,52 0,62
       70 0,2 0,26 0,35
     100 0,19 0,24 0,33
Число электродов                    В ряд Число электродов                В ряд
                   a / L                a / L
   1      2      3      1      2    3
   4 0,77 0,89 0,92      2      0,86 0,91 0,94
   5 0,74 0,86 0,9      3    0,78 0,87 0,91
     8 0,67 0,79 0,85        5    0,7    0,81 0,87
     10 0,62 0,75 0,82        10    0,59    0,75 0,81
     20 0,42 0,56 0,68        15    0,54    0,71 0,78
     30 0,31 0,46 0,58        20    0,49    0,68 0,77
     50 0,21 0,36 0,49
     65 0,2 0,34 0,47

Влияние друг на друга токов растекания одиночных заземлителей, когда последние расположены в различном порядке, как раз и показывает коэффициент использования. При соединении, которое происходит параллельно, токи растекания одиночных заземлителей взаимно влияют друг на друга. Сопротивление заземляющего контура напрямую зависит от близости расположения друг к другу заземляющих стержней. Как правило, полученное значение количества заземлителей округляется в большую сторону.

Молниезащита и заземление

Заземление – это техническая система или комплекс мер, представляющие собой преднамеренное соединение зданий и электроустановок с землёй или её эквивалентом. Оно предназначено для снижения электрического напряжения прикосновения до значения, безопасного для человека. Главная цель устройства  — защитить людей от поражения электрическим током, а электроустановки от повреждения. Меры по защите зданий, промышленного и бытового электрического оборудования предпринимаются в обязательном порядке. Защитное заземление позволяет исключить или снизить до минимума опасность травм и аварий. 

Защитное заземление зданий  многоэтажных домов, общественных, офисных и производственных строений имеет сложное устройство в силу их большого объёма и распределённости электрической схемы, оснащённости электроприборами и числа пользователей. Дополнительный фактор данного вида строительства заключается в том, что дома подвержены влиянию атмосферного электричества. В них необходимо провести монтаж заземления, чтобы обезопасить от прямого попадания либо вторичного воздействия молний. В таких случаях речь идёт о контурах заземления как части системы молниезащиты.

Назначение

Основное назначение – отведение электрического тока при помощи заземляющих шин и электродов оптимального сечения, перераспределение его в земляном грунте. Заземляющая схема осуществляет выравнивание потенциалов между установленными токоотводами и управление ими на территориях, где присутствуют люди. Защитное заземление является серьёзным фактором безопасности в быту и на производстве.

Основные показатели

Главный показатель, определяющий способность заземляющего устройства выполнять свои функции — сопротивление растеканию. Максимально допустимые значения удельных сопротивлений для  устройства и сечения его элементов прописаны в нормативной документации. Параметры заземляющих элементов не должны нарушаться при проектировании, выборе материала для проводников (электродов) и последующем монтаже. Выбор заземляющих материалов и схемы монтажа зависит от ряда параметров, в том числе от сопротивления грунта.

Проектирование

Грамотные защитные мероприятия начинаются с качественного проекта. Проект должен учитывать особенности постройки дома и отвечать нормативным документам. Оптимальный вариант — когда заземляющие конструкции закладывается в момент общего проектирования дома или дачи. Тогда можно использовать внутренние элементы сооружения в качестве составляющих защитной заземляющей системы — это снизит стоимость монтажа заземления.

Компания «МЗК-Электро» выполняет расчет заземления, проектирование, сборку и обслуживание молниезащиты и элементов заземляющих контуров, в качестве составной части системы и отдельной услуги.

Типы

Заземление зданий и электроустановок различного напряжения сооружают по одному из трех типов: кольцевому, глубинному или фундаментному. Выбор вида контура и материалов для заземлителя для конкретного строения производится с учётом его размеров и назначения, возможностей и ограничений монтажа, степени насыщенности электрооборудованием и ряда других причин. При необходимости можно соединять между собой несколько систем заземления (с учетом риска возникновения коррозии). Любое заземление зданий необходимо соединить с шиной уравнивания потенциалов.

Кольцевое заземление дома

Устройство

Кольцевой тип заземлителя иначе называют поверхностным. Такой заземлитель представляет собой замкнутую металлическую кольцевую заземляющую шину, проложенную по периметру постройки. Не менее 80% его длины должно контактировать с грунтом. Как правило, заземляющий контур прокладывают ниже точки промерзания земляного грунта (около 0,5 метра), на расстоянии от защищаемого объекта не меньше 1 метра. Монтаж заземления в районах с высокой вероятностью возникновения коррозии требует использования заземлителя кольцевого типа из нержавеющей стали. В таких случаях от коррозии должны быть защищены также резьбовые соединения элементов, расположенные ниже поверхности земли.

Шины кольцевого заземлителя изготавливаются из следующих материалов:

  • Горячеоцинкованная или нержавеющая сталь,
    — плоский проводник, размер 40х4 мм,
    — круглый проводник, сечением 10 мм,
  • Медь, круглый проводник, диаметром 8 мм.

Кольцевое заземление зданий является одним из самых эффективных видов устройства. Таким методом можно оборудовать дачи или загородные дома. Кольцевой контур из металла равномерно распределяет ток по периметру здания, а между токоотводами образуется равное напряжение. К недостаткам можно отнести только длительный и трудоемкий процесс монтажа.

Глубинный заземлитель

Устройство

Данный вид представляет собой несколько металлических стержней, вертикально погружённых в грунт на определенную глубину и соединённых с заземляющей шиной-контуром. Расчёт заземления и заглубления производится методом определения величины сопротивления.

Длина контура также зависит от характеристик грунта. Рекомендуется к каждому отдельному токоотводу заземляющего контура подсоединять один глубинный заземлитель длиной не менее 9 метров, прокладываемый на расстоянии не менее 1 метра от защищаемого объекта. По DIN V VDE V 0185 для категорий молниезащиты III и IV длина заземлителя должна составлять минимум 2,5 метра. Монтаж заземления производится с помощью бензо-, электро- или пневмомолотов (в зависимости от конкретного типа грунта). При оборудовании защиты в частном доме возможна установка заземляющих стержней вручную. Соединения, расположенные в земляном грунте, необходимо обезопасить от коррозии и подсоединить к шине уравнивания потенциалов.

Материалы для изготовления кольцевого контура:

  • Оцинкованная или нержавеющая сталь,
    — плоский проводник, размер 40х4 мм,
    — круглый проводник, диаметр 20 мм,
  • Оцинкованная сталь, труба, сечением 25 мм,

Важным элементом глубинного заземления является модульно-штыревая система. При этом монтаж модульных заземлителей производится штырями (стержнями), заглубленными один за другим с помощью ударного электроинструмента. В отдельных случаях в процессе установки это позволяет достигать глубины более 30 метров. Основной фактор, влияющий на глубину укладки и количество стержневых заземлителей — удельное сопротивление грунта. Профессиональный расчет заземления позволит определить все параметры системы максимально точно.

Соединение между стержнями и шиной создаётся резьбовое или безрезьбовое. Площадь, которую занимают элементы схемы при производстве работ по устройству модульно-стержневого контура, минимальна. Это позволяет производить монтаж заземления даже в подвалах строений.

Модульный принцип устройства заземления является альтернативой классической схеме. Устройство по классическому принципу основано на том, что вертикальные стержни-заземлители сравнительно небольшой длины забиваются друг за другом по прямой линии или хаотично, с учётом расстояния для снижения экранирования.

Измерение сопротивления растеканию желательно производить по мере работы, после каждого вбитого штыревого элемента. К сожалению, при самостоятельном устройстве заземлителя в загородном коттедже или на даче аппаратура для измерения сопротивления растеканию, как правило, отсутствует, и заземляющая конструкция делается «на глаз». В общем случае число вертикальных заземлителей и длина горизонтального проводника зависят от искомого результата. При этом необходимо знать удельное сопротивление грунта. Соответственно, для грунта с большим удельным сопротивлением понадобится в несколько раз больше заземлителей.

Важнейшее преимущество глубинной системы — ее доступность и простота установки. Монтаж такого контура можно осуществить самостоятельно. Заземление зданий дачного типа чаще всего делают именно таким способом. К недостаткам этого варианта можно отнести несколько меньшую, по сравнению с другими типами заземлителей, эффективность устройства при обслуживании электроустановок.

Фундаментный заземлитель

Устройство

Фундаментный заземлитель размещается в железобетонном фундаменте сооружения. Этот тип контура задействуется в тех случаях, когда из фундамента выведены арматурные стержни для присоединения токоотводов. Электроды при монтаже устройства соединяют с арматурой, чаще всего резьбовым соединением или муфтой, на расстоянии около 3 метров. При этом запрещается использовать в грунте клинообразные зажимы. Для устройства фундаментного контура лучше всего применять ленточные держатели, установленные с интервалом в 2 метра. При монтаже заземляющего оборудования в районах с высокой вероятностью возникновения коррозии необходимо устанавливать фундаментный заземлитель из нержавеющей стали.

Материалы для изготовления фундаментных заземлителей:

  • Горячеоцинкованная или нержавеющая сталь,
    — плоский проводник, размер 40х4 мм,
    — круглый проводник, сечением 10 мм,
  • Медь, круглый проводник, диаметр 8 мм.

К преимуществам фундаментного контура относится высокая экономичность и простота реализации, минимальное заглубление, отсутствие необходимости укладки дополнительных заземляющих шин. К сожалению, на этапе заливки железобетонного фундамента строители очень часто забывают как о молниезащите, так и о защитном заземлении в целом. По этой причине фундаментное заземление зданий используется реже остальных видов.

При выборе варианта реализации для промышленного здания, многоэтажного дома, загородного коттеджа, дачи или другого строительного объекта, включая кровлю, с любыми значениями напряжения, необходимо произвести точный расчёт заземления и правильно подобрать материалы. Лучше всего доверить работу по выбору, расчёту и монтажу систем электробезопасности грамотным специалистам, имеющим соответствующее образование и опыт работы.

Специалисты компании «МЗК-Электро» выполнят монтаж заземления быстро, квалифицированно и качественно, рационально использовав средства заказчика, рассчитав оптимальную схему и использовав надёжные заземляющие элементы из каталогов известных производителей.

Смотрите также фотогалерею заземления

Расчет защитного заземления

В технической литературе часто рассказывается про заземление и зануление. Действительно, вопрос о заземлении в домах и квартирах встал в нашей стране относительно недавно. Еще когда бригады коммунистов электрифицировали страну,  в деревенские домики подводили только фазу и ноль. Про провод заземления умалчивали. Во-первых, экономили алюминий как стратегический металл для самолетов, а во-вторых, мало кого заботили проблемы с защитой населения от поражения электрическим током, а в-третьих, не думали о заземлении как о эффективной мере защиты людей. Прошло достаточно времени, чтобы исчезли коммунисты, а вместе с ними и распалась страна, в которой они правили, но памятники, оставшиеся после них, все еще стоят. Памятники стоят, а дома разрушаются.

В нашим домах заземлены только трубы водопровода, канализации и газопровода, а также поэтажные щитки. При этом трубы газопровода для заземления не подходят из-за взрывчатого газа, который по ним летит. Трубы канализации для заземления также использовать нельзя. Хоть канализация сплошь из чугуна, но стыки чугунных труб заделаны цементом, который является плохим проводником. Трубы водопровода вроде как являются неплохим заземлением, но нужно учитывать, что трубы прокладывают не в земле, а в слое изоляции в специальных каналах. Самое надежное заземление – от распределительного этажного щита.

На предприятиях все изначально делали грамотно и заземляли все, что можно.  Кроме заземления на предприятиях используется зануление. Многие ошибочно считают, что зануление — это проводок в розетке от нулевого провода к заземляющему контакту. Понятия «заземление» и «зануление» тесно связаны с понятием нейтрали.

Нейтраль – точка схождения трех фаз через обмотки в трансформаторе, соединенных звездой. Если эту точку соединить с заземлителями, то образуется глухозаземленная нейтраль трансформатора, и общую систему называют заземленной. Если к этой точке приварить шину и соединить ее со всеми приборам и аппаратам, то оборудование окажется заземленным.

Если нейтраль соединить с нулевой шиной (без заземлителей), то образуется изолированная нейтраль трансформатора, и общую систему называют зануленной. Если эту шину соединить со всеми приборами и аппаратами, то оборудование окажется зануленным.

Идея в том, что по заземленному или зануленному проводнику течет ток только при перекосе фаз, но это для трансформатора и при аварийных режимах работы. Нельзя выбирать — занулять или заземлять оборудование. Это сделано уже на подстанции. Обычно используется глухозаземленная нейтраль.

Если к примеру обмотка двигателя стиральной машины разрушилась и появилось сопротивление между корпусом и обмоткой, то на корпусе стиральной машины будет потенциал, который можно обнаружить индикаторной отверткой. Если машина не заземлена, то при касании корпуса потенциал машины станет потенциалом вашей руки, а т.к. ванная, где находится машина, является помещением особо опасным с точки зрения поражения током и следовательно пол является токопроводящим, нога приобретет нулевой потенциал и значит вы получите удар напряжением, пропорциональным потенциалу руки. Если машину заземлить, то в теории сработает автоматический выключатель защиты. Если машину занулить, то потенциал растечется вокруг всей машины и при касании потенциалы руки и ноги будут одинаковыми. Только надо учитывать, что ток растекается вокруг и при шагании ноги оказываются под разными потенциалами. И, конечно, можно получить удар напряжением.

Критерии применения заземления

Защитное заземление — преднамеренное электрическое соединение с землёй или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением.

Защитное заземление применяется в сетях напряжением до 1000 В переменного тока – трёхфазные трехпроводные с глухозаземленной нейтралью; однофазные двухпроводные, изолированные от земли; двухпроводные сети постоянного тока с изолированной средней точкой обмоток источника тока; в сетях выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали.

Заземление обязательно во всех электроустановках при напряжении 380 В и выше переменного тока, 440 В и выше постоянного тока, а в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках при напряжении 42 В и выше переменного тока, 110 В и выше постоянного тока; при любых напряжениях во взрывоопасных помещениях.

В зависимости от места размещения заземлителей относительно заземляющего оборудования различают два типа заземляющего устройств — выносное и контурное.

При выносном заземляющем устройстве заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование.

При контурном заземляющем устройстве электроды заземлителя размещают по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки.

В открытых электроустановках корпуса присоединяют непосредственно к заземлителю проводами. В зданиях прокладывается магистраль заземления, к которой присоединяют заземляющие провода. Магистраль заземления соединяют с заземлителем не менее чем в двух местах.

В качестве заземлителей в первую очередь следует использовать естественные заземлители в виде проложенных под землёй металлических коммуникаций (за исключением трубопроводов для горючих и взрывчатых веществ, труб теплотрасс), металлических конструкций зданий, соединённых с землёй, свинцовых оболочек кабелей, обсадных труб артезианских колодцев, скважин, шурфов и т. д.

В качестве естественных заземлителей подстанций и распределительных устройств рекомендуется использовать заземлители опор отходящих воздушных линий электропередачи, соединённых с заземляющим устройством подстанций или распределительным устройством с помощью грозозащитных тросов линий.

Если сопротивление естественных заземлителей Rз удовлетворяет требуемым нормам, то устройство искусственных заземлителей не требуется. Но это можно только измерить. Посчитать сопротивление естественных заземлителей нельзя.

Когда естественные заземлители отсутствуют или использование их не даёт нужных результатов, применяют  искусственные заземлители — стержни из угловой стали размером 50Х50, 60Х60, 75Х75 мм с толщиной стенки не менее 4 мм, длиной 2,5 — 3 м; стальные трубы диаметром 50—60 мм, длиной 2,5 — 3 м с толщиной стенки не менее 3,5 мм; прутковая сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м и более.

Заземлители забивают в ряд или по контуру на такую глубину, при которой от верхнего конца заземлителя до поверхности земли остаётся 0,5 — 0,8 м. Расстояние между вертикальными заземлителями должно быть не менее 2,5—3 м.

Для соединения вертикальных заземлителей между собой применяют стальные полосы толщиной не менее 4 мм и сечением не менее 48 кв.мм  или стальной провод диаметром не менее 6 мм. Полосы (горизонтальные заземлители) соединяют с вертикальными заземлителями сваркой. Место сварки обмазывается битумом для влагоизоляции.

Магистрали заземления внутри зданий с электроустановками напряжением до 1000 В выполняют стальной полосой сечением не менее 100 кв.мм или сталью круглого сечения той же проводимости. Ответвления от магистрали к электроустановкам выполняют стальной полосой сечением не менее 24 кв.мм или круглой сталью диаметром не менее 5 мм.

Нормируемые сопротивления заземляющих устройств приведены в табл.1.

Таблица 1. Допустимые сопротивления заземляющего устройства в электроустановках до и выше 1000 В

Наибольшие допустимые значения Rз, Ом

Характеристика электроустановок

Rз < 0,5

Для электроустановок напряжением выше 1000В и расчётным током замыкания на землю Iз < 500А

Rз = 250 / Iз < 10

Для электроустановок напряжением выше 1000В и расчётным током замыкания на землю Iз < 500А

Rз = 125 / Iз < 10

При условии, что заземляющее устройство является общим для злектроустановок напряжением до и выше 1000 В и расчётном токе замыкания на землю Iз < 500

Rз < 2

В электроустановках напряжением 660/380 В

Rз < 4

В электроустановках напряжением 380/220 В

Rз < 8

В электроустановках напряжением 220/127 В

Расчётные токи замыкания на землю принимают по данным энергосистемы либо путём расчётов. В принципе, при строительстве коттеджа ток замыкания на землю не нужен. Это вопрос заземления подстанции.

Расчёт заземления методом коэффициентов использования производится следующим образом.

1. В соответствии с ПУЭ устанавливается необходимое сопротивление заземления Rз по таблице 1.

2. Определяют путём замера, расчётом или на основе данных по работающим аналогичным заземлительным устройствам возможное сопротивление растеканию естественных заземлителей Rе.

3. Если Rе<Rз, то устройство искусственного заземления не требуется. Если Rе>Rз, то необходимо устройство искусственного заземления.

4. Определяют удельное сопротивление грунта ρ из таблицы 2. При производстве расчётов эти значения должны умножаться на коэффициент сезонности, зависящий от климатических зон и вида заземлителя (таблица 3).

Таблица 2. Приближенные значения удельных сопротивлений грунтов и воды p, Ом•м

Наименование грунта

Удельное сопротивление, Ом•м

Песок

700

Супесок

300

Суглинок

100

Глина

40

Садовая земля

40

Глина (слой 7-10 м) или гравий

70

Мергель, известняк, крупный песок с валунами

1000-2000

Скалы, валуны

2000-4000

Чернозём

20

Торф

20

Речная вода (на равнинах)

10-100

Морская вода

0,2-1

Примерное распределение государств СНГ по климатическим зонам:

1 зона: Архангельская, Кировская, Омская, Иркутская области, Коми, Урал;

2 зона: Ленинградская и Вологодская области, центральная часть России, центральные области Казахстана, южная часть Карелии.

3 зона: Латвия, Эстония, Литва, Беларусь, южные области Казахстана; Псковская, Новгородская, Смоленская, Брянская, Курская и Ростовская области.

4 зона: Азербайджан, Грузия, Армения, Узбекистан, Таджикистан, Киргизия, Туркмения (кроме горных районов), Ставропольский край, Молдова.

Таблица 3. Признаки климатических зон и значения коэффициента Кс

Данные, характеризующие климатические зоны и тип применяемых заземляющих электродов

Климатические зоны СНГ

1

2

3

4

Климатические признаки зон:

средняя многолетняя низшая температура (январь), °С

от -20 до -15

от -14 до -10

от -10 до 0

от 0 до +5

средняя многолетняя высшая температура (июль), °С

от +16 до +18

от +18 до +22

от +22 до +24

от +24 до +26

среднегодовое количество осадков, мм

~400

~500

~500

~300-500

продолжительность замерзания вод, дн

190-170

150

100

0

Значение коэффициента Кс при применении стержневых электродов длиной 2 — 3 м и глубине заложения их вершины 0,5 — 0,8 м

1,8-2

1,5-1,8

1,4-1,6

1,2-1,4

Значение коэффициента К’с при применении протяжённых электродов и глубине заложения их вершины 0,8 м

4,5-7,0

3,5-4,5

2,0-2,5

1,5-2,0

Значение коэффициента Кс при длине 5 м и глубине заложения вершины 0,7-0,8 м

1,35

1,25

1,15

1,1

5. Определяют сопротивление, Ом, растеканию одного вертикального заземлителя — стержневого круглого сечения (трубчатый или уголковый) в земле:

Таблица 4. Коэффициенты использования Мв вертикальных электродов из труб, уголков или стержней, размещённых в ряд без учёта влияния полосы связи

Отношение расстояния между электродами к их длине: а/l

Число электродов Мв

Мв

1

2

0,84-0,87

3

0,76-0,80

5

0,67-0,72

10

0,56-0,62

15

0,51-0,56

20

0,47-0,50

2

2

0,90-0,92

3

0,85-0,88

5

0,79-0,83

10

0,72-0,77

15

0,66-0,73

20

0,65-0,70

3

2

0,93-0,95

3

0,90-0,92

5

0,85-0,88

10

0,79-0,83

15

0,76-0,80

20

0,74-0,79

Таблица 5. Коэффициенты использования Мв вертикальных электродов из труб, уголков или стержней, размещённых по контуру без учёта влияния полосы связи

Отношение расстояния
между электродами к их длине а/l

Число электродов Мв

Мв

1

4

0,66-0,72

6

0,58-0,65

10

0,52-0,58

20

0,44-0,50

40

0,38-0,44

60

0,36-0,42

100

0,33-0,39

2

4

0,76-0,80

6

0,71-0,75

10

0,66-0,71

20

0,61-0,66

40

0,55-0,61

60

0,52-0,58

100

0,49-0,55

3

4

0,84-0,86

6

0,78-0,82

10

0,74-0,78

20

0,68-0,73

40

0,64-0,69

60

0,62-0,67

100

0,59-0,65

6. При устройстве простых заземлителей в виде короткого ряда вертикальных стержней расчёт на этом можно закончить и не определить проводимость соединяющей полосы, поскольку длина её относительно невелика (в этом случае фактически сопротивление заземляющего устройства будет несколько завышено). В итоге общая формула для расчета сопротивления вертикальных заземлителей выглядит так

где

р — Приближенные значения удельных сопротивлений грунтов и воды, Ом•м, таблица 2

КС — Признаки климатических зон и значения коэффициента, таблица 3.

L – длина вертикального заземлителя, м

d – диаметр вертикального заземлителя, м

t’ – длина от поверхности земли до середины вертикального заземлителя, м

Мв – коэффициент использования вертикальных заземлителей, зависящий от количества заземлителей и расстояния между ними (табл.4, 5). Предварительное количество вертикальных заземлителей для определения Мв можно принять равным Мв=rв/Rз

а – расстояние между вертикальными заземлителями (обычно отношение расстояния между вертикальными заземлителями к их длине принимают равным а/l=1;2;3)

Rз – Допустимые сопротивления заземляющего устройства в электроустановках до и выше 1000 В  , таблица 1

при этом  l>d,  t0>0,5 м;

для уголка с шириной полки b получают d=0,95b.

Для горизонтальных заземлителей расчет ведется тем же методом коэффициента использования

1. Определяют сопротивление, Ом, растеканию горизонтального заземлителя. Для круглого стержневого сечения:

Таблица 6. Коэффициенты использования Мг горизонтального полосового электрода (трубы, уголки, полосы и т.д.) при размещении вертикальных электродов в ряд.

Отношение расстояния между электродами к длине a/l

Мг при числе электродов в ряд

4

5

8

10

20

30

50

65

1

0,77

0,7

0,67

0,62

0,42

0,31

0,2

0,2

2

0,89

0,9

0,79

0,75

0,56

0,46

0,4

0,34

3

0,92

0,9

0,85

0,82

0,68

0,58

0,5

0,47

Таблица 7. Коэффициент использования Мг горизонтального полосового электрода (трубы, уголки, полосы и т.д.) при размещении вертикальных электродов по контуру.

Отношение расстояния между электродами к длине a/l

Мг при числе электродов в контуре заземления

4

5

8

10

20

30

50

70

100

1

0,45

0,4

0,36

0,34

0,27

0,24

0,21

0,2

0,19

2

0,55

0,48

0,43

0,4

0,32

0,3

0,28

0,26

0,24

3

0,65

0,64

0,6

0,56

0,45

0,41

0,37

0,35

0,33

где

р — приближенные значения удельных сопротивлений грунтов и воды, Ом•м, таблица 2

КС — признаки климатических зон и значения коэффициента, таблица 3.

L – длина горизонтального заземлителя, м

d – диаметр горизонтального заземлителя, м

t’ – длина от поверхности земли до середины горизонтального заземлителя, м

Мв—коэффициент использования горизонтальных заземлителей, зависящий от количества заземлителей и расстояния между ними (табл. 6, 7).

а – расстояние между горизонтальными заземлителями (обычно отношение расстояния между горизонтальными заземлителями к их длине принимают равным а/l=1;2;3)

Rз – Допустимые сопротивления заземляющего устройства в электроустановках до и выше 1000 В, таблица 1

Здесь l>d, l>>4t’. Для полосы шириной b получают d=0,5b.

Пример 1

Рассчитать заземляющее устройство заводской подстанции 35/10 кВ, находящейся во второй климатической зоне. Сети 35 и 10 кВ работают с незаземленной нейтралью. На стороне 35 кВ Iз=8А, на стороне 10 кВ  Iз=19А. Собственные нужды подстанции получают питание от трансформатора 10/0,4 кВ с заземленной нейтралью на стороне 0,4 кВ, естественных заземлителей нет. Удельное сопротивление грунта при нормальной влажности p=62 Ом*м. Электрооборудования подстанции занимает площадь 18*8 кв.м.

Решение

Прикинем количество вертикальных электродов 10 шт. по таблице 5, Мв=0,58.

Найдем количество вертикальных электродов

Если Nв<10, все хорошо и можно принимать Nв=9 электродов.

Если Nв>10,  нужно увеличить Мв, что соответственно увеличит и примерное количество электродов.

Прикинем количество горизонтальных электродов 50 шт. по таблице 6, Мг=0,2.

Если Nг<50, все хорошо и можно принимать Nг=49 электродов.

Если Nг>50, то нужно увеличить Мв, что соответственно увеличит и примерное количество электродов.

Пример 2

Рассчитать заземляющее устройство коттеджа в Беларуси. Коттедж стоит на глинистой почве, следовательно удельное сопротивление грунта p=40 Ом*м. Для заземления используется арматура диаметром 12 мм и длиной 2 метра.

Решение

По таблице 1 – Rз=4

По таблице 2 – р=40 Ом*м

По таблице 3 – Кс=1,6

Электроды будут размещаться в ряд, поэтому по таблице 4 прикинем количество вертикальных электродов, например 10 шт. Мв=0,62
Глубина забивания всех электродов от поверхности земли – 0,7 метра, плюс к этому половина длины двухметрового электрода и следовательно t’=1,7 метра.

Найдем количество вертикальных электродов

Если Nв>10, то нужно увеличить Мв, что соответственно увеличит и примерное количество электродов.

По таблице 4 прикинем количество вертикальных электродов, итого 15 шт. Мв=0,56

Если Nв<15, все хорошо и можно принимать Nв=14 электродов.

Пойдем другим путем и из штырей сварим каркас, закопав его на 0,8 метра под землю. Так получаются горизонтальные заземлители.

По таблице 1 – Rз=4

По таблице 2 – р=40 Ом*м

По таблице 3 – Кс=1,6

Глубина забивания всех электродов от поверхности земли – 0,7 метра, плюс к этому половина длины двухметрового электрода и следовательно t’=1,7 метра

Прикинем количество горизонтальных электродов, например 30 шт. по таблице 6, Мг=0,24

Если Nг>30, то нужно увеличить Мг, что соответственно увеличит и примерное количество электродов.

По таблице 6 прикинем количество горизонтальных электродов, например 50 шт. Мг=0,21

Если Nг<10, все хорошо и можно принимать Nг=37 электродов.

 

Заземление учитывает свойство Земли проводить электричество. Электроды для заземления делают обычно из стали. Сталь со временем ржавеет и разрушается, и заземление пропадает. Процесс этот необратим, но можно использовать стальные стержни, покрытые цинком. Цинк тоже металл, но он плохо подвержен ржавлению до тех пор, пока слой цинка есть. Когда со временем цинк вымывается или стирается механическими способами, например, при забивании электродов в твердую почву камни могут ободрать покрытие, тогда скорость коррозии увеличится вдвое. Иногда используют специальные электроды с покрытием из меди.

Стержни для заземления можно брать те, которые использовались как арматура для бетона фундамента. Красить или покрывать смолистыми составами их нельзя – смола выступит как изолятор и заземления не будет вообще. Чем длиннее стержни, тем меньше их понадобится для заземления, но тем труднее их забить в почву. Поэтому вначале нужно выкопать траншею глубиной 1 метр. Забить в траншею кусок арматуры, предварительно заточенный, чтобы он выглядывал из дна траншеи не более 20 сантиметров. Следом через 2 метра забивают следующую арматуру и так далее по расчету. Следом на дно траншеи кладут арматуру и приваривают ее ко всем забитым штырям. Место сварки необходимо обмазать битумом для влагоизоляции. Это делается потому, что арматуру толщиной 12 миллиметров будет гнить в земле очень долго, а вот место сварки по площади относительно небольшое, но самое ответственное.

После забивания всех электродов можно провести эксперимент. Из дома вытягиваем удлинитель. Источник напряжения должен приходить со столба от подстанции. Использовать для проверки автономный источник типа генератора нельзя – не будет замкнутой цепи. На удлинителе находим фазу и подключаем один провод от лампочки, а вторым проводом прикасаемся к обваренным электродам. Если лампочка светится, то измеряем напряжение между фазным проводом и заземленными электродами, напряжение должно быть 220 В, а вот светиться лампочка должна достаточно ярко. Также можно измерить ток через лампочку в 100 Вт. Если ток примерно 0,45 А, все в порядке, но если ток значительно меньше – следует добавить заземляющих стержней.

Нужно добиться нормального свечения лампочки и тока в пределах нормы. После этого места сварки заливают битумом и выводят кусок арматуры из траншеи, прикрепив его к дому. После этого траншею можно засыпать. Выведенный кусок арматуры нужно приварить к электрическому распределительному щиту в коттедже. От щита уже развести медными кабелями все точки.

Определение размеров контуров заземления

Термин «контур заземления» часто используется в проектной литературе в качестве заменителя любой цепи, вызывающей шум заземления.

По правде говоря, контур заземления — одна из многих проблем электрической конструкции, которые могут вызывать или усиливать существующий шум заземления. Как в печатных платах, так и в проводных системах контур заземления по определению представляет собой любую законченную цепь заземления с низким сопротивлением. Это может быть очевидно, как в случае с заземляющим экраном с воздушным зазором внутри:

Рисунок 1: Контур заземления в медной плоскости.

Это явление также может быть более абстрактным, например, в схемах связи:

Рисунок 2: Цепь связи (слева) с выделенным контуром заземления (справа)

Цепи заземления

обычно вызывают проблемы из-за одного из трех событий:

  1. Магнитные поля переменного тока проходят через контур (или магнитные поля постоянного тока, если контуры заземления перемещаются относительно них). Изменяющийся поток индуцирует ток в контуре. Это единственный способ, которым контур заземления сам по себе может генерировать зашумленный ток.

    Рисунок 3: Ток, индуцированный магнитным потоком.

  2. Две или более цепи, соединяющиеся с контуром заземления, индуцируют разные уровни напряжения на их соответствующих заземлениях.

    Рисунок 4: Множественный опорный ток заземления.

  3. Две или более цепи присоединяются к контуру заземления на значительном расстоянии друг от друга, создавая радиочастотный шум. Высокочастотные сигналы могут вызывать шум в цепях значительной длины (цепи с длиной более 1/20 длины волны)

Важно помнить, что шум земли может существовать без контура заземления.Например, внешняя цепь может сама создавать шум земли:

Рисунок 5: Шум от земли от внешней цепи.

В компании Ball Systems мы склонны использовать следующие три метода для устранения шума из-за контуров заземления. Эти методы являются отраслевым стандартом рентабельности и надежности.

  1. Уменьшение площади контура: это помогает снизить эффективный магнитный поток переменного тока. Если площадь воздушного зазора в медной плоскости или площадь между проводами в системе уменьшится, через контур заземления будет проходить меньший поток, и наведенный ток будет меньше.

    Рисунок 6: Уменьшение площади петли.

  2. Изолируйте путь заземления: этот метод предотвращает прохождение тока через контур заземления за счет использования трансформаторов или оптоизоляторов, которые будут поддерживать уровни напряжения между путями сигнала и заземления. Возникнут такие осложнения, как паразитная емкость и затухание постоянного тока.

    Рисунок 7: Размещение трансформатора и оптоизолятора

  3. Используйте синфазный дроссель: это отличный метод ослабления высокочастотного синфазного шума.

    Рисунок 8: Синфазный дроссель.

Существует несколько способов устранения контуров заземления, но следует обращать внимание на то, чтобы не жертвовать безопасностью, нарушая любые необходимые заземляющие соединения. Доступны несколько вариантов, позволяющих сбалансировать доступность места, стоимость и эффективность, и важно определиться, на каком именно треугольнике сосредоточены ваши интересы.

Если вы заинтересованы в сотрудничестве с нами над вашим следующим проектом, свяжитесь с нами по телефону (317) 804-2330.

Использование заземления для контроля электромагнитных помех

Медицинское оборудование и диагностическая промышленность Журнал | Указатель статей MDDI

Первоначально опубликовано в августе 1996 г.

Уильям Д.Киммел и Дэрил Д. Герке

Электромагнитная совместимость является важным фактором при проектировании и эксплуатации современного сложного медицинского электронного оборудования, особенно по мере распространения портативных систем. Электронные устройства могут как излучать, так и быть поврежденными электромагнитными помехами (EMI) и должны быть защищены от их вредного воздействия. Также необходимо решить вопросы безопасности пациента и оператора. В предыдущих статьях были рассмотрены такие средства обеспечения контроля электромагнитных помех, как фильтрация, экранирование кабелей и экранирование корпуса (MD&DI, февраль, июль и ноябрь 1995 г., соответственно).Эта статья посвящена заземлению.

Возможно, ни одна тема в электронике не понимается так неправильно, как заземление, которое обычно вызывает образ длинной косы, извивающейся к столбу заземления, вставленному в бетонный пол. Как ясно из следующего обсуждения, заземление не является существенным для контроля электромагнитных помех и почти никогда не требуется. В подавляющем большинстве приложений медицинской электроники хорошее заземление включает в себя получение обратного пути с достаточно низким импедансом для наивысшей интересующей частоты помех.Если бы можно было достичь нулевого импеданса, все остальные проблемы с заземлением потеряли бы смысл. Поскольку это не так, разработчикам устройств необходимо искать способы максимизировать эффективность оснований, которые могут быть реализованы.

ЧТО ТАКОЕ ЗЕМЛЯ?

Короче говоря, земля — ​​это обратный путь для тока. Его цель — замкнуть токовую петлю, а не увести ее в землю. Если ток помехи успешно отведен на землю, он просто выйдет в другом месте, чтобы вернуться к своему источнику.Единственный раз, когда необходимо заземление, это для молнии.

Путаница возникает из-за того, что термин «земля» используется для множества приложений и означает разные вещи для разных людей. Инженеры, например, смотрят на землю как на отражение ударов молнии. В этом случае заземление должно выдерживать токи до 100 000 А в течение нескольких миллисекунд. Поскольку время нарастания примерно в 1 микросекунду создает значительные частотные составляющие Фурье вплоть до примерно 300 кГц, индуктивность может стать серьезной проблемой.Напротив, электрики рассматривают землю как обратный путь для токов короткого замыкания, которые могут составлять десятки или сотни ампер при 50 или 60 Гц. На этом уровне частоты индуктивность не важна, поэтому длина провода 4/0, подключенного к ближайшему строительному сталелитейному заводу, очень хороша — заземление может присутствовать, но оно не требуется для электробезопасности.

Эти два случая являются наиболее широко известными применениями заземления, но требования к заземлению для контроля электромагнитных помех в приложениях для медицинских устройств сильно различаются.EMI может охватывать очень широкий диапазон: токи от микроампер до ампер и частоты от постоянного тока до дневного света. Продолжительность события может варьироваться от наносекунд в случае переходного процесса до лет в случае непрерывной волны. Для конкретного случая электростатического разряда (ESD) переходные процессы измеряются в наносекундах (что дает частотные составляющие Фурье до 300 МГц), а токи находятся в диапазоне до 10 А или даже выше. Частота фронтов и величины тока таковы, что значительный скачок напряжения будет происходить даже на самой маленькой длине провода или дорожки на печатной плате.Однако в любом случае разработчики устройств должны обеспечить возможность возврата мешающего тока к своему источнику, и это редко связано с заземлением.

КОНТУРЫ ЗАЗЕМЛЕНИЯ И ОДНОТОЧЕЧНЫЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Когда возникает проблема с заземлением, инженеры-проектировщики неизбежно обращаются к контурам заземления и одноточечным заземлениям. Что означают эти термины и когда используются подходящие методы?

Контур заземления существует всякий раз, когда между двумя точками существует более одного токопроводящего пути.Это условие позволяет токам помех смешиваться с токами сигналов, что может привести к помехам от земли. На рисунке 1 (а) показаны эффекты контура заземления, когда токи паразитных помех делятся и протекают через заземление сигнала. Эта проблема может быть устранена за счет заземления с нулевым сопротивлением. При отсутствии такого заземления можно предусмотреть отдельные заземляющие пути. Как показано на Рисунке 1 (b), разорвав контур заземления, разработчик устройства создал одноточечное заземление. Потребность в одноточечном заземлении возникла в телефонии, где было практически невозможно получить достаточно низкие импедансы, чтобы предотвратить появление гула от частот линий электропередач, и этот метод все еще полезен в ряде низкоуровневых низкочастотных аналоговые приложения.

Однако одноточечное заземление не подходит для работы с более высокими частотами, которые встречаются в современных вычислительных устройствах. На рис. 2 показано влияние стоячей волны на экран кабеля, который был заземлен на корпус в одной точке. Если на экран воздействуют падающие помехи с частотой 150 МГц (популярная наземная мобильная радиочастота) с длиной волны 2 м, то кабель, который здесь представлен как имеющий 1/4 длины волны частоты помехи, или 0.5 м, будет действовать как эффективная антенна с напряжением стоячей волны на экране, как показано на рисунке. В непосредственной близости от заземляющего соединения напряжение экрана близко к нулю, но на незаземленном конце напряжение максимальное, а паразитная емкость обеспечивает достаточную связь с сигнальными линиями.

Фундаментальное предположение, лежащее в основе принципа одноточечного заземления, заключается в том, что скорость света бесконечна. Каждый раз, когда дизайнерам нужно учитывать скорость света, особенно при компьютерных скоростях, метод одноточечного заземления не работает.Полезное эмпирическое правило состоит в том, что одноточечное заземление подходит, если наиболее длинное интересующее измерение меньше 1/20 длины волны самой высокочастотной угрозы. Таким образом, одноточечные заземления подходят для обработки электромагнитных помех со звуковыми частотами в большинстве случаев, но не подходят и недостижимы для радиочастот, используемых в цифровой электронике.

Рассмотрим, например, случай дизайнера, который хотел использовать одноточечное заземление для двух отдельно стоящих шкафов, расположенных на расстоянии около 10 футов друг от друга.Исходя из общепринятого предположения, что индуктивность провода составляет 20 нГн / дюйм, минимальная индуктивность для одноточечного заземляющего тракта будет около 2,5 мкГн. Используя формулу для импеданса

Z = 2¼fL

где f — частота в мегагерцах, L — индуктивность в микрогенри, а Z — в омах, полное сопротивление на частоте 100 МГц будет 1600 ‡, что вряд ли является коротким замыканием. Используя практическое правило, емкость между отдельно стоящим оборудованием и землей составляет ~ 100 пФ и формулу

где C — емкость в микрофарадах, полное сопротивление между двумя конденсаторами емкостью 100 пФ, соединенными последовательно с заземляющей пластиной, составляет 30 ‡.Это тоже не короткое замыкание, но оно, безусловно, намного ниже, чем у предполагаемого одноточечного заземления.

ДОСТИЖЕНИЕ НАДЕЖНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Заземление с низким сопротивлением для медицинского электронного устройства легко реализовать — используйте заземляющий провод. При 50/60 Гц сопротивление заземляющего провода будет в первую очередь резистивным, но выше звуковых частот начинает преобладать индуктивность, а на радиочастотах индуктивного сопротивления даже короткого провода или дорожки на печатной плате достаточно, чтобы вызвать проблемы.Чтобы определить требования конкретного приложения, разработчику необходимо знать, какое напряжение может выдерживать устройство, величину и частоту ожидаемого тока помех, а также полное сопротивление тракта. Учитывая эти данные, можно применить закон Ома, чтобы узнать, когда возникнут проблемы.

Например, при ударе молнии по двутавровому пучку может протекать ток 10000 А с переходными процессами 10 В даже на короткие отрезки. Два взаимосвязанных устройства, заземленных на двутавровую балку в разных точках, могут легко выйти из строя.Или предположим, что 1 дюйм. длина провода или дорожки на печатной плате подвергалась воздействию электростатического разряда 10 А. Предполагая, что индуктивность составляет около 20 нГн, падение напряжения на проводе или дорожке можно рассчитать с помощью уравнения

где E — падение напряжения на проводе, L — индуктивность в наногенри, di — величина переходного тока (предполагается, что она равна 10 А), а dt — время нарастания (предполагается, что составляет 1 наносекунду). Для этих типичных условий E = 200 В. Таким образом, можно видеть, что длина провода всего 1 дюйм.является плохой почвой для целей ESD.

Поскольку во многих случаях обычный провод не является подходящим заземлением, принято использовать вместо него плоский ремешок. Этот подход действительно уместен, но его обоснование широко неправильно понимается. Для достижения низкой индуктивности ключевым фактором является не плоскостность ремешка, а его отношение длины к ширине. Чтобы обеспечить достаточно низкую индуктивность заземляющего шнура, его ширина должна составлять не менее одной пятой, а еще лучше — одной трети ее длины.Если разработчик не может достичь этого отношения, не будет удовлетворительного пути возврата высокочастотного тока.

Заземление монтажной платы. Получить хорошие низкоомные заземления на двухсторонних платах практически невозможно, поэтому это критично. для защиты таких плат от электростатических разрядов и высокоуровневых радиопомех. С другой стороны, на многослойных платах легко добиться низкого импеданса, если заземляющий слой находится под дорожками. Цепи, построенные непосредственно над землей, хорошо защищены, независимо от угрозы.По нашим наблюдениям, контроль электромагнитных помех всегда проблематичен для двусторонних плат, в то время как электронные устройства с многослойными платами редко повреждаются. Если производитель непреклонен в использовании двусторонних плат, бюджет разработки продукта должен включать дополнительные средства, а к графику испытаний и модернизации следует добавить три месяца. Даже в этом случае высока вероятность того, что контроль электромагнитных помех не будет достигнут.

Наверное, нигде в электронике конструкторы не сталкиваются с такой сложной задачей, как проблема чувствительных аналоговых входных цепей.Цепи могут быть достаточно хорошо защищены изолированной заземляющей пластиной; проблема связана с подключением к неизолированной земле или к проводам и кабелям, соединяющим датчик с другим оборудованием. Для изолированного заземления важно свести к минимуму количество внешних токов электромагнитных помех, которые достигают плоскости заземления. Как только чувствительный входной сигнал будет захвачен и усилен, или, возможно, оцифрованный, переход границы к неизолированным цепям — это остающаяся проблема проектирования. Любые токи помех, которые направляются на изолированную землю, становятся синфазными помехами и должны обрабатываться изолирующим компонентом любого типа.Хотя доступны некоторые довольно эффективные изоляторы, они имеют свои пределы, поэтому в первую очередь стоит минимизировать синфазные токи.

Межблочное заземление. После того, как разработчик справился с заземлением печатной платы, следующим шагом будет рассмотрение межсоединений внутри оборудования, таких как соединения между материнской и дочерней платами и ленточные кабели между модулями. Проблемы EMI часто являются результатом межсоединений с высоким импедансом.Опять же, разработчикам необходимо поддерживать низкий импеданс заземления, либо путем подключения печатных плат или модулей к общей заземляющей пластине, либо путем обеспечения межсоединения заземления с очень низким импедансом через кабель, обычно путем выделения как можно большего количества контактов разъема для заземления. . Несмотря на то, что пространство для разъема является важной проблемой, функциональность не менее важна. Для высокоскоростных (100 МГц) межкомпонентных соединений должна быть одна линия заземления для каждой сигнальной линии. Для более низких скоростей (~ 10 МГц) может быть достаточно одной линии заземления на каждые пять сигнальных линий.Все, что меньше, навлекает неприятности.

Внешнее заземление. Наконец, проектировщикам необходимо учитывать взаимосвязи между различными частями оборудования. Если между корпусами может быть реализована заземляющая пластина с низким сопротивлением, а для экранов кабелей используется многоточечное заземление, проблемы должны быть минимальными. Однако, если кабели проложены на большие расстояния или передаются чувствительные низкочастотные аналоговые сигналы, могут возникнуть помехи на звуковых частотах. В таких случаях может потребоваться одноточечное заземление, а также многоточечное заземление, необходимое для управления высокочастотными помехами.Гибридное заземление с конденсаторной нагрузкой на одном конце, обычно 0,010,1 мкФ, и жесткой нагрузкой на другом конце может обеспечить разрыв цепи на звуковых частотах и ​​короткое замыкание на радиочастотах, объединяя, таким образом, лучшее из обоих миров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработчики медицинской электроники могут основывать свои решения о том, как реализовать заземление для контроля электромагнитных помех, на трех принципах:

* Заземление не требуется для контроля электромагнитных помех (хотя оно может быть необходимо для безопасности).Что необходимо, так это обратный путь с низким импедансом, обычно проводящий слой или экран.

* Одноточечное заземление обычно подходит только для обработки звуковых помех и недостижимо на радиочастотах. Критерий длины волны 1/20 может применяться для определения приемлемости одноточечного заземления.

* Сопротивление заземления должно поддерживаться на приемлемо низком уровне при текущей частоте ожидаемых помех.На высоких частотах индуктивность приводит к высокому импедансу, поэтому использование заземляющих проводов, как правило, неприемлемо. Для уменьшения импеданса можно использовать широкую перемычку или плоскость заземления.

Уильям Д. Киммел и Дэрил Д. Герке — руководители консалтинговой фирмы EMI Kimmel Gerke Associates, Ltd., расположенной в Сент-Поле, Миннесота.

Рисунок 1. Схема, показывающая токи контура заземления: (а) непрерывный и (б) разомкнутый (тем самым обеспечивая одноточечное заземление).

Рис. 2. Воздействие стоячей волны на экран кабеля с одноточечным заземлением.

контуров заземления

контуров заземления

[На главную] [ Вверх]

Ground Loops Radio Оборудование

Контуры заземления Транспортные средства

Контуры заземления Аудио Системы

Как заземлить Петли возникают (технические)

Автостоянки и Заземление

Примечание. обсуждение применяется только к основаниям внутри платформы или системы.Оно делает не применяется к кабелям или проводке вне здания, где повреждение светом или другие скачки напряжения вызывают беспокойство.

Проблемы контура заземления обычно возникают, когда соединительные порты заземлены к пунктам, работающим с перепады напряжения. Разница напряжений обычно возникает из-за высоких токов. на другом заземленном пути. Проблемные перепады напряжения обычно возникают из-за падение напряжения вдоль Сильноточный провод, заземленный с обоих концов на общую землю.Это может создают разность потенциалов вдоль пути заземления сигнального провода, и это напряжение передается в чувствительную схему.

Нежелательное взаимодействие, которое мы называем «контур заземления», обычно является непреднамеренным результат плохой техники подключения, плохого планирования порта источника или нагрузки или сочетание всего.


Примечание: «Порт» по определению подключение входа или выхода сигнала, обычно через гнездо, соединитель или терминал полоска. «Порты» — это точка соединения, где соединительный провод или кабель входит или выходит Устройство.

Использование шины заземления вдоль стола не вызывает «заземления». петля ». Замена проводов на звезду или прокладка отдельных заземляющих проводов на дальние общая точка, как и стержень, не исправляет контуры заземления. Несколько заземляющих проводов в далекую точку не исправьте контуры заземления или радиопомехи, за исключением случая, когда вам повезло. Длинные изолированные заземляющие провода от оборудования на столе до общего места вне рабочего стола, например, удочка, не годится наука.

Низкая частота оборудования или контуры заземления постоянного тока вызваны мощностью падение напряжения на кабеле и отсутствие использования одноточечного заземления на одном конце пути.RFI вызваны синфазным RF на антенных кабелях или нарушение целостности экрана. Более короткий и более низкий путь заземления сопротивление между оборудованием в одной точке, тем лучше! Исключение составляет как правило, любой сильноточный источник питания или нагрузка. Источники или нагрузки сильного тока в целом НЕ должен быть привязан к наземная шина более чем в одной точке. Что-то вроде сильноточной мощности Отрицательный провод питания должен быть заземлен только со стороны оборудования. В идеале отрицательная шина должна плавать на источнике питания, но должна иметь предохранительный зажим, который это высокий импеданс при нормальных условиях при ограничении отрицательной клеммы поднимаются при неисправностях.

С за исключением сильноточного источника питания с заземленным отрицательным полюсом, который должно быть заземлено непосредственно на сильноточное оборудование, которое оно обслуживает, и только на том оборудовании, которое оно обслуживает. Самый короткий путь с наименьшим сопротивлением между оборудованием всегда является лучшим. Этот обычно требует наличия тяжелой заземляющей шины с низким сопротивлением и короткими гибкими плетеные провода, соединяющие настольное оборудование с этой настольной шиной.

Отрицательный вывод предохранители на оборудовании — тоже вообще плохая идея, но мы видим это повсюду.Из-за плохих инструкций по подключению потребовались предохранители с отрицательным выводом!

Современные автомобили используют микропроцессорную систему для изучения многих аспекты состояния двигателя. Процессор считывает внешние датчики и, используя эти данные, вычисляет время зажигания, топливо форсунка открывает окна, включает насосы и вентиляторы, управляет системой рециркуляции отработавших газов, регулирует двигатель холостой ход и множество других функций. Несколько датчиков сообщают компьютеру множество различных параметров включая положение дроссельной заслонки, втекающую в двигатель воздушную массу, охлаждающую жидкость температура, барометрическое давление, содержание кислорода в выхлопных газах, положение коленчатого вала, и другие параметры.Разница между подачей топлива на 15 лошадиных сил или подача топлива на 500 лошадиных сил может быть менее 3 вольт, на некоторых датчики! Изменение на десятые доли вольта может значительно изменить критические параметры двигателя, и изменения датчика в сотых долях вольта могут заметно изменить смесь. количество. Эта чувствительность к относительно небольшим изменениям напряжения датчика является корнем Проблемы с контуром заземления системы управления двигателем. ключ к правильному управлению сложными функциями. читает датчики низкого напряжения с высоким сопротивлением, обычно работающие в диапазоне от нуля до пять вольт, точно.Шум может особенно повлиять на точность чувствительной синхронизации. функции.

Повреждение оборудования может произойти из-за проблемы с контуром заземления. Из-за плотного Упаковка и миниатюрная конструкция, современная электроника использует небольшие проводники (следы фольги) и компоненты. Контур заземления может расплавить следы фольги, повредить полупроводники или микросхемы или разрушить малые резисторы. Контур заземления может вывести из строя дорогую электронную систему за доли секунды. второй. Хуже того, контур заземления, влияющий на дозирование топлива или время зажигания, может разрушить двигатель.

Мои проблемы с Послепродажная система EFI — хороший пример того, что ошибка контура заземления угрожает ресурс двигателя.

Высокая чувствительность к малым уровням напряжения лежит в основе проблемы с шумом или гудением контура заземления звука.

Второстепенная проблема — повреждение оборудования. Из-за плотного упаковка, современная аудиоэлектроника часто использует небольшие проводники из фольги и текущие чувствительные компоненты. Полупроводники малой мощности могут быть непоправимо повреждены под действием нескольких вольт или нескольких тысячных долей напряжения. амперный ток.Как и в случае с домашними компьютерами и автомобилями, контур заземления может расплавить следы фольги, повредить полупроводники или микросхемы или разрушить небольшие резисторы или конденсаторы. Дорогой аудиокомпонент может быть испорчен доли секунды.

Когда я начал заниматься радиовещанием, наземные пути между различными частями аудиооборудования были изолированы. Инженеры заземлили щиты на симметричных линиях в одной точке пути, обычно на терминалах входного порта. Экраны на несимметричных линиях, если оборудование не было смонтировано в той же стойке, были с одной стороны плавает изолирующим трансформатором.

Единственными общими соединениями шасси были провода питания, радио частотные основания и основания безопасности. Заземляющие экраны звуковых сигналов или сигналов низкого уровня были всегда изолирован от шасси или заземления на одном конце. Это было универсально верно для всех низкоуровневых сигнальные линии. Изоляция предотвратила нежелательные сигналы контура заземления, обычно проявляющиеся в виде гула или шума, из-за фоновый мусор. Было очень плохой практикой балансировать и заземлять шасси постоянного тока. несбалансированные линии, особенно линии с экранами толщиной менее нескольких толщин кожи или чрезмерно резистивные экраны более чем в одной точке кабельной трассы.

Низкоуровневые аналоговые измерения и сигнальные заземления также нарушены землей петли. Как правило, по крайней мере один конец участка должен быть независимым от земли или земля изолирована. Это предотвратит нарушение критического сигнала контурами заземления. напряжения и выдача ложных показаний.

Самый простой контур заземления показан ниже:

Если мы рассмотрим систему постоянного тока с «A» как источник и «B» в качестве нагрузки, напряжение «C» подтолкнет «B -» вверх на.5 вольт. Это означает, что разница между плюсом и минусом «B» будет 2,5 вольта.

И наоборот, если «B» был источником 2,5 В, а «A» нагрузка, «C» подтолкнет «A -» к более отрицательному значению, а разница «A» между + и — будут 3 вольта.

Вот почему мы должны быть уверены, что ничто не заставляет внешнее напряжение на заземляющем проводе. Единственный способ исключить возможность заземления петля, нарушающая чувствительное напряжение или даже вызывающая повреждение, будет плавать один или оба конца системы полностью заземлены.По крайней мере, один конец, либо конец источника или конец нагрузки должен быть в дифференциальном режиме. «Дифференциальный» означает только разность напряжений между + и -, а не внешнее источник. Если поместить один конец в дифференциал, он будет выглядеть так:

В приведенном выше случае «B -» будет иметь единственный точка заземления. В точке «А -» не могло быть земли. Незаземливание любого конца отрицательный, и создание дифференциала нагрузки или источника устраняет контур заземления.

Решение проблемы с контуром заземления с помощью заземляющего проводника больше — это, как правило, не лучший способ что-то делать, хотя, безусловно, помочь за счет уменьшения падения напряжения (уменьшения сопротивления тракта).Проблема в том, что у проводников, как бы больших они ни были, всегда есть неизбежное падение напряжения с током. Это падение напряжения определяется законом Ома, где ток, умноженный на сопротивление, — это падение напряжения на пути тока. Если проводник передает высокочастотные сигналы, проблема осложняется сопротивлением и эффекты стоячей волны. Для большинства систем аудио, питания и управления мы можем просто рассмотреть сопротивление. Для более высоких частот или резко возрастающих форм волны (например, зажигания системные импульсы), мы должны учитывать реактивные части импеданса проводки.

Системы со смесью больших токов и чувствительных линии нижнего уровня доставляют гораздо больше хлопот, чем другие системы. Сильные токи могут легко создавать перепады напряжения, которые составляют значительную часть низкого сигнала уровни. Когда системы высокого и низкого уровня разделяют землю, текущее падение напряжения по заземляющей или нейтральной проводке может передаваться на другие наземные пути. Это передает часть высокого тока в низкий система уровней.

В схемах ниже, даже с тысячными долями Ом сопротивление проводника и соединения, сильноточная цепь заземления Падение на 1/10 вольт.Сигнальный провод, даже с гораздо меньшим проводом, имеет только падение на несколько милливольт. Это потому, что ток нагрузки очень низкий.

Давайте рассмотрим несколько основных несбалансированных систем. В этих схемах:

R1 — R4 сигнальный провод и сопротивления соединений
R5 индикатор или сопротивление нагрузки
R6 Сильноточная нагрузка
R7-R10 Сопротивление проводника сильноточной нагрузки
VS1 Источник сигнала
VS2 Источник для сильноточной нагрузки

В системе ниже мы видим, что напряжение сигнала не зависит от чего-либо, кроме небольшое падение напряжения в сигнальных проводниках.Нет тока нагрузки большой мощности и нет контура заземления.

В системе ниже общий провод заземления между верхней и нижней нейтралью. был добавлен в левом конце. Мы видим, что на напряжение сигнала ничего не влияет, кроме небольшое падение напряжения в сигнальных проводниках. Нет контура заземления и нет высокого сила тока нагрузки. Датчик низкого уровня считывает только 0,004 вольт от источник.

В системе ниже мы видим, что напряжение сигнала не зависит от чего-либо, кроме небольшое падение напряжения в сигнальных проводниках.Ток нагрузки в R6 составляет 118 ампер, но ток не влияет на напряжение сигнала, потому что заземление сигнала у свинца только одно основание точка. Нет контура заземления.

В системе ниже мы видим, что напряжение сигнала сильно зависит от высокого текущая нагрузка. Это потому, что в вышеупомянутой системе есть контур заземления. Сигнал провод заземлен с каждого конца.

В системе ниже тяжелая заземляющая шина с очень низким сопротивлением была добавлена ​​в попытаться уменьшить сопротивление шасси или нейтрального тракта.Несмотря на то что снижается, напряжение сигнала остается под влиянием падения напряжения в верхнем токопроводы. Этот пример демонстрирует, почему лучшее исправление — избегать контуров заземления, вместо того, чтобы пытаться уменьшить количество контуров заземления за счет лучшего заземления между точками заземления системы.

Автостоянка в Типичные легковые автомобили unibody — это особая ситуация. Механический строительные методы, которые делают платформу жесткой, также работают, чтобы сформировать большой тракт заземления шасси большой площади с очень низким сопротивлением.Сварная оболочка образует заземляющий провод с очень низким сопротивлением и является отличным местом для обычных заземление для сигнального и силового заземления. Хотя это и не нулевое сопротивление, Оболочка тела — самое близкое к нему. Использование четырехпроводного измерения сопротивления Мой Мустанг 1989 года измеряет менее 0,002 Ом от заземления задней аккумуляторной батареи. к земле рельса рамы переднего внутреннего крыла. Это приблизительный эквивалент 15 футов медного провода и разъемов AWG № 0. Большая часть этого сопротивления концентрируется вокруг клемм заземления (до того, как ток сможет распространение), а не по пути тела.Если я улучшил точки подключения, я может значительно снизить то небольшое сопротивление, которое сейчас имеет моя система. Это не совсем необходимо, поэтому я не заморачивался.

Нет смысла запускать тяжелый медный минус от двигатель к аккумулятору, когда шасси уже есть и корпус, включая потери при случайном подключении, имеет меньшее сопротивление, чем хорошо сделанный кабель.

Пример заземления сопротивление:

Сопротивление любого однородного проводника составляет обратно пропорционально площади поперечного сечения и прямо пропорционально к удельному сопротивлению и длине.Проще говоря, если мы удвоим крест площадь сечения проводника мы разрезаем сопротивление (и падение напряжения) в половина. Если мы удвоим длину, мы удвоим сопротивление и удвоим падение напряжения.

Медный провод номер 1 AWG имеет эффективный диаметр около 0,3. дюймы. Площадь круга равна пи * р в квадрате. У этого провода был бы крест площадь сечения около пи * 0,15 * 0,15 = 0,071 квадратного дюйма.

Предположим, что толщина стального корпуса составляет около 16 калибра, или около 0,06. дюймов толщиной.Площадь в один фут будет иметь 12 * 0,06 = 0,72 кв. дюймы площади поперечного сечения. Физическое сечение около десяти раз больше, чем площадь поперечного сечения медного провода.

Удельное сопротивление стали около 15 Ом на 10-6 см. В удельное сопротивление меди 1,7 Ом на 10-6 см. Мы можем разумно предположить сталь имеет примерно 15 / 1,7 = 8,8-кратное сопротивление меди для того же длина и одинаковая площадь поперечного сечения. В то время как оболочка корпуса выше материал удельного сопротивления, тело также имеет гораздо большее поперечное сечение площадь.

Это означает стальной корпус шириной в один фут, если этот корпус имеет толщину всего 0,06 дюйма, сопротивление примерно на 10% меньше, чем у аналогичного длина пути через медный провод. Легко понять, почему наземный путь через кузов автомобиля, который, вероятно, несколько футов шириной и намного толще во многих областях это малая часть сопротивления медного провода.

Поверхность пола шириной четыре фута и толщиной всего 0,06 дюйма, будет иметь поперечное сечение около 2.88 квадратных дюймов. Эквивалент медный проводник должен быть 2,88 / 8,8 = 0,327 квадратных дюйма, или диаметр = 2 * квадрат A / pi, или 0,645 дюйма в диаметре! Сопротивление тонкой стальной напольной поддона шириной 4 фута с противовесом медный кабель требует кабеля больше 4/0, а у нас даже нет рассчитывал на помощь каркасных реек, рокер-панелей или дорожек на крыше!

Давайте посмотрим, почему Ford сделал систему определенным образом и как схемы могут вводить в заблуждение.Это схема отрицательного вывода аккумуляторного кабеля на Фокс Мустанги:

Правильная схема вышеперечисленного:

В системе, описанной выше, отрицательный вывод EEC не заземлен на отрицательный полюс аккумулятора. Отрицательный EEC фактически подключается к шасси автомобиля рядом с пусковым реле, где он имеет общую точку заземления шасси с отрицательной клеммой аккумулятора. Основания как это работает только тогда, когда аккумулятор установлен спереди и сделан точно так, как изначально сделано.Эта система приемлема, потому что:

1.) Мустанг изначально имел довольно низкое потребление тока от система зарядки.

2.) Заземлил блок от головы до файрволла.

3.) Очень короткий и тяжелый провод аккумуляторной батареи был надежно подключен. к блоку.

Схема альтернативного метода для передней батареи во избежание контуров заземления:

Задняя батарея для предотвращения опасности возгорания контура заземления и заземляющего провода:

Соединения отрицательного полюса аккумуляторной батареи:

С аккумулятором на задней панели нет причин долго работать отрицательные выводы от что-нибудь к аккумулятору.Исключение составляют определенные устройства зоны багажника с плавающей площадкой, например, топливные насосы или другие электродвигатели. Это предполагает цельный автомобиль или раму большой площади. со сварной конструкцией в качестве шины заземления. В Европе основания для отрицательные клеммы АКБ для средств связи запрещены из-за пожара и угрозы безопасности.

Устройство с аккумулятором сзади Всегда допустимо до нег пост Допустимо, но часто нежелательно Никогда не допустимо к отрицательному сообщение
Усилитель с минусом, общим с корпусом и домкраты Х
Усилитель с минусом с плавающей запятой шкаф и домкраты Х * Х **
Электродвигатель или насос с изолированным земля Х * Х **
Блок зажигания с общим минусом корпус или другие провода Х
Инвертор мощности с отрицательным общим выводом к жилью и торговым точкам Х
Инвертор мощности с минусом изолирован от шкафа и домкратов Х
Радиосистема, включая стереосистемы и системы двусторонней связи с общим минусом шкаф и домкраты X
Радиосистема, включая стереосистемы и системы двусторонней связи с минусом, изолированным от шкафа и гнезд Х * Х *

* если рядом с аккумулятором ** если далеко от аккумулятор

С аккумулятором на передней панели, надежные заземляющие устройства вообще может быть подключен к минусовой батарее практически любым удобным вам способом.

Устройство с аккумулятором спереди Всегда допустимо до нег пост Допустимо, но обычно нежелательно Никогда не допустимо к отрицательному сообщение
Усилитель с общим минусом к шкафу и домкраты Х
Усилитель с минусом с плавающей запятой шкаф и домкраты Х * Х **
Электродвигатель или насос с изолированным земля Х
Блок зажигания с минусовой общей к корпусу или другим выводам Х
Инвертор мощности с отрицательным общим выводом к шкафу и розеткам Х
Инвертор мощности с минусом изолирован от шкафа и домкратов Х
Радиосистема, включая стерео и двустороннюю с общим минусом к шкафу и гнездам X
Радиосистема, включая стерео и двустороннюю с минусом, изолированным от шкафа и гнезд Х

Turtle Tough | Как бороться с заземляющими петлями | Поиск и устранение неисправностей


Были ли у вас проблемы с управлением технологическим процессом и электрическими приборами?
Источником могут быть контуры заземления.Что это?

Потенциально вредная петля, образующаяся, когда две или более точек в электрической системе, обычно имеющих потенциал земли, соединены токопроводящей дорожкой, так что одна или обе точки не имеют одинакового потенциала земли ». Нежелательные контуры заземления могут вызвать неточные показания датчика, отрицательно влияя на сигналы приборов.

Контур заземления существует, когда цепь подключена к заземлению в двух или более точках. Поскольку потенциал земли меняется от точки к точке, два или более соединения с землей вызывают протекание токов.Если ток течет по сигнальному проводу, в результате получается зашумленный сигнал смещения.

Классическим признаком контура заземления является датчик, который правильно считывает данные в буферах, но дает показания с большой ошибкой при помещении в технологическую жидкость. При типичном технологическом измерении датчик pH подключается через технологическую жидкость и трубопровод к заземлению. Если цепь в анализаторе pH подключается ко второму заземлению, ток будет течь через электрод сравнения.Напряжение, пропорциональное току и сопротивлению электрода, возникает на электроде сравнения. Поскольку напряжение идет последовательно с напряжениями других элементов, ток контура заземления приводит к тому, что показание pH существенно отличается от ожидаемого значения. Токи, создаваемые контурами заземления, часто нестабильны, поэтому показания pH, на которые влияют контуры заземления, часто бывают зашумленными.

Проверка контура заземления

Если измерительная система начинает работать странно или беспорядочно, убедитесь, что вы устранили все непредусмотренные заземляющие соединения.Или если ваши показания колеблются, когда вы касаетесь кабеля или перемещаете датчик. Это может произойти, когда вы добавляете или меняете двигатель или мешалку. Любая электрическая деталь, с которой работают — может нарушить баланс и требует повторной проверки.

Используйте следующую процедуру для проверки контуров заземления:

  1. Извлеките датчик pH из технологической жидкости.
  2. Откалибруйте датчик в буферах. Убедитесь, что нет прямого электрического соединения между контейнером, содержащим буфер, и технологической жидкостью или трубопроводом.
  3. Зачистите концы толстого провода.
  4. Подсоедините один конец провода к технологическому трубопроводу или, лучше, поместите его в технологическую жидкость. Другой конец провода поместите в емкость с буфером и датчиком. Провод обеспечивает электрическое соединение между технологическим процессом и датчиком

Если показание pH изменяется или становится шумным после подключения, существует контур заземления. Если никаких симптомов не наблюдается, петли заземления, вероятно, не существует.

Наличие контуров заземления — это не только то, что искажает показания, но, скорее, то, что также поляризует и повреждает датчик.Поляризация датчика может привести к ошибочным показаниям даже после удаления из контура заземления. Поляризация может со временем рассеяться, чтобы вернуться к более нормальному отклику, хотя из-за этого может потребоваться повторная калибровка. Со временем наличие контура заземления, в котором установлен датчик, полностью нарушит отзывчивость датчика и приведет к преждевременному выходу из строя. Эта ситуация требует немедленных корректирующих действий.

Что дальше?

  • Намного проще избежать контуров заземления во время установки и планирования проекта, чем диагностировать и устранять их в полевых условиях после установки.

  • Часто не одно и то же заземление и часто разделено расстоянием

  • Не всегда только в контуре 4-20 мА

  • Учитывайте неизолированный RS-485 сигнальных проводов

  • Считайте неизолированный мощность / выходная мощность на входе заземление

  • Потенциалы заземления НЕ равны

  • RGND, вызванные несколькими факторами, такими как:

Итак, если вы не можете устранить условия для контуров заземления, каков ваш следующий шаг? Вы можете использовать изоляторы сигналов.Эти устройства прерывают гальванический путь (непрерывность постоянного тока) между всеми заземлениями, позволяя аналоговому сигналу распространяться по контуру. Изолятор также может устранить электрические помехи при непрерывности переменного тока (синфазное напряжение). Есть несколько способов сделать это, но независимо от выбранного вами метода изоляции изолятор должен обеспечивать изоляцию входа, выхода и питания. Если у вас нет этой трехсторонней развязки, может возникнуть дополнительный контур заземления между источником питания изолятора и входным и / или выходным сигналом процесса.

Остановка контуров заземления в будущем

Чтобы свести к минимуму опасность введения этих контуров в сложную сеть, следует использовать специальную шину заземления измерительной системы и подключать заземление от общего сигнала, заземления шкафа и заземления источника переменного тока КИП. к нему. Автобус привязан к земле через строительную площадку и решетку растительного грунта. Но это может быть намного сложнее, чем кажется. Например, у вас редко будет только один цикл инструментовки.Фактически, у вас могут быть сотни или даже тысячи. Многие из них упакованы вместе в шкафах для измерительных систем, предоставляемых поставщиком. Как правило, они содержат общую шину сигнала постоянного тока и общую шину источника питания. Производитель обычно связывает эти шины вместе в шкафах на главной шине заземления. Заземление шкафа — это защитное заземление, которое защищает оборудование и персонал от случайного поражения электрическим током. Он также обеспечивает прямую линию отвода статических зарядов или электромагнитных помех (EMI), которые могут повлиять на шкафы.Это заземление шкафа остается отделенным от заземления сигнала постоянного тока до тех пор, пока оно не будет подключено к главной шине заземления.

Заземление переменного тока — это одноточечное заземление системы питания переменного тока. Это заземление подключается к заземлению на главном изолирующем трансформаторе переменного тока. Он также заканчивается в одной точке сети заземления предприятия (обычно это заземляющий электрод).

По всем вопросам, связанным с экстремальным анализом жидкостей, обращайтесь к нам по телефону

Скачать

Контурная цепь заземления.Как измерить сопротивление контура заземления

Заземление — это намеренное соединение частей и компонентов электрического оборудования, которые в нормальном состоянии не находятся под напряжением, с электродом, установленным в земле. Следует обозначать такое понятие как устойчивость к растеканию.

При замыкании на землю по мере увеличения расстояния от электрода потенциал будет падать и, в конце концов, станет равным нулю. Таким образом, сопротивление растекания заземления — это параметр, характеризующий сопротивление земли в месте установки электрода.Понятие устойчивости к растеканию особенно актуально в сетях выше 1000 В.

Заземление необходимо для предотвращения воздействия электрического тока на человека в случае его появления там, где его не должно быть при нормальных условиях. При прикосновении к корпусу устройства под напряжением ток, протекающий по телу человека, может быть смертельным.

Необходимость уменьшения разности потенциалов и за счет использования защитного заземления. Кроме того, замыкание на землю приводит к увеличению силы тока и, как следствие, к предохранительным устройствам.Нормы сопротивления защитного заземления регламентируются ПУЭ, а также документом «Правила и нормы испытаний электрооборудования».

Конструкция заземления.

Заземление — комплекс технических устройств защитного типа в составе:

  1. Заземляющий провод — один или несколько вертикальных проводов (стержней), имеющих электрический контакт с землей и соединенных между собой.
  2. Заземляющий провод (путь для тока короткого замыкания), соединяющий заземляемый объект и заземляющий провод.


Паспорт составляется на каждую землю. В паспорте указана схема заземляющего устройства (длина и расположение контурных электродов), тип, удельное сопротивление грунта, а также результаты измерения сопротивления заземления. Обязательным приложением к паспорту является справка о скрытой работе. Этот акт необходим в связи с тем, что большая часть заземляющего устройства находится под землей и данный акт представляет собой схему расположения элементов заземляющего устройства.В случае отсутствия паспорта на землю, эксплуатация объекта запрещена .

Способ измерения сопротивления защитного заземления.

Для проверки сопротивления заземления используется метод амперметра-вольтметра, заключающийся в том, что измеряемый ток протекает через измеренное сопротивление и одновременно измеряется падение напряжения. Разделив текущее значение на падение напряжения, мы получим значение сопротивления. В принципе, понятие измерения сопротивления земли относится к измерению сопротивления растеканию.Правила и нормы испытаний электрооборудования устанавливают минимальное сопротивление заземления, рассчитанное с точки зрения безопасности. Стандарты различаются в зависимости от типа электроустановок (глухая или изолированная нейтраль). Используемый класс напряжения также влияет на величину сопротивления.

Приборы для измерения заземления.

Бытовой тестер нельзя использовать для такого теста, так как он не может генерировать достаточно высокое напряжение. Для измерений оба прибора, которые выпускаются давно (МС-08, М-416 и др.)) и новые средства измерения, выполненные на современной электронной основе и характеризующиеся низким потреблением тока от источника питания. В настоящее время измерение защитного заземления также можно производить с помощью цифрового мультиметра или специального тестера.

Порядок измерения заземления (сопротивления растекающемуся заземлению).

В дополнение к прибору необходимо иметь два электрода (ток и потенциал) с проводами достаточной длины, в качестве образца для проведения испытания можно предложить отрезок гладких фитингов или трубы круглого сечения.
В зависимости от сложности конструкции заземления измерение сопротивления проводится по двум разным схемам:

  1. Простое (одинарное) заземление.
    Используется «линейная» схема подключения электродов. Потенциальный электрод устанавливают на расстоянии не менее 20 м от заземляющего проводника, а токовый электрод — не менее 10–12 м от потенциального электрода.
  2. Сложное заземление.
    Используется при простой схеме. Не применима в связи с тем, что при расчетах сопротивления земли она не будет соответствовать минимально допустимым нормам.Он состоит из нескольких вертикальных стержней, вбитых в землю, электрически связанных между собой (электросваркой для уменьшения переходного сопротивления). Такое устройство называется контуром заземления. В этом случае необходимо определить наибольшее расстояние (диагональ) заземления цепи защиты. Потенциальный электрод необходимо вести на расстоянии, равном пяти диагоналям от точки подключения заземляющего проводника. Токовый зонд засорен не менее чем на 20 м. От потенциала. Измерительный прибор должен располагаться как можно ближе к клемме заземления.

Порядок замера.

Поскольку в настоящее время наиболее распространенным инструментом для измерения является измеритель сопротивления заземления М-416, в будущем этот измеритель будет рассматриваться как образец. Это устройство относится к системе, в которой принцип измерения основан на методе компенсации.
Запрещается использовать для поверки приборы, не имеющие действующей отметки поверки, результаты которой необходимо занести в паспорт средства измерений.

  1. Проверить наличие батарей в батарейном отсеке, убедившись, что их напряжение в пределах нормы;
  2. Откалибруйте прибор, установив переключатель диапазона на 5 Ом (контроль), и установите указатель как можно ближе к нулевой отметке с помощью ручки. При этом на шкале должны быть показания 5 Ом;
  3. Отсоединить цепь от заземляющего провода;
  4. Подключите прибор к соответствующим электродам;
  5. Тщательно очистив выход измеряемого заземлителя (чтобы исключить влияние переходного сопротивления на конечный результат), подсоедините к нему устройство.

Примечание: В зависимости от запланированных показателей сопротивления заземления, измерение прибора необходимо подключать по двух- или четырехпроводной схеме. Первый применяется, если расчетное сопротивление превышает 5 Ом, а второй — для измерения более низких значений (это разделяет пути протекания тока и измерения разности потенциалов, чтобы исключить влияние сопротивления подключенных проводов во время измерения. ). В этом случае подключение к заземлению осуществляется двумя проводниками.В паспорте устройства есть наглядные чертежи, которые позволят без ошибок производить соединения.

  1. Установите переключатель диапазонов в положение, соответствующее максимальной чувствительности (X1), нажав кнопку «Измерение»; установите курсор на ноль с помощью ручки. В этом случае желаемый результат проверки сопротивления заземляющего провода отразится на шкале рейхорда. Если стрелка не установлена ​​на ноль, необходимо выбрать другой диапазон с помощью переключателя и умножить показания рейки на соответствующий коэффициент.

Примечание : Если измерение проводится тестером или мультиметром, необходимость в выборе множителя отпадает — в этих приборах есть функция автоматического выбора предела шкалы.
ВАЖНО! После измерения, если сопротивление заземления находится в пределах нормы, необходимо повторно подсоединить заземляющий провод к заземляющему проводу!

Оформление результатов измерений (протокол).

После завершения измерения необходимо оформить протокол результата измерения.Протокол — это бланк определенной формы, в котором отражено наименование объекта, установка заземляющих стержней и их подключения (для этого потребуется паспорт объекта и акт на скрытые работы). Также протокол должен отражать схему контура заземления и метод, с помощью которого проводились измерения. В протоколе обязательно должна быть графа, в которой указывается устройство или тестер (его тип, серийный номер и т. Д.), Которые тестировались. Результаты, полученные при измерении, заносятся в паспорт заземляющего устройства.
Отдельно представлен протокол испытаний на переходное сопротивление. Переходное сопротивление (также называемое металлическим соединением) — это потеря потенциала на пути тока, связанная со сваркой, болтовым соединением и другими соединениями всего контура заземления. Этот тест проводится специальным тестером — микрометром.

ВАЖНО! Только испытательная лаборатория, аккредитованная в системе органов стандартизации, может проводить испытания и выдавать протокол измерения сопротивления заземления.
После завершения измерения составляется соответствующий акт, и заземляющее устройство считается годным к эксплуатации.

Установка заземления — еще один фактор, повышающий безопасность вашего дома или других помещений. Обустройство данной конструкции обычно осуществляется не только с помощью специальных организаций и опытных сотрудников, но и своими руками. Для написания почерка необходимы лишь знания навыков работы и обращения с электрическими сетями.После постройки этого устройства вам нужно будет измерить сопротивление заземляющего устройства, часто тут и возникают трудности.

Важно! Измерение сопротивления заземления требуется только после капитального ремонта, технического обслуживания или первоначальной конструкции.

Чтобы не упустить важные моменты, стоит провести точный замер. Для этого вам потребуется создать искусственную электрическую сеть, по которой будет протекать напряжение.После, возле контура заземления, который будет подвергнут эксперименту, нужно разместить вспомогательное заземляющее устройство. Чаще его называют токовым электродом, он подключается к напряжению так же, как и основное заземление. Также в зоне нулевого потенциала стоит расположить потенциальный электрод, с помощью которого можно будет измерить падение напряжения в сети.

Обратите внимание, что вы сможете получить высокоточные и надежные результаты только при оптимальных погодных условиях, а также во время максимального удельного сопротивления грунта.Более эффективен метод измерения, основанный на нескольких полюсах.

Действовать строго в соответствии со следующими правилами:

  • поместите потенциальный зонд между заземляющим устройством и вспомогательным электродом;
  • постарайтесь учесть глубину прокладки заземления, так как расстояние от земли, которое проверяется, до вспомогательного электрода должно быть в пять раз больше глубины;
  • , если необходимо измерить сопротивление системы заземления, в этих случаях оттолкните от диагонали наибольшей длины.

Важно! Иногда необходимо провести дополнительные мероприятия по измерению сопротивления заземления. Такой вариант характерен для сложных подземных коммуникаций.

Цепь защитного заземления


Помимо всех проведенных манипуляций рекомендуется замерить сопротивление изоляции.

Методы и инструкции по измерению сопротивления заземляющих устройств

Ответы на вопрос как измерить сопротивление заземления , может оказаться самым неожиданным и многочисленным.Из нашей статьи вы узнаете не только о правильности выполнения операции, но и несколько важных рекомендаций.

Изначально, как и во всех проверках в сфере электроэнергетики, проводятся подготовительные этапы. К ним относятся: визуальный осмотр целостности устройств, связанных с заземлением, прочности сварных швов, если они на месте, удаленности от помещения, наличия всех крепежных элементов; и самое главное подтвердить отсутствие утечек тока из автобуса.

Для тестирования дома обычно используется измеритель сопротивления заземления; Рассмотрим этот этап на примере прибора M416.

Внимание! Значения, полученные в процессе измерения, должны соответствовать стандартам OES.

Важно! Для дополнительного заземления и щупа можно использовать гладкие стержни диаметром 5 мм.

Во время движения используйте только плавные удары, это уменьшит сопротивление между основным и вспомогательным заземлением. Продолжаем наши инструкции.

Этот эксперимент показывает, что сопротивление заземляющего устройства равно 1,8, поэтому мы умножаем это число на единицу, и получаем сопротивление 1,8 Ом.В результате необходимо зафиксировать данные в специальном акте.

Внимание! Для работы с устройством обязательно потребуется специальная одежда и резиновые перчатки.

Как измерить сопротивление контура заземления мультиметром?

Сразу хочу заверить, что использование даже самого многофункционального мультиметра не предназначено для таких масштабных проверок, как наземное измерение .

Однако для выполнения домашних заданий и использования стандартных методов измерения, подтвержденных нормативными актами, прибор остается полезным.

Калибровка и поиск неисправностей выполняются в обычном режиме перед работой. Сюда же входит и проверка заряда аккумулятора. Важно учитывать, что слишком низкий уровень питания приведет к увеличению погрешностей шкалы. Для изучения всех деталей расчета сопротивления заземляющего устройства прилагаем схему.

Цель измерения


Схема расчета сопротивления заземляющего устройства

Измерение сопротивления заземляющего устройства обычно выполняется в первую очередь из соображений безопасности.Известно много случаев, когда даже при наличии рабочего заземления человека ударило током.

Кроме того, ценность исследования показывает возможность возникновения пожара, и, конечно же, испытание на сопротивление доказывает, соответствует ли конструкция стандартам и стандартам EMP.

Важно! Измерение сопротивления защитного и рабочего заземления следует проводить с учетом факторов окружающей среды.

Рабочая и безопасная площадка

Каждый вид почвы является отличным проводником электрического тока.Заземляющее устройство, которое обычно устанавливается на определенной глубине земли, избавляет человека от неблагоприятных воздействий электросистемы домашнего обслуживания.

Этот вид измерения обязательно проводится комплексным методом; следовательно, одних только навыков для этого будет недостаточно, следовательно, требуется привлечение профессиональной рабочей силы. Рассмотрим, какие бывают оба типа заземления.


Схема устройства заземляющих устройств

Чем лучше рассчитать сопротивление заземления? Технические характеристики устройства

Каждый уважающий себя хозяин заботится о безопасности в собственном доме, и для ее полного обеспечения необходимо также защитить все электрооборудование.Для этого, как известно, сооружается заземляющее устройство; однако он требует регулярных проверок, рассмотрите устройство, которое хорошо справляется с этой задачей.

Fluke 1625-2 GEO — счетчик нового поколения, предназначенный для домашнего и промышленного использования. Преимущество этого устройства — возможность хранить данные и передавать их на компьютер. Также прибор может рассчитывать сопротивление заземления, используя только зажимы. Преимущество — возможность работать без дополнительной установки электродов.

Светильник будет работать без ошибок при наличии полной системы заземления. Если в вашем доме есть заземление, созданное из одной цепи, беспроводной метод не будет работать в качестве измерителя.

Здравствуйте, уважаемые читатели и посетители сайта «Записки электрика».

Сегодня я расскажу, как измерить сопротивление земли или точнее заземляющего устройства (памяти).

В прошлой статье я подробно рассказал вам о примере жилого дома.

Итак, после окончания монтажных работ необходимо проверить качество выполнения этих работ. Доказательством этого является измерение, которое не должно быть больше значений, указанных в нормативно-технической литературе: ПТЭЭП (п. 26.4, табл. 35 и табл. 36) и ПУЭ (п. 1.7.101 и гл. 1.8, п. табл. 1.8. 38).

Но как измерить его сопротивление? Читай ниже.

Подготовка к работе

Перед началом работ по измерению сопротивления заземляющего устройства, по мере возможности и доступности, необходимо осмотреть его видимую часть, не вскрывая землю.При осмотре оценивается состояние контактных швов, наличие антикоррозийного покрытия и отсутствие разрывов.


Качество сварных швов проверяют молотком, ослабление болтовых соединений проверяют гаечными ключами.

Также при осмотре необходимо убедиться, что установка заземляющего устройства, сечение заземляющего и заземляющего проводов, а также правильное подключение заземляющего проводника и проводов к нему соответствуют конструкции и требованиям ПУЭ.


Ознакомьтесь с информацией о i. как перейти от системы заземления TN-C к системе заземления TN-C-S.


Ознакомление с устройством M416 и его техническими характеристиками

Если визуальный осмотр не выявил замечаний и нарушений, можно переходить к измерению. Для этого в «приборном парке» имеется переносной электроизмерительный прибор М416, внесенный в Государственный реестр средств измерений РФ под номером 2746-71.Межповерочный интервал (MPI) — 1 год.


Это устройство используется для измерения сопротивления заземления, удельного сопротивления почвы и активного сопротивления. Принцип его действия основан на компенсационном методе измерения с использованием вспомогательного заземляющего и потенциального электрода (зонда).

Технические характеристики Счетчик М416:

  • предел измерения от 0,1 до 1000 (Ом)
  • рабочая температура от -25 ° C до + 60 ° C
  • вес около 3 (кг)
  • габаритные размеры 245x140x160 (мм)
  • устройство питается от 3-х аккумуляторов типоразмера D (R20 или 373) с напряжением 1.5 (В)

У меня даже есть «родная» копия аккумулятора под названием «Элемент» 1984 года выпуска.


С помощью комплекта батареек можно сделать не менее 1000 измерений.

Вот лицевая панель измерителя М416, на которой расположены:

  • переключатель диапазона измерения
  • ручка reichord
  • кнопка включения
  • пины (1-2-3-4) для подключения соединительных проводов
  • масштаб


Корпус прибора M416 выполнен из пластика.Устройство имеет откидную крышку и специальный ремень для переноски.

Для измерения сопротивления памяти можно использовать и другие, более современные приборы, но, к сожалению, в нашей электролаборатории их пока нет. Как только появится что-то новое, сразу напишу об этом обзорную статью — подписывайтесь на новости сайта, чтобы не пропустить интересное.

Когда нужно измерять сопротивление заземляющего устройства?

Для получения надежных показаний при измерении сопротивления заземления их необходимо проводить в период наибольшего высыхания (летом в сухую погоду) или промерзания почвы (зимой), т.е.е. с наибольшим удельным сопротивлением грунта (ПТЭЭП, п.2.7.13).

Если измерение проводилось в других погодных условиях, то к полученному результату следует добавить коэффициент сезонной поправки Kc. Об этом я расскажу в отдельной статье — подписывайтесь на новости сайта, чтобы не пропустить выход новых статей.

Работа

Порядок проведения работ по измерению сопротивления заземляющего устройства (зарядного устройства) измерителем М416.

1. Проверяем наличие, а в случае отсутствия устанавливаем комплект батарей 3х1,5 (В), соблюдая полярность. Силовой отсек расположен внизу устройства.


2. Установите прибор M416 на ровную поверхность строго в горизонтальном положении.

3. Калибруем прибор. Для этого переключатель диапазонов должен быть установлен в положение «Control 5Ω». Затем нажмите красную кнопку и, повернув ручку рейхорда, установите указатель инструмента на ноль.Шкала должна показывать 5 ± 0,3 (Ом). Если да, то продолжите измерение, если нет, то перепроверьте заряд и полярность аккумуляторов. Если с ними все нормально, то отдаем устройство в ремонт.

4. Чтобы уменьшить влияние сопротивления соединительных проводов между клеммами (1), (2) и Rx на результат измерения, прибор следует располагать как можно ближе к измеряемому заземляющему проводнику.

5. Выберите нужную схему подключения устройства.

Для грубых измерений сопротивления памяти или относительно больших сопротивлений (более 5 Ом) контакты (1) и (2) соединяются перемычкой. При этом счетчик М416 подключается по трехконтактной схеме. В этой схеме результат измерения включает сопротивление подключенного провода между Rx и выходом (1).


Если необходимо более точно измерить сопротивление заземлителя (зарядное устройство менее 5 Ом), то воспользуйтесь четырехконтактной схемой подключения прибора, сняв перемычку между выводами (1) и (2).Такая схема исключает погрешность соединительных проводов и контактных соединений.


  • Rx — измеренное сопротивление заземляющего устройства
  • Rз — зонд (потенциальный электрод)
  • Rv — дополнительное заземление

В качестве подсказки на крышке прибора показана четырехконтактная схема подключения.


Для заземления, выполненного в виде сложных цепей с расширенными периметрами, используются аналогичные схемы подключения счетчика М416, только между Rx и Rz должно быть расстояние не менее 5-кратного расстояния между двумя самыми удаленными заземлителями плюс 20 (м).



Вот пример сложного контура заземления (обозначен зеленой пунктирной линией на схеме) одного из торговых центров, где мы проводили измерения.


6. Стержни зонда и вспомогательного заземления необходимо вбить в плотный не насыпной грунт на глубину не менее 0,5 (м).

Расстояние между стержнями показано на диаграммах выше.


В качестве Rz и Rv можно использовать металлические стержни или трубы диаметром не менее 5 (мм).

Чтобы избежать значительного переходного сопротивления между заземляющими и забитыми стержнями, их необходимо забивать прямыми ударами без раскачивания. Для этого придется «потрудиться» с помощью такой кувалды.


В качестве соединительных проводов можно использовать медные провода сечением не менее 1,5 кв. Мм.

7. Место соединения проводов к заземлителю необходимо очистить от краски, например, напильником.


К этому же файлу с другой стороны подключен медный провод 2.5 кв. Мм, т.е. файл также является щупом для подключения заземлителя с выводом (1) с трехконтактной схемой подключения устройства M416.


8. Выбрав схему и подключив прибор, приступайте к измерению. Переключите диапазоны измерения, установленные на «x1» (умножение на единицу). Нажмите на красную кнопку и, повернув ручку рейхорда, установите стрелку инструмента на ноль.

Если сопротивление заземлителя больше 10 (Ом), то переключатель диапазонов должен быть установлен в положение «x5», «x20» или «x100».

9. Результат находится путем умножения показаний шкалы реохордов на установленное положение переключателя диапазонов «x1», «x5», «x20» или «x100».

В нашем примере переключатель устройства M416 установлен в положение «x1», что означает, что полученное значение 1,9 необходимо умножить на 1, т.е. измеренное сопротивление заземления составляет 1,9 (Ом).


10. После завершения работы занести данные в протокол соответствующей формы.

Частота измерения

Периодичность проверки сопротивления заземлителя или контура заземления производится согласно утвержденному графику предприятия, а также после ремонта или реконструкции. Подробнее об этом вы можете прочитать в нормативной и технической литературе PTEEP (п.2.7.8. — 2.7.15).

Каким прибором вы измеряете сопротивление заземления? Хотелось бы услышать реальные отзывы, потому что в ближайшем будущем планирую модернизировать M416 до чего-то более современного.

П.С. Если у вас нет возможности произвести замеры самостоятельно, воспользуйтесь услугами электролаборатории.

Измерение сопротивления заземления должно быть выполнено, чтобы убедиться, что оно соответствует требованиям EIR (правила для электроустановок) гл. 1.8., А также ПТЭЭП пр. 3,3.1. Измерения, проводимые в электроустановке с глухозаземленной нейтралью (напряжение которой ниже 1000 В), должны соответствовать следующим стандартам.Независимо от того, зимой или летом значение не должно превышать отметку 8, 4 и 2 Ом при 220, 380, 660 В (для источников с трехфазным током) соответственно или 127, 220 и 380 В для источников. с однофазным током. Для электроустановок с изолированной нейтралью (напряжение ниже 1000 В) сопротивление цепи заземления должно соответствовать п. 1.7.104 ПУЭ и рассчитывается по формуле Rз * Iз.

Обзор техники

Для проведения измерительных работ необходимо искусственно собрать электрическую цепь, в которой ток протекает через испытательное заземление и токовый электрод (он также называется вспомогательным).Также в этой схеме используется потенциальный электрод, предназначенный для измерения падения напряжения при протекании электрического тока по заземляющему проводнику. Потенциальный электрод следует размещать на одинаковом расстоянии от токового электрода и испытательного заземлителя в зоне с нулевым потенциалом.

Для измерения сопротивления методом амперметра-вольтметра необходимо использовать закон Ома. Итак, по формуле R = U / I находим сопротивление контура заземления. Этот метод хорошо подходит для измерений в частном доме.Чтобы получить желаемый измерительный ток, можно использовать сварочный трансформатор. Подойдут и другие типы трансформаторов, вторичная обмотка которых электрически не связана с первичной.

Использование специальных устройств

Сразу отметим, что даже для измерений в домашних условиях многофункциональный мультиметр не очень подходит. Для измерения сопротивления контура заземления своими руками с помощью аналоговых приборов:

  • МС-08;
  • М-416;
  • AES 2016;
  • F4103-M1.

Рассмотрим, как измерить сопротивление прибором М-416. Для начала нужно убедиться, что в устройстве есть питание. Проверить батарейки. Если их нет, нужно взять 3 батареи с напряжением 1,5 В. В итоге у нас получится 4,5 В. Готовый к работе прибор необходимо поставить на ровную горизонтальную поверхность. Далее калибруем прибор. Установите его в положение «контроль» и, удерживая красную кнопку, установите стрелку на значение «ноль». Для измерения будем использовать трехзажимную схему.Вспомогательный электрод и сердечник зонда следует вогнать в землю не менее чем на полметра. Подключаем к ним приборные провода по схеме.



Переключатель на устройстве установлен в одно из положений «X1». Удерживая кнопку, крутите ручку до тех пор, пока стрелка на циферблате не станет равной отметке «ноль». Результат необходимо умножить на ранее выбранный множитель. Это будет желаемое значение.

На видео наглядно показано, как измерить сопротивление заземления устройства:

Также можно использовать более современные цифровые устройства, которые значительно упрощают измерения, делают их более точными и позволяют сохранять самые свежие результаты измерений.Например, это устройства серии MRU — MRU200, MRU120, MRU105 и др.

Токовые клещи

Сопротивление контура заземления можно также измерить с помощью токовых клещей. Их преимущество в том, что нет необходимости отключать заземлитель и использовать вспомогательные электроды. Таким образом, они позволяют быстро контролировать заземление. Рассмотрим принцип действия токовых клещей. Переменный ток течет через заземляющий провод (который в данном случае является вторичной обмоткой).первичная обмотка трансформатора, которая находится в измерительной головке зажима. Для расчета сопротивления необходимо значение ЭДС вторичной обмотки разделить на ток, измеряемый клещами.

В домашних условиях можно использовать токовые клещи C.A. 6412, C.A. 6415 и К.А. 6410. Подробнее о возможностях читайте в нашей статье!

Какая частота измерения?

Визуальный осмотр, замер и при необходимости частичную выемку грунта следует проводить по графику, установленному на предприятии, но не реже одного раза в 12 лет.Получается, когда проводить замеры заземления — решать вам. Если вы живете в частном доме, то вся ответственность ложится на вас, но пренебрегать проверкой и измерением сопротивления не рекомендуется, так как от этого напрямую зависит ваша безопасность при использовании электрооборудования.


При работе необходимо понимать, что в засушливую летнюю погоду можно добиться наиболее реалистичных результатов измерений, так как почва сухая и приборы дадут наиболее правдивые значения сопротивлений заземления.Напротив, если измерения будут проводиться осенью или весной в сырую влажную погоду, результаты будут несколько искажены, так как мокрая земля сильно влияет на протекание тока, что, в свою очередь, дает большую проводимость.

Если вы хотите произвести замеры защитного и рабочего заземления специалистами, то вам необходимо обратиться в специальную электротехническую лабораторию. По окончании работ вам выдадут протокол измерения сопротивления земли. На нем отображается место работы, цель заземления, коэффициент сезонной поправки, а также на каком расстоянии друг от друга находятся электроды.Ниже приведен образец протокола:


В этой статье я хочу затронуть тему.

После того, как была смонтирована цепь заземления, необходимо проверить качество выполненных работ. Для этого измерить сопротивление заземления, оно должно соответствовать требованиям нормативно-технических документов.

Давайте немного вспомним о самом заземлении.

Защитное заземление называется устройством, предназначенным для обеспечения безопасности от поражения электрическим током, при котором обычно неточные металлические электрические компоненты или части оборудования намеренно заземляются.

Принцип заземления — снижает напряжение между металлическим корпусом электрооборудования, находящегося под напряжением, и массой до безопасного значения.
Заземляющие устройства после всех монтажных работ проверяются не реже одного раза в год в соответствии с программой «Правила электромонтажа». Эта программа измеряет сопротивление заземляющего устройства.

Устройство сопротивления заземления называется общим сопротивлением, которое складывается из сопротивления растеканию заземляющего проводника и сопротивления заземляющих проводов.

Заземление Сопротивление, к которому подключаются нейтрали генераторов или трансформаторов или выводы однофазных источников тока, в любое время года должно быть не более 2, 4, 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 Ом. В трехфазного источника тока или однофазного источника напряжением 380, 220 и 127 В.

Измерения сопротивления контура заземляющего устройства производятся заземлителями М416 или F4103-М1.

Описание измерителя земли М416

Измеритель заземления M416 предназначен для измерения активного сопротивления, а также может использоваться для определения удельного сопротивления почвы (ρ).Диапазон измерения прибора от 0,1 до 1000 Ом. Устройство M416 имеет четыре диапазона измерения: 0,1 … 10 Ом, 0,5 … 50 Ом, 2,0 … 200 Ом, 100 … 1000 Ом. Источником питания счетчика являются три последовательно соединенных гальванических элемента сухого типа напряжением 1,5 В.

Измеритель сопротивления заземления F4103-M1

Измеритель сопротивления заземления Ф4103-М1 предназначен для измерения сопротивления заземляющих устройств, удельного сопротивления грунтов и активных сопротивлений, как с помехами, так и без них, с диапазоном измерения от 0 до 0.От 3 Ом до 0-15 кОм (10 диапазонов).
Устройство F4103 безопасно.
При эксплуатации устройства F4103-M1 в сетях с напряжением выше 36 В необходимо соблюдать требования безопасности, установленные для таких электрических сетей. Класс точности измерительного прибора F4103 — 2,5 и 4 (в зависимости от диапазона измерения).
Блок питания — элемент (R20, RL20) 9 шт. Частота рабочего тока — 265-310 Гц. Установление рабочего режима — не более 10 секунд.Время установления в положении «IZM I» не более 6 секунд, а в положении «IZMII» — не более 30 секунд. Продолжительность непрерывной работы не ограничена. Средняя наработка на отказ 7250 часов. Средний срок оказания услуг — 10 лет. Условия эксплуатации — от минус 25 ° С до плюс 55 ° С. Габаритные размеры, мм — 305х125х155. Масса, кг, не более — 2,2.

Перед проведением измерений F4103 должен по возможности уменьшить количество факторов, вызывающих дополнительную погрешность, например, установить измеритель почти горизонтально, вдали от сильных электрических полей, использовать блоки питания 12 ± 0.25В, учитывать индуктивную составляющую только для цепей, сопротивление которых меньше 0,5 Ом, определять наличие помех и так далее. Помехи переменным током стрелки обнаруживаются качелями при повороте ручки PDST в режим «IZMI». Помехи импульсного (скачкообразного) характера и высокочастотные помехи обнаруживаются по постоянным непериодическим колебаниям стрелки.

[PDF] ЗАЗЕМЛЕНИЕ ПОДСТАНЦИИ. Проект. Представлено на факультет кафедры электротехники и электронной техники

1 ЗАЗЕМЛЕНИЕ ПОДСТАНЦИИ Проект представлен на факультете кафедры электротехники и электроники Cal…

ЗАЗЕМЛЕНИЕ ПОДСТАНЦИИ

A Проект

Представлен преподавателям кафедры электротехники и электроники Калифорнийского государственного университета, Сакраменто

Представлен как частичное удовлетворение требований к степени

МАСТЕР НАУКИ

в

Электротехника и электроника Инжиниринг

Инна Балева ВЕСНА 2012

© 2012 Инна Балева ВСЕ ПРАВА ЗАЩИЩЕНЫ ii

ЗАЗЕМЛЕНИЕ ПОДСТАНЦИИ

Проект

по

Инна Балева

Утверждено:

G

Председатель комитета Салах Юсиф

____________________________ Дата iii

Студент: Инна Балева

Я подтверждаю, что этот студент соответствует требованиям к формату, изложенным в руководстве по формату Университета, и что этот проект подходит для хранения в библиотеке и d кредит будет присужден для проекта.

__________________________, Старший координатор Туран Гонен

Кафедра электротехники и электроники

iv

___________________ Дата

Резюме ЗАЗЕМЛЕНИЯ ПОДСТАНЦИИ, Инна Балева

Постановка задачи Проектирование надлежащей системы заземления подстанции является довольно сложной задачей. На его дизайн влияют многие параметры. Чтобы конструкция заземления была безопасной, она должна обеспечивать возможность передачи электрического тока в землю как в нормальных, так и в аварийных условиях.Кроме того, он должен гарантировать, что находящийся поблизости человек не подвергнется опасности.

Будет исследована заземляющая часть проекта подстанции. Чтобы правильно спланировать и спроектировать заземляющую сеть, будут выполнены расчеты следующего: максимальный ток короткого замыкания, сопротивление сети, ток сети, безопасное прикосновение и напряжение шага, повышение потенциала земли, а также ожидаемые уровни напряжения прикосновения и шага. Будут предоставлены справочная информация и рекомендации по проектированию сети заземления подстанции.Будет представлен набор уравнений для расчета безопасности конструкции, и, наконец, будет предоставлен пример, который можно использовать в качестве шаблона.

v

Источники данных IEEE Std. 80-2000

Сделанные выводы Была спроектирована безопасная сеть заземления подстанции.

_______________________, председатель комитета Туран Гонен

_______________________ Дата vi

СОДЕРЖАНИЕ Стр. Список таблиц ………………………. ……………………………………………………………. ………… ix Список рисунков ……………………………. ………………………………………….. ……………………… x Глава 1. ВВЕДЕНИЕ ………. …………………… ………………………………… .. 1 2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ………………………… ………………………………………….. ……. 3 2.1 Обзор заземления подстанции ……………………………….. ……………………… 3 2.2 Допустимый ток через тело человека во время повреждения…………….. 4 2.3 Общие шоковые ситуации ……………………….. ……………………………………… 4 2.4 Конструкция Система заземления подстанции ……………………………………….. … 5 2.5 Подключение к сети ……………………………………. ……………………………………… 6 2.6 Выбор материала. ………………………………………….. ……………………………… 8 2.7 Характеристики почвы ………. ……………………………………………………………….. .9 2.8 Материал защитной поверхности …………………………………….. ……………………… 10 2.9 Измерения удельного сопротивления грунта ……………… ………………………………………… 12 2,9 .1 Четырехконтактный метод Веннера ……………………………………. ………… 12 2.9.2 Четырехконтактная схема Schlumberger-Palmer ……………………… 14 2.10 Сопротивление заземления ………………………………………. ……………………………… 14 2.11 Процедуры проектирования системы заземления ………. ……………………………. 15 2.12 Изменения конструкции ………… ………………………………………….. ……………. 17 2.13 Устройство системы заземления ……………………… ……………………… 18 2.13.1 Метод строительства наземной сети — траншея …………. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 19 2.14 Компьютерное проектирование …………. ………………………………………….. ………. 21 2.15 Особые опасные точки …………………………….. …………………………………… 21 2.15.1 Заземление ограждения подстанции. ………………………………………….. .21 vii

2.15.2 Рукоятки управления …………………………………. ……………………… 22 2.15.3 Заземление ограничителя перенапряжения ……………. …………………………………. 23 2.15.4 Заземление оболочки кабеля управления ……… ……………………………… 23 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ …….. ………………………………………….. ………… 24 3.1 Введение …………………………….. ………………………………………….. ………. 24 3.2 Допустимые пределы тока тела ……………………………. ………………………….. 24 3.3 Эквиваленты цепей для обычных ударных ситуаций ……………………………. 27 3.3.1 Сопротивление человеческого тела ……………. ……………………………. 27 3.3.2 Напряжение прикосновения и шага …….. ………………………………………….. …. 27 3.4 Добавление поверхностного слоя …………………………………. ………………………….. 31 3.5 Допустимый шаг и напряжение прикосновения ……….. ………………………………………… 32 3,6 Размер проводника ………………………………………… ……………………………….. 34 3.7 Асимметричные токи …………………….. ………………………………………….. .37 3.8 Измерения удельного сопротивления грунта …………………………………….. …………………. 37 3.9 Сопротивление заземления …………………… ………………………………………….. ………. 39 3.10 Максимальный сетевой ток …………………………….. ………………………………… 40 3.11 Токи повреждения ……. …………………………………………………………………….. … 41 3.12 Повышение потенциала земли (GPR) ………………………………… ……………………… 42 3.13 Вычисление максимальных ступенчатых и ячеистых напряжений …………… …………………. 43 3.13.1 Напряжение сети (Эм) ………………. ………………………………………… 43 3,13 .2 Шаг напряжения (Es) ……………………………………. ……………………… 46 4. ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ……………. ………………………….. 48 4.1 Введение …………………….. ………………………………………….. ………………. 48 4.2 Первоначальный проект ……………………… ………………………………………….. ……………. 49 4.3 Проектирование с использованием плакированной медью стали …………………….. ……………………………… 59 5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………. ………………………………………….. ……………………………………. 61 Приложение ….. ……………………………………………………… ……………………………………….. 62 Список литературы. ………………………………………….. ………………………………………….. ………….. 64 viii

СПИСОК ТАБЛИЦ Таблицы

Страница

1.

Базовый диапазон удельного сопротивления почвы ………….. ………. ……………………………… .10

2.

Типичное удельное сопротивление материала поверхности ……………. ……………………………. 11

3.

Материальные константы ………………… …………. …………………………………. 35

4.

Константы материалов ………………………………….. ……… …………………………. 36

5.

Типичные значения Df ………………………………… …….. …………………………. 38

6.

Сводка данных удельного сопротивления почвы …………………………. …………………… ……. 49

7.

Свойства проводника ………………………………………. …………………………. 63

ix

СПИСОК ЦИФР Рисунков

Страница

1.

Основные ударные ситуации ………………………. ………. ………………………………. 7

2.

Четырехконтактный метод Веннера ………………………….. ……………… ……………. 13

3.

Четырехконтактная схема Schlumberger-Palmer ……………………………… …………. 14

4.

Блок-схема процедуры проектирования ……………………………………………………….. .. 20

5.

Течение тела в зависимости от времени ……………………………… …………………………………………. 26

6.

Воздействие напряжения прикосновения …………………………………. ………………………………. 28

7.

Цепь напряжения прикосновения … ………………………………………….. …………………………… 28

8.

Воздействие ступенчатого напряжения…………………………………………… ………………………… 29

9.

Цепь ступенчатого напряжения ………. ………………………………………….. ……………………….. 29

10.

Cs в сравнении с HS ……….. ………………………………………….. ………………………………………….. …………………………………… 32

11.

Прямоугольный Сетка с 22 заземляющими стержнями …………………………………………………. 54

x

1 ГЛАВА 1 ВВЕДЕНИЕ

Безопасность и надежность — две основные проблемы при эксплуатации и проектировании энергосистемы. Эти опасения касаются и конструкции подстанций. Чтобы обеспечить безопасность и надежность подстанций, подстанция должна иметь правильно спроектированную систему заземления.

Две основные цели проектирования, которые должны быть достигнуты любой системой заземления подстанции как в нормальных, так и в аварийных условиях: 1.Обеспечить средства для рассеивания электрических токов в землю без превышения каких-либо эксплуатационных ограничений и пределов оборудования 2. Обеспечить, чтобы человек, находящийся поблизости от заземленных объектов, не подвергался опасности критического поражения электрическим током [4]. . Этот проект предоставляет необходимую справочную информацию для проектирования заземления подстанции. Он предоставляет набор руководящих принципов, которые можно использовать, а также некоторые предложения по модификации конструкции, которые могут помочь изменить предварительный проект, если напряжения сетки и ступеньки будут больше, чем допустимые напряжения.

Также был разработан проект системы заземления для передающей станции с использованием стандарта IEEE Std. Процедура 80-2000 в качестве примера. В расчетах использовались фактические значения от передающей станции

2, такие как измеренное удельное сопротивление почвы, ток короткого замыкания и т. Д. Поскольку кража меди является серьезной проблемой, расчеты проводились также с использованием плакированной медью стали.

3 ГЛАВА 2 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2.1 Обзор заземления подстанции Заземление является важным аспектом каждой подстанции.Функция системы заземления заключается в следующем: обеспечивать безопасность персонала и населения, сводить к минимуму опасность от передаваемого потенциала, защищать оборудование, обеспечивать путь разряда для ударов молнии и обеспечивать путь к земле с низким сопротивлением. Хорошая система заземления имеет низкое сопротивление удаленной земле, чтобы минимизировать повышение потенциала земли (GPR) [2,4].

Чтобы конструкция заземления была безопасной, она должна обеспечивать возможность передачи электрического тока в землю как в нормальных, так и в аварийных условиях.Кроме того, он должен гарантировать, что находящийся поблизости человек не подвергнется опасности. Поскольку нет простой связи между сопротивлением системы заземления и максимальным ударным током, который может испытать человек, необходимо провести полный анализ, чтобы рассмотреть множество различных аспектов, таких как расположение заземляющих электродов, характеристики почвы и т. Д. [6] .

Люди предполагают, что к любому заземленному объекту можно безопасно прикоснуться, но это не всегда так. Низкое сопротивление заземления подстанции не гарантирует безопасности [2-3].Нет простой связи между сопротивлением системы заземления и максимальным током удара, которому может подвергнуться человек [4].

4 2.2 Допустимый ток через человеческое тело во время повреждения Люди очень чувствительны к переменным токам в диапазоне 50-60 Гц. Воздействие переменного тока, проходящего через тело человека, зависит от величины, продолжительности, а также частоты [6]. Порог восприятия для человеческого тела около 1 мА. Токи в диапазоне 1-6 мА, часто называемые токами отпускания, обычно не мешают человеку контролировать свои мышцы и отпускать находящийся под напряжением объект, который он держал в руках.Более высокие токи от 9 до 25 мА могут вызвать боль и повлиять на мышечный контроль, так что объект под напряжением трудно, если вообще возможно, высвободить [1]. Еще более высокие токи между 2575 мА могут повлиять на дыхание и привести к летальному исходу. Если сила тока еще выше, это может привести к фибрилляции желудочков сердца, которая, если ее быстро не лечить, может привести к смерти [6]. Когда токи достигают 100 мА и выше, выше уровня фибрилляции желудочков, это может вызвать ожоги, паралич сердца и задержку дыхания [1-3].

2.3 Общие ситуации поражения электрическим током Существуют три основных ситуации поражения электрическим током, которые могут возникнуть, когда человек находится рядом с подстанцией. Первый — это удар между ногами, при котором ток проходит через одну ногу, а затем выходит через другую. Обычно это вызвано увеличением потенциала земли, что позволяет току накапливаться на поверхности почвы, а затем через объекты на поверхности. Шок от ступни к ступне наименее опасен из трех, потому что ток не проходит через жизненно важные органы, такие как сердце [4].Второй — это прикосновение руки к ноге, которое включает прикосновение руки к чему-то, что находится под напряжением, и пропускание тока через ноги в землю. Последней ситуацией шока является контакт

5 из рук в руки или контакт металл-металл, при котором одна рука касается чего-то наэлектризованного, а через другую руку проходит ток, касающийся чего-то еще. Эти удары обычно можно устранить, подключив все объекты на подстанции к сети заземления [4]. Использование тонкого слоя поверхностного материала, такого как гравий, вокруг подстанции может значительно снизить вероятность и силу поражения электрическим током.Гравий может увеличить сопротивление между землей и человеком, что снижает вероятность прохождения тока через них. На рисунке 1 показаны различные ситуации удара.

2.4 Проектирование системы заземления подстанции. Проектирование сети заземления подстанции основывается на плане расположения подстанции. Следующие пункты служат руководством для начала проектирования сети заземления: 1. Подстанция должна окружать периметр и занимать как можно большую площадь, чтобы избежать высоких концентраций тока.Использование большей площади также снижает сопротивление заземляющей сети. 2. Обычно жилы прокладываются параллельно. Там, где это целесообразно, проводники прокладывают вдоль конструкций или рядов оборудования, чтобы обеспечить короткие заземляющие соединения. 3. Типичные сетевые системы подстанции могут включать неизолированный медный провод 4/0, проложенный на 0,3–0,5 м (12–18 дюймов) ниже уровня земли и расположенный на расстоянии 3–7 м (10–20 футов) друг от друга в виде сетки. Провода должны быть надежно соединены в местах перекрестных соединений.

6 4. Заземляющие стержни могут устанавливаться в углах сетки и точках стыковки по периметру.Они также могут быть установлены на основном оборудовании, особенно рядом с ограничителями перенапряжения. 5. Сеть должна распространяться на всю подстанцию ​​и выходить за линию забора [1-3]. 6. Соотношение сторон ячеек сетки обычно составляет от 1: 1 до 1: 3 [1, 4]. Чтобы приступить к предварительному проектированию, можно предпринять следующие шаги: 1. Нарисуйте самую большую квадратную, прямоугольную, треугольную, Т-образную или L-образную сетку, которая уместится на чертеже компоновки [1]. 2. Разместите сетчатые проводники так, чтобы получились квадратные ячейки, примерно 6 штук.1-12,2 м (2040 футов) 3. Установите высоту сетки равной 0,4572 м (18 дюймов) 4. Установите толщину материала поверхности на 0,1016 м (4 дюйма) 5. Поместите заземляющие стержни по периметру [1].

2.5 Подключение к сети Обычно для подключения подстанции к сети заземления используются проводники разного диаметра. Любой проводящий над землей материал, который может оказаться под напряжением, такой как металлические конструкции, рамы машин и баки трансформаторов, или любые металлические детали, потенциал которых может отличаться от других, должен быть связан сеткой заземления [4].

Арт. IEEE Std. 80-2000 Рис. 12. Авторские права © 2000. IEEE. Все права защищены.

Рисунок 1: Основные шоковые ситуации.

7

8 Все другое оборудование, которое может быть источником тока короткого замыкания, также должно быть подключено к сети. Медный кабель часто используется для соединений, но в некоторых случаях оборудование и здания могут использоваться в качестве проводящей связи [4]. Обычно сетевые соединения надежно свариваются, чтобы предотвратить отказ во время сильных токов короткого замыкания.

2.6 Выбор материала Проводники могут быть из различных материалов, включая медь, плакированную медью сталь, алюминий или сталь. У каждого типа проводника есть свои достоинства и недостатки.

Медь — наиболее часто используемый материал для заземления. Медь обладает высокой проводимостью. Кроме того, он устойчив к большей части подземной коррозии, поскольку является катодным по отношению к большинству других металлов [4]. Также он имеет хорошие температурные характеристики и теплоемкость. Недостаток меди в том, что она дорогая и ее часто крадут, а оборудование остается незаземленным.

Сталь с медным покрытием обычно используется для заземляющих стержней, а иногда и для заземляющих сетей. Сталь с медным покрытием имеет небольшую удельную проводимость, чем медь, но ее достаточно для заземления. Он сочетает в себе прочность стали с проводимостью меди. Сталь, плакированная медью, менее подвержена краже, чем медь, потому что это биметаллический продукт и практически не имеет ценности для вторичной переработки.

9 Алюминий обладает хорошей проводимостью, но не такой хорошей, как медь. Алюминий может вызывать коррозию в определенных почвах [4].Алюминий стоит дешевле, чем медь, и кража — меньшая проблема. Его температура плавления составляет примерно половину температуры плавления меди, а его теплоемкость — примерно две трети.

Сталь может использоваться для заземляющих проводов и стержней, но коррозия является проблемой. Сталь также имеет хорошие температурные характеристики и теплоемкость. Воровство для стали не проблема.

2.7 Характеристики почвы Почву земли можно рассматривать как чисто сопротивление и, таким образом, это последнее место, где рассеивается ток короткого замыкания.Сопротивление почвы может содержать ток до критической величины, которая варьируется в зависимости от почвы, и в этот момент на поверхности почвы могут возникать электрические дуги, которые могут электризовать объекты на поверхности, такие как человек [4]. На удельное сопротивление почвы может влиять ток, протекающий через нее при нагревании, в результате чего почва высыхает и становится более резистивной [4]. Влажная почва имеет гораздо меньшее сопротивление, чем сухая, поэтому в идеале заземляющая сетка и стержни должны располагаться во влажной земле.Обычно сопротивление почвы быстро увеличивается, когда ее влажность составляет менее 15% от веса почвы, и сопротивление практически не изменяется, когда содержание влаги составляет не менее 22% [4]. В таблице 1 показан базовый набор значений удельного сопротивления почвы в зависимости от влажности и типа.

10 Таблица 1: Базовый диапазон удельного сопротивления грунта Ref. IEEE Std, 80, таблица 8. Авторские права © 2000. IEEE. Все права защищены Тип земли Среднее удельное сопротивление (Ом · м) Влажная органическая почва 10 Влажная почва 102 Сухая почва 103 Коренная порода 104

Таблица 1 показывает, что влажная или даже влажная почва имеет очень малое сопротивление, поэтому полезно сохранять заземляющую почву как как можно влажнее.Обычной практикой для достижения этой цели является использование поверхностного слоя материала, такого как гравий. Материал поверхности не только значительно снижает количество испарения почвы, но и обычно имеет высокое сопротивление, которое снижает величину и вероятность возникновения ударных токов [4]. Характеристики почвы и тип используемого поверхностного слоя различаются в зависимости от области в мире, в которой расположена подстанция, и того, что требуется для системы заземления.

2.8 Защитный материал поверхности Для того, чтобы значительно снизить ударный ток и увеличить сопротивление контакта между почвой и ногами людей на подстанции, на подстанции укладывается тонкий слой высокопрочного материала защитной поверхности, похожий на щебень (гравий). над уровнем земли на подстанции.Обычно слой поверхностного материала составляет 3-6 дюймов и простирается на 3-4 фута за ограждение подстанции. Если его не вывести за ограждение подстанции, напряжение прикосновения станет опасно высоким [1].

11 Значения удельного сопротивления для поверхностных слоев материала различаются. Диапазон зависит от многих факторов, таких как тип камня, размер, состояние камня, количество и тип содержания влаги, атмосферное загрязнение и т. Д. [1]. В таблице 2 приведены типичные значения удельного сопротивления для различных типов поверхностных материалов.Эти значения были измерены несколькими различными сторонами в разных регионах США. Эти значения не действительны для каждого типа и размера камня в каждом регионе, поэтому необходимо провести испытания удельного сопротивления на подстанции региона [1]. Таблица 2: Типичные значения удельного сопротивления материала поверхности. Ref. IEEE Std, 80, таблица 7. Авторские права © 2000. IEEE. Все права защищены Номер 1 2 3

4 5 6

7 8 9 10 11 a

Описание материала поверхности (штат США, где он находится) Гранит дробилки с мелкими частицами (N.C.) 1,5 дюйма (0,04 м) дробильный гранит (штат Джорджия) с мелкими частицами гранит 0,75–1 дюйм (0,02–0,025 м) (Калифорния) с мелкими частицами № 4 (1-2 дюйма) (0,025–0,05 м) промытый гранит (Ga.) # 3 (2-4 дюйма) (0,05-0,1 м) мытый гранит (Ga.) Размер неизвестен, промытый известняк (штат Мичиган) Промытый гранит, аналогичный гравию 0,75 дюйма (0,02 м) Промытый гранит, аналогичный мелкий гравий # 57 (0,75 ом) (0,02 м) промытый гранит (NC) Асфальтобетон

Удельное сопротивление образца Ом · м Сухой влажный 140 x 106 1300 (грунтовые воды, 45 Ом · м) 4000 1200 (дождевая вода, 100 Вт) 6513 (10 мин после слива 45 Ом · м воды) 1.От 5 x 106 до 4,5 x 106 5000 (дождевая вода, 100 Ом · м) от 2,6 x 106 до 3 x 106 10 000 (дождевая вода, 100 Ом · м) 7 x 106 2000-3000 (грунтовая вода, 45 Ом · м) 2 x 106 10 000 40 x 106

5000

190 x 106

8000 (грунтовые воды, 45 Ом · м) от 10 000 до 6 x 106 21 до 100

2 x 106 до 30 x 106 1 x 106 до 1 x 109 a

Бетон, высушенный в печи. Значения для бетона с воздушным отверждением могут быть намного ниже из-за содержания влаги.

12 2.9 Измерения удельного сопротивления грунта Перед тем, как приступить к проектированию системы заземления, необходимо провести измерения удельного сопротивления грунта на подстанции [1].Редко встречаются станции с равномерным сопротивлением по всей площади. Таким образом, измерения следует проводить в нескольких местах на объекте. Обычно слоев несколько, и каждый из них имеет разное удельное сопротивление. Если есть большие отклонения, следует снять больше показаний в этих местах [4]. Боковые изменения тоже могут произойти, но в целом изменения постепенные и незначительные [4].

Есть несколько методов измерения. С помощью двухточечных методов можно выполнить грубые измерения удельного сопротивления ненарушенной земли.Трехточечный метод или метод вариации глубины измеряли тест сопротивления заземления несколько раз. Каждый раз глубина заглубления испытательного электрода увеличивается на определенную величину. Но этот метод не рекомендуется, если необходимо исследовать большой объем почвы. Четырехконтактные методы являются наиболее точным методом измерения среднего удельного сопротивления больших значений [5].

2.9.1 Четырехконтактный метод Веннера Наиболее распространенным является четырехконтактный метод Веннера. Этот метод также называется методом с четырьмя штырями с равным шагом.[5]. В этом методе четыре зонда вбиваются в землю по прямой на глубину b на равных расстояниях a друг от друга. Напряжение между двумя внутренними датчиками измеряется и делится на ток двух внешних датчиков. Это дает значение взаимного сопротивления R. Четырехконтактный метод Веннера показан на Рисунке 2 ниже [5].

13

Рис. 2: Четырехконтактный метод Веннера Ref. IEEE Std. 81-1983 Рисунок 3 (а). Авторские права © 1983. IEEE. Все права защищены.

Записи измерений удельного сопротивления должны включать данные о температуре и информацию о состоянии влажности почвы на момент проведения измерений.Также запишите все имеющиеся данные о любых уже известных или подозреваемых проводниках под землей. Закопанные проводники, контактирующие с почвой, могут сделать показания недействительными, если они расположены достаточно близко, изменяя схему протекания испытательного тока [4].

Четырехконтактный метод Веннера популярен по ряду причин. Этот метод позволяет получить данные об удельном сопротивлении почвы для более глубоких слоев без необходимости перемещать испытательные штифты к этим слоям. Также не требуется тяжелого оборудования [1,3]. На результаты не сильно влияет сопротивление испытательных штифтов или отверстий, образовавшихся в результате вбивания тестовых штифтов в почву [1].

Недостатком метода Веннера является то, что величина потенциала между двумя внутренними электродами быстро уменьшается, когда их расстояние увеличивается до больших значений. И часто коммерческие инструменты не могут измерить такие низкие потенциальные значения [5].

14 2.9.2 Четырехконтактная схема Schlumberger-Palmer Схема Schlumberger-Palmer представляет собой еще один четырехконтактный метод. Его также называют четырехштырьковым методом с неравномерным разнесением [5]. Этот метод аналогичен методу FourPin Веннера.Для этого метода расстояние между токовыми электродами больше. Потенциальные щупы приближают к соответствующим токовым электродам. Это увеличивает измеренное значение потенциала. На рисунке 3 показана схема Шлюмберже-Палмера [5].

Рис. 3. Схема расположения четырех выводов Schlumberger-Palmer Ref. IEEE Std. 81-1983 Рисунок 3 (б). Авторские права © 1983. IEEE. Все права защищены.

2.10 Сопротивление заземления Сопротивление заземления подстанции должно быть очень низким, чтобы минимизировать повышение потенциала земли и повысить безопасность подстанции [2,6].Сопротивление заземления обычно составляет 1 Ом или менее для передачи и других крупных подстанций [1-4]. На распределительных подстанциях обычно допустимый диапазон составляет 1-5 Ом [4]. Сопротивление в первую очередь зависит от занимаемой площади. Также сопротивление может быть уменьшено для данной области, используя заземляющие стержни

15 и добавляя больше проводников сетки. Если невозможно достичь желаемого сопротивления заземления путем добавления дополнительных проводников сетки и / или заземляющих стержней, можно изменить почву, окружающую электрод.

Хлорид натрия, сульфаты магния и меди или хлорид кальция можно использовать для увеличения проводимости почвы, непосредственно окружающей электроды. Другой способ — обернуть стержень материалом для улучшения грунта. Другие методы упоминаются в IEEE Std. 80-2000 [4].

2.11 Процедуры проектирования системы заземления Процесс проектирования системы заземления подстанции требует многих шагов. В стандарте IEEE Standard 80-2000 для проектирования сети заземления установлены следующие этапы:

Шаг 1: Карта свойств и общий план расположения подстанции должны давать точные оценки площади, подлежащей заземлению.Тест на удельное сопротивление почвы определит профиль удельного сопротивления почвы и необходимую модель почвы. Шаг 2: Определяется размер проводника. Ток короткого замыкания 3I0 должен быть максимальным ожидаемым током замыкания в будущем, который будет проводиться любым проводником в системе заземления, а время tc должно отражать максимально возможное время отключения (включая резерв). Шаг 3: [подлежит определению] допустимое напряжение прикосновения и ступенчатое напряжение. Выбор времени ts основывается на оценке инженера-проектировщика.Шаг 4: Предварительный проект должен включать в себя петлю проводников, окружающую всю заземленную зону, а также соответствующие поперечные проводники для обеспечения удобного доступа к заземлению оборудования и т. Д. Первоначальные оценки расстояния между проводниками и расположения заземляющих стержней должны основываться на силе тока IG, и заземляемая территория.

16

Шаг 5: Можно определить предварительное сопротивление системы заземления в однородной почве. Для окончательной конструкции могут потребоваться более точные оценки сопротивления.Компьютерный анализ, основанный на детальном моделировании компонентов системы заземления, может вычислить сопротивление с высокой степенью точности при условии, что модель грунта выбрана правильно. Шаг 6: определяется ток IG. Чтобы предотвратить чрезмерное проектирование системы заземления, при проектировании сети следует использовать только ту часть общего тока короткого замыкания, 3I0, которая протекает через сеть на удаленную землю. Однако текущий IG должен отражать наихудший тип и место повреждения, коэффициент декремента и любое будущее расширение системы.Шаг 7: Если георадар предварительного проектирования ниже допустимого напряжения прикосновения, дальнейший анализ не требуется. Необходим только дополнительный проводник, необходимый для обеспечения доступа к заземлению оборудования. Шаг 8: Расчет сетки и ступенчатых напряжений для сетки в соответствии с проектом может быть выполнен с помощью методов приблизительного анализа однородного грунта или с помощью более точных методов компьютерного анализа. Шаг 9: Если вычисленное напряжение сетки ниже допустимого напряжения прикосновения, проектирование может быть завершено (см. Шаг 10).Если вычисленное сеточное напряжение превышает допустимое напряжение прикосновения, предварительный проект следует пересмотреть (см. Шаг 11). Шаг 10: Если вычисленное напряжение прикосновения и ступенчатое напряжение ниже допустимого напряжения, конструкция требует только уточнений, необходимых для обеспечения доступа к заземлению оборудования. В противном случае предварительный проект необходимо отредактировать (см. Шаг 11). Шаг 11: Если допустимые пределы шага или касания превышены, требуется пересмотр конструкции сетки. Эти изменения могут включать меньшее расстояние между проводниками, дополнительные заземляющие стержни и т. Д.Более подробное обсуждение пересмотра конструкции сети для удовлетворения пределов шагового напряжения и напряжения прикосновения приведено в [Раздел 2.12] Шаг 12: После удовлетворения требований к шагу и напряжению прикосновения могут потребоваться дополнительные стержни сети и заземления. Дополнительные проводники сети могут потребоваться, если проект сети не включает проводники рядом с заземляемым оборудованием.

17 Могут потребоваться дополнительные заземляющие стержни в основании ОПН, нейтрали трансформатора и т. Д. Окончательный проект также следует пересмотреть, чтобы исключить опасности, связанные с передаваемым потенциалом, и опасности, связанные с особыми проблемами [4, с.88-89].

Блок-схема на рисунке 4 иллюстрирует процедуру проектирования наземной сети.

2.12 Модификации конструкции Если рассчитанные напряжения сетки и шага превышают допустимые напряжения прикосновения и шага, то предварительный проект необходимо изменить. Возможны следующие решения: (a) Уменьшить общее сопротивление сети: если общее сопротивление сети уменьшается, максимальное значение GPR уменьшается; следовательно, максимальное передаваемое напряжение уменьшается. Эффективный способ уменьшить сопротивление сетки — увеличить площадь, занимаемую сеткой.Глубокие забивные штанги или колодцы можно использовать также в случае ограниченного участка. (b) Уменьшение шага сетки: уменьшите размер ячейки, увеличив количество параллельных проводников в каждом направлении. Опасные потенциалы внутри подстанции могут быть устранены. По периметру заземлитель можно закопать за забором, либо увеличить плотность заземляющих стержней по периметру. (c) Увеличьте толщину поверхностного слоя: практический предел может составлять 6 дюймов. (d) Ограничение общего тока повреждения: если возможно, ограничение полного тока повреждения пропорционально уменьшит GPR и градиенты.(e) Отвод большей части тока короткого замыкания на другие пути

18 (f) Запрет доступа в ограниченные области: если это возможно, может снизить вероятность опасностей для персонала [1,4].

2.13 Строительство системы заземления. Метод, выбранный для строительства, зависит от размера сети, типа почвы, размера проводника, глубины залегания, доступного оборудования, стоимости рабочей силы, а также физических ограничений или ограничений безопасности. Есть два распространенных способа установки сетки заземления. Это траншейный метод и метод тросовой вспашки.Оба метода используют машины. Если рабочая площадка слишком мала или недостаточно места для перемещения машин, то сетка заземления устанавливается вручную [4].

2.13.1 Строительство сети заземления — траншейный метод. Маркеры размещаются по периметру для обозначения расстояния между параллельными проводниками. Эти маркеры служат ориентиром для траншейной машины. Траншейная машина используется для рытья траншей вдоль стороны, имеющей большее количество параллельных проводов, на заданную глубину, обычно 0.5 м (1,5 фута). Затем в эти траншеи устанавливаются проводники, и стержни заземления приводятся в движение и присоединяются к проводникам. Также в это время ставятся косички для площадок под оборудование. Эти траншеи затем засыпаются грязью по поперечным соединениям.

Затем выкапываются траншеи с поперечной проводкой, опять же с использованием маркеров в качестве направляющих. Устанавливаются проводники, и любые оставшиеся заземляющие стержни приводятся в движение и подключаются к проводникам. Также подключены

19 оставшихся пигтейлов. Затем между перпендикулярными проводниками выполняются перекрестные соединения.В конце концов траншеи засыпаются землей [4].

2.13.2 Метод вспашки проводников заземления Этот метод является экономичным и быстрым при благоприятных условиях и наличии надлежащего оборудования. Этот метод запаивает проводники с помощью специального узкого плуга. Этот плуг может быть прикреплен к трактору или полноприводному грузовику или тянуться им. Провод укладывают на землю либо перед плугом, либо катушка с проводом вводится в землю по отвалу плуга.Для поперечных проводов их вваливают на чуть меньшую глубину, чтобы не повредить ранее проложенные проводники. Затем открываются точки пересечения и точки, где должны быть установлены заземляющие стержни, и выполняются соединения [4].

2.13.3 Установка косичек и заземляющих стержней. Отводы используются для заземляющих соединений с оборудованием или конструкциями. Пигтейлы могут иметь тот же размер кабеля, что и подземная сеть, или другой размер. Это зависит от количества заземлений на устройство, а также от величины тока замыкания на землю.Штанги заземления устанавливаются с помощью гидромолота, пневмоударника или других механических устройств. Два заземляющих стержня соединяются либо экзотермическим методом, либо с помощью резьбовой или безрезьбовой муфты [4].

20

Рисунок 4: Блок-схема процедуры проектирования. Ref. IEEE Std. 80-2000 Рисунок 33. Авторское право © 2000. IEEE. Все права защищены.

21 2.14 Компьютерное проектирование Компьютеры часто используются при проектировании систем заземления подстанций. Вот несколько причин для использования компьютерного анализа: 1.

Параметры превышают параметры упрощенных расчетных уравнений.

2. Двухслойная или многослойная модель почвы предпочтительна из-за значительных вариаций удельного сопротивления почвы. 3. Неравномерное расстояние между проводами сетки или заземляющими стержнями. 4. Гибкость в определении местных опасностей 5. Наличие скрытых металлических конструкций / проводов, не подключенных к системе заземления, усложняет 6. Предварительный проект может быть оптимизирован и проанализирован [1,4].

2.15 Особые опасные точки Внутри подстанции есть несколько опасных мест, таких как ограждение, рукоятки управления оборудованием, разрядники для перенапряжения и т. Д.Для обеспечения безопасности необходимо убедиться, что они правильно заземлены.

2.15.1 Заземление ограждения подстанции Заземление ограждения подстанции является критически важным, поскольку ограждение обычно доступно для населения. Потенциал прикосновения с обеих сторон забора должен находиться в пределах рассчитанного допустимого предела потенциала прикосновения. Ограждение подстанции должно быть подключено к основной сети заземления

22. Внешний сетевой провод должен быть установлен на расстоянии не менее 0,91 м (3 фута) от забора.Подключения к внешнему сетевому проводу следует выполнять на всех угловых опорах и на линейных опорах через каждые 12,92-15,24 м (40-50 футов). Стойка ворот должна быть надежно прикреплена к забору. Также рекомендуется, чтобы все ворота открывались внутрь [1,4].

2.15.2 Рабочие ручки Рабочие ручки оборудования представляют собой серьезную проблему, если они не имеют надлежащего заземления, поскольку это требует присутствия оператора вблизи заземленной конструкции. В случае неисправности оператор может получить удар электрическим током.Если система заземления была разработана в соответствии с IEEE Std. 80, то напряжения прикосновения и шага возле ручки управления должны быть в безопасных пределах. Но в большинстве случаев используются дополнительные средства, чтобы обеспечить больший запас прочности для оператора. Некоторые методы включают подключение рабочего вала переключателя к заземляющему коврику. Коврик заземления напрямую подключен к сети заземления, а также к рабочему валу переключателя. Оператор стоит на коврике во время работы переключателем. Использование этих методов обеспечивает прямой обход на землю [4].

Коммунальные предприятия используют различные методы заземления рабочего вала переключателя. Около половины инженерных сетей обеспечивают прямую перемычку между валом переключателя и заземляющим ковриком. Другая половина обеспечивала перемычку от вала переключателя к прилегающей заземленной конструкционной стали, и эта сталь использовалась как часть проводящего пути. Около 90% коммунальных предприятий используют оплетку для заземления вала переключателя [4].

23 2.15.3 Заземление ограничителя перенапряжения Ограничители перенапряжения должны быть надежно заземлены для обеспечения защиты оборудования, которое они защищают.Они должны быть подключены как можно ближе к клеммам оборудования, которое они защищают, и иметь как можно более короткий и прямой путь к системе заземления, насколько это возможно и практично [4]. Кроме того, выводы разрядников не должны иметь острых изгибов, насколько это возможно [1].

2.15.4 Заземление оболочки кабеля управления При отсутствии эффективного заземления в металлической оболочке кабеля может наблюдаться опасное напряжение относительно земли. Все заземляющие соединения должны быть выполнены так, чтобы обеспечить постоянное соединение с низким сопротивлением.Оболочки кабелей следует заземлять в двух или более местах [1,4].

24 ГЛАВА 3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ

3.1 Введение Чтобы спроектировать надлежащую и безопасную систему заземления подстанции, необходимо найти различные параметры безопасности, такие как уровни напряжения прикосновения и ступенчатого напряжения. Каждая система заземления должна быть спроектирована уникальным образом, чтобы сеточные и ступенчатые напряжения были ниже допустимого напряжения прикосновения и ступенчатого напряжения персонала, который может работать на объекте при возникновении неисправности.В этой главе представлены процесс и уравнения для безопасного проектирования системы заземления подстанции.

3.2 Допустимые пределы тока тела Человеческое тело при 50 Гц или 60 Гц может давать продолжительность тока меньше значения, которое может вызвать фибрилляцию желудочков сердца. Фибрилляция желудочков возникает, когда ток тела заменяет нормальное ритмическое сокращение сердца и может вызвать нарушение кровообращения и пульса [1-4,6].

Исследования Далзила показывают, что ток отсутствия фибрилляции величиной IB при длительности от 0.03-3,0 с может быть просто выражено как:

IB =

k ts

, где k = SB

(3.1)

25 и

IB

: действующее значение величины тока через тело (A)

ts

: продолжительность воздействия тока (с)

SB: энергия удара k: постоянная, связанная с энергией удара электрическим током

Согласно исследованиям Далзила, 99,5% людей могут безопасно выдерживать силу тока без фибрилляции желудочков .Далзил также обнаружил, что константа энергии удара зависит от веса [4]. Для человека весом примерно 50 кг (110 фунтов) k50 = 0,116, таким образом, формула допустимого тока тела принимает следующий вид: IB 50 =

0,116 ts

(3,2)

Для человека весом примерно 70 кг (155 фунтов) k50 = 0,157, поэтому формула допустимого тока тела принимает следующий вид:

IB 70 =

0,157 ts

(3,3)

Это уравнение не оценивается для очень короткого или очень длительного времени.

Кривая Бигельмайера на рисунке 5 показывает зависимость тока тела от времени. Эта кривая имеет предел 500 мА на время до 0,2 с, затем предел уменьшается до 50 мА через 2 с и более. На этом рисунке также показано сравнение силы тока тела для человека весом 50 и 70 кг.

26 В современной производственной практике обращение за помощью при замыкании на землю является обычным явлением. В обстоятельствах, когда есть повторное закрытие, человек может испытать первый электрошок без необратимой травмы. Но тогда автоматическое АПВ может привести к другому разряду меньше 0.33 секунды первого удара. Этот второй шок, который происходит через короткий промежуток времени, прежде чем человек сможет оправиться от первоначального, может вызвать серьезную аварию [1,4].

Рисунок 5: Ток тела в зависимости от времени. Ref. IEEE Std. 80-2000 Рисунок 5. Авторские права © 2000. IEEE. Все права защищены.

27 3.3 Эквиваленты цепей для обычных ударных ситуаций 3.3.1 Сопротивление человеческого тела Человеческое тело можно приблизительно представить как сопротивление постоянному току и переменному току 50 или 60 Гц. Текущий путь считается от одной ноги до обеих ног или от одной ноги до другой.Внутреннее сопротивление человеческого тела составляет примерно 300 Ом. Сопротивление тела, включая кожу, колеблется в пределах 500–3000 Ом [4]. Для простоты IEEE Std 80-2000 представляет сопротивление человеческого тела от руки к ноге, а также от руки к руке или от одной ноги к другой как

= RB 1000 Ом (3,4)

3,3 .2 Напряжение прикосновения и ступенчатого напряжения Случайное замыкание на Рисунке 6 является результатом контакта рук с ногами. Напряжение в этой цепи называется напряжением прикосновения, потому что оно возникает в результате прикосновения к электрифицированному объекту, когда ноги соприкасаются с землей.В большинстве случаев ограничивающим фактором для заземления является допустимое напряжение прикосновения [1]. Рисунок 7 служит наглядным пособием для отображения типичной цепи рук к ногам через человека.

Другая случайная цепь возникает в результате контакта ступни с ногой, как показано на Рисунке 8. Напряжение, обнаруженное в этой цепи, можно назвать ступенчатым напряжением, потому что оно возникает в результате того, что кто-то стоит на земле, в которой нарастает ток. на его поверхности из-за повышения потенциала земли [4]. Рисунок 9 служит наглядным пособием при отображении типичного контура ступни к ноге через человека.

28

Рисунок 6: Воздействие напряжения прикосновения. Ref. IEEE Std. 80-2000 Рисунок 6. Авторские права © 2000. IEEE. Все права защищены.

Рисунок 7: Цепь напряжения прикосновения. Ref. IEEE Std. 80-2000 Рисунок 8. Авторские права © 2000. IEEE. Все права защищены.

29

Рисунок 8: Воздействие ступенчатого напряжения. Ref. IEEE Std. 80-2000 Рисунок 9. Авторские права © 2000. IEEE. Все права защищены.

Рисунок 9: Цепь ступенчатого напряжения См. IEEE Std. 80-2000 Рис. 10. Авторские права © 2000.IEEE. Все права защищены. Используя рисунок 6 или рисунок 8, эквивалентная схема Тевенина для тока через тело I b человека имеет вид: Ib =

, где:

VTh ZTh + RB

(3.5)

30

VTh: Напряжение Тевенина между клеммами H и F (В) ZTh: Импеданс Тевенина от точек H и F (Ом)

RB: Сопротивление тела (Ом) Эквивалентное сопротивление Тевенина для случайной цепи напряжения прикосновения составляет:

ZTh =

Rf 2

(3.6)

Эквивалентный импеданс Тевинина для аварийной цепи ступенчатого напряжения составляет: ZTh = 2 R f

(3.7) где: R f: сопротивление заземления в одну ногу

При анализе схемы нога человека представляется как проводящая металлический диск и сопротивление обуви и носков не учитываются.

Уравнение для расчета сопротивления заземления R f:

Rf = где:

ρ 4b

(3.8)

ρ: удельное сопротивление земли (Ом · м) b: радиус опоры в виде металлического диска (обычно 0.08 м)

При использовании круглой пластины примерно 0,08 м уравнения для Zth следующие: Для аварийного контура напряжения прикосновения

Z th = 1,5 ρ (3,9) И для случайного контура ступенчатого напряжения

31

Z th = 6 ρ (3.10) 3.4 Добавление поверхностного слоя По возможности, подстанции укладывают слой материала с высоким сопротивлением, например, щебня. Добавление поверхностного слоя изменяет сопротивление заземления Rf. Новое сопротивление заземления становится: ρ  R f =  s  Cs  4b 

(3.11)

Коэффициент снижения характеристик поверхностного слоя, Cs, можно рассчитать как: ρ  0,09 1 —   ρs  CS = 1-2hs + 0,09

, где

(3.12)

ρ: удельное сопротивление земля (Ом · м); ρs: удельное сопротивление материала поверхностного слоя (Ом · м); hs: толщина материала поверхности (м)

Cs также можно приблизительно определить, сначала рассчитав коэффициент отражения между различными материалами, K, а затем используя Таблица 10.

Коэффициент отражения рассчитывается как: K =

ρ — ρs ρ + ρs

(3.13)

32

Рисунок 10: Cs в сравнении с hs Ref. IEEE Std. 80-2000 Рисунок 11. Авторские права © 2000. IEEE. Все права защищены. 3.5 Допустимое шаговое напряжение и напряжение прикосновения При проектировании системы заземления подстанции необходимо рассчитать максимально допустимые напряжения, чтобы создать надлежащую сеть заземления. Эти напряжения зависят от удельного сопротивления почвы, слоя почвы и продолжительности ударного тока. Максимальное управляющее напряжение любой аварийной цепи не должно превышать предельное напряжение ступени и напряжения прикосновения.

Для ступенчатого напряжения предел составляет:

33 Estep = (RB + 2 ⋅ R f) ⋅ IB

(3.14) Для тела массой 50 кг (1000 + 6 ⋅ Cs ⋅ ρ s) Estep = 50

0,116 ts

(3,15)

0,157 ts

(3,16)

Для тела массой 70 кг (1000 + 6 Cs ⋅ ρ s) Estep = 70 Для напряжения прикосновения предел составляет

Rf  Etouch =  RB + 2 

  ⋅ IB 

(3,18)

Для кузова массой 50 кг = (1000 + 1,5 ⋅ Cs ⋅ ρ s) Etouch 50

0.116 ts

(3,19)

0,157 ts

(3,20)

Для кузова массой 70 кг = (1000 + 1,5 ⋅ Cs ⋅ ρ s) Etouch 70

Если на подстанции не используется защитный поверхностный слой, Cs = 1 и ρs = ρ.

Если есть контакт металл-металл, как руки, так и ноги, ρs = 0, так как земля в этой ситуации не учитывается. В этом случае уравнения ограничения напряжения прикосновения следующие:

34 Для тела массой 50 кг Emm −touch 50 =

116 ts

(3.21)

Для тела весом 70 кг Emm −touch 70 =

157 ts

(3,22)

3.6 Размер проводника Симметричный ток может быть рассчитан на основе материала и размера проводника, используемого как:

I = Amm2

 TCAP ⋅10−4   K 0 + Tm    ln    tcα r ρ r   K 0 + Ta 

(3.23)

Если размер проводника указан в киломиллях, уравнение принимает следующий вид:

 TCAP   K 0 + Tm  I 5.07 ⋅10−3 Akcmil  =  ln    tcα r ρ r   K 0 + Ta 

(3.24)

Где I

: действующий ток (кА)

Амм2

: поперечное сечение проводника (мм2)

Akcmil

: поперечное сечение проводника (тыс. Мил)

Tm

: максимально допустимая температура (oC)

Ta

: температура окружающей среды (oC)

αr

: тепловой коэффициент удельного сопротивления при эталонной температуре Tr (1 / oC)

ρr: удельное сопротивление заземляющего проводника при эталонной температуре Tr (мкОм-см) tc: длительность тока (с) K0: равно 1 / α0 или (1 / αr) — Tr (oC) TCAP: теплоемкость на единицу объема (Дж / 𝑐𝑚2 ∙ ∙ ℃)

35 Общие значения αr, K0, Tm, ρr , а значения TCAP можно найти в таблице 3.Таблица 3-Константы материалов См. IEEE Std 80-2000 Таблица 1. Авторские права © 2000. IEEE. Все права защищены Описание

Медь,

Материал

Коэффициент αr при

K0 при

Фьюзинг

Электропроводность

20oC

0oC

температура (µОм-

o000 см)

o0002

Теплоемкость TCAP [Дж / (см3 · oC)]

(%)

(1 / C)

(0 C)

Tm (oC)

100.0

0,00393

234

1083

1,72

3,42

97,0

0,00381

242

1084

1,78

3,42

000

1,78

3,42

000

3,42

000

3,85

30,0

0,00378

245

1084

5,86

3,85

20,0

0,00378

245

1084

8.62

3,85

64,0

0,00403

228

657

2,86

2,56

0,00353

263

652

3,22

0003

652

3,22

00020003

652

3,22

0003

2,60

0,00360

258

657

8,48

3,58

0,00160

605

1510

15,90

3,28

0.00160

605

1400

17,50

4,44

0,00320

293

419

20,10

3,93

0,00130

749

0003

749

0,00130

749

Твердотянутая стальная проволока, плакированная медью Стальная проволока, плакированная медьюb Алюминий, алюминий класса ЕС, алюминий из сплава 5005, сплав 6201 Стальная проволока, плакированная алюминием Сталь-1020

a

53.5 52,5 20,3

10,8

Стержень из нержавеющей сталиc Стальной стержень с цинковым покрытием

9,8

Нержавеющая сталь, 304

2,4

8,6

По стандартам ASTM. Стальные стержни с медным покрытием на основе меди толщиной 0,254 мм (0,010 дюйма). c Стержень из нержавеющей стали с покрытием из нержавеющей стали № 304 толщиной 0,508 мм (0,020 дюйма) поверх стального сердечника № 1020. b

36

Требуемую площадь для проводника при заданном токе можно рассчитать как:

Амм2 = I

1  TCAP ⋅10−4   K 0 + Tm    ln    tcα r ρ r   K 0 + Ta 

(3.25)

или

Akcmil = I

197,4  TCAP   K 0 + Tm    ln   t α ρ crr    K 0 + Ta 

(3.26)

Уравнение (3.26) можно упростить следующим образом: Akcmil = I ⋅ K f tc

(3.27)

где Kf

: константа, указанная в таблице 4, которая основана на температуре плавления и окружающей температуре материала

Таблица 4 — Константы материала Ref. IEEE Std 80-2000 Таблица 2. Авторские права © 2000. IEEE. Все права защищены. Материал Электропроводность Tma (° C) Kf (%) Медь отожженная мягкотянутая 100.0 1083 7,00 Медь, техническая жестко вытянутая 97,0 1084 7,06 Медь, техническая жестко-волоченная 97,0 250 11,78 Стальная проволока, плакированная медью 40,0 1084 10,45 Стальная проволока, плакированная медью 30,0 1084 12,06 Стальной пруток, плакированный медью 20,0 1084 14,64 Алюминий, класс ЕС 61,0 657 12,12 Алюминий 5005 Сплав 53,4 652 12,41 Алюминий 6201 Сплав 62,5 654 12,47 Стальная проволока, плакированная алюминием 20,3 657 17,20 Сталь 1020 10,8 1510 15,95 Стержень из нержавеющей стали 9,8 1400 14,72 Стальной стержень с цинковым покрытием 8,6 419 28,96 Нержавеющая сталь 304 2,4 1400 30,05

37 Следующее уравнение можно использовать для преобразования сечения проводника из тысячных миллиметров в миллиметры2:

А · м2 =

акмил ⋅1000 1973.52

(3,28)

Диаметр проводника можно рассчитать как: dc (мм) = 2

Amm2

(3,29)

π

3.7 Асимметричные токи Если влияние смещения постоянного тока необходимо для Для включения в ток короткого замыкания значения симметричного тока находятся по формуле: IF = I f ⋅ D f

(3.30)

Коэффициент декремента, Df, можно рассчитать как: −2 tf Ta  D f = 1 + 1 — e Ta tf  

   

(3.31)

где tf: длительность повреждения (с) X Ta = ωR

(3.32)

Типичные коэффициенты декремента также можно найти в Таблице 3.

3.8 Измерения удельного сопротивления почвы Методы измерения удельного сопротивления почвы обсуждаются в 2.9. Поскольку четырехконтактный метод Веннера является наиболее распространенным, будут обсуждаться только расчеты для этого метода.

38 Таблица 5 — Типичные значения Df Ref. IEEE Std 80-2000 Таблица 10. Авторские права © 2000. IEEE. Все права защищены. Продолжительность отказа, tf Коэффициент уменьшения, Df Секунды Циклы при X / R = 10 X / R = 20 X / R = 30 X / R = 40 60 Гц 0.00833 0,5 1,576 1,648 1,675 1,688 0,05 3 1,232 1,378 1,462 1,515 0,10 6 1,125 1,232 1,316 1,378 0,20 12 1,064 1,125 1,181 1,232 0,30 18 1,043 1,085 1,125 1,163 0,40 24 1,033 1,064 1,095 1,125 0,50 30 1,2026 1,052 1,077 1,101 0,75 45 1,018 1,035 1,052 1,068 1,00 1.013 1.026 1.039 1.052

Как упоминалось в 2.9, взаимное сопротивление R определяется делением напряжения между двумя внутренними датчиками на ток двух внешних датчиков. Используя взаимное сопротивление R, удельное сопротивление грунта можно рассчитать следующим образом: 4π aR

ρ = 1+

, где

2a a 2 + 4b 2

a

(3.33)

a 2 + b2

ρ: удельное сопротивление грунта (Ом · м) R: измеренное сопротивление (Ом) a: расстояние между соседними электродами (м) b: глубина электродов (м)

Если b

Причины и сокращение ~ Изучение контрольно-измерительной техники

Пользовательский поиск


Контур заземления — это нежелательный путь тока в электрической цепи.Контуры заземления возникают всякий раз, когда заземляющий провод электрической системы подключается к заземляющей пластине в нескольких точках. Контуры заземления могут не только создавать помехи в сигнальных кабелях прибора, но в тяжелых случаях могут даже перегревать сигнальный кабель прибора и, таким образом, представлять опасность возгорания!

Явление контуров заземления показано на схематической диаграмме ниже:

Существует несколько причин возникновения контуров заземления в любой установке КИПиА.

Некоторые из них перечислены ниже:
  • Разница потенциалов между точками заземления, к которым подключены клеммы заземления
  • Индуктивная муфта
  • Емкостная муфта
  • Использование инструментов с внутренним заземлением внутри уже заземленного контура
  • Экраны кабелей заземлены с обоих концов
  • Заземленные термопары с неизолированными преобразователями
  • Четырехпроводные передатчики, используемые в качестве входа для прибора-приемника, заземленного на другое заземление

Существует несколько методов ограничения контуров заземления, которые вносят нежелательное шумовое напряжение в сигнальные кабели прибора.Однако есть два наиболее эффективных метода уменьшения контуров заземления:

  • Одноточечное заземление
  • Использование дифференциальных входов

Одноточечное заземление подразумевает заземление установки КИПиА в одной точке. Такой подход значительно снижает шумовое напряжение, создаваемое контурами заземления из нескольких точек заземления. Дифференциальные входы используются для компенсации шумового напряжения, которое может появиться в измерительной цепи. Одним из очень эффективных способов полной изоляции измерительной системы от контуров заземления является использование инструментов с батарейным питанием.Однако из-за ограниченного срока службы батареи они используются редко.

Импедансная муфта (или кондуктивная муфта)

Если две или более электрических цепей имеют общие проводники, между разными цепями может быть некоторая связь. Когда сигнальный ток из одной цепи возвращается обратно по общему проводнику, он создает напряжение ошибки на обратной шине, которое влияет на другие сигналы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *