Из какого материала должны изготавливаться искусственные заземлители: Из какого материала должны изготавливаться искусственные заземлители?

Содержание

Из какого материала должны изготавливаться искусственные заземлители: отличия искусственных и естественных

Заземление является главным защитным инструментом, предотвращающим риск поражения человека электрическим током. Без него использование электротехники небезопасно, поэтому оно должно присутствовать и в городской квартире, и в частном доме. Заземлительная система может быть естественной или искусственной. Создавая защитную конструкцию самостоятельно, важно знать, из какого материала должны изготавливаться искусственные заземлители.

Разновидности конструкций

Применение неправильно подключённых электроприборов может быть небезопасным. Опасность состоит в том, что в процессе использования может случиться пробой, в результате которого напряжение перейдёт на корпус устройства. Это напряжение может как вывести из строя сам прибор, так и нанести человеку электротравму разной степени тяжести (вплоть до летального исхода). Для предотвращения подобных проблем могут быть использованы два вида заземления:

  • Естественное. К нему относятся массивные конструкции, постоянно находящиеся в земле. Роль естественных заземлителей отводится фундаментам зданий, водопроводным трубам, металлоконструкциям и шпунтам, хорошо закреплённым в грунте. Достоинство таких конструкций в том, что на обеспечение заземления с их помощью не требуется дополнительных затрат. Однако сопротивление естественного контура невозможно рассчитать.
  • Искусственное. Заземление такого рода создаётся специально из горизонтальных и вертикальных элементов (электродов), изготовленных из определённого материала и имеющих конкретный размер. В качестве основных элементов искусственного контура чаще всего выступают стальные детали, имеющие круглую или угловую форму. Качество такого заземления зависит от сопротивления, которым обладают искусственные заземлители. Определение сопротивления каждого электрода осуществляется по специальной формуле.

Во всех современных устройствах, работающих за счёт электроэнергии, предусмотрено заземление. Всё, что требуется сделать — просто обеспечить соединение с основной заземлительной системой.

Элементы искусственного контура

Несмотря на то что естественные и искусственные заземлители выполняют одинаковую функцию, заключающуюся в защите от поражения электрическим током, использование первых не всегда оказывается целесообразным. Установка искусственной конструкции необходима, когда:

  1. Она является единственно возможной.
  2. Естественный контур не выдерживает токовых нагрузок.

И в том, и в другом случае оптимальным решением является создание искусственной заземлительной системы с проведением предварительных расчётов. В процессе таких расчётов определяется форма, размер контура и материал, из которого будут выполнены электроды. В качестве основы для них обычно используют сталь, которая имеет покрытие:

  • Из цинка. Обеспечивает устойчивость к действию коррозии и кислотной среды. Детали из такого материала отличаются низким сопротивлением.
  • Из меди. Для стали и меди характерно хорошее сцепление, поэтому такие электроды обладают высокой прочностью и хорошо контактируют с другими материалами. Имеют отличную электропроводимость и долгий срок службы, обеспечивающийся за счёт низкой электрохимической активности металлов.

Ещё один вариант изготовления электродов (из чёрных металлов) обладает существенным недостатком, выражающимся в низкой устойчивости к коррозии и ржавчине. Из-за высокой прочности сопротивление растеканию тока возрастает, в результате этого создаётся очень опасная для человека ситуация.

Расположение электродов

Входящие в общую заземлительную конструкцию детали могут располагаться вертикально или горизонтально. При первом способе монтажа электроды закапываются в грунт на 70 см. При этом их длина не должна превышать 5 м, а диаметр должен находиться в диапазоне 10−16 мм.

Горизонтальный метод укладки предполагает углубление заземлителей на 50 см (в случае с пахотной землёй на — 1 м). Горизонтально расположенные стальные пруты диаметром более 1 см (либо стальные полосы толщиной более 4 мм) используются для связывания вертикально установленных элементов, стыки между ними фиксируются при помощи сварки. Такой метод показывает свою эффективность лишь при достаточной электропроводимости верхнего слоя грунта.

Правила устройства электроустановок обязывают обеспечить заземление для электрооборудования бытового и промышленного назначения. Чётких требований относительно того, как электроды должны располагаться в грунте, не существует. В каждом конкретном случае это определяется индивидуально.​

Электрическая безопасность, созданная с помощью искусственных заземлителей, реализуется с помощью уменьшения разности потенциалов и отвода блуждающего тока. Ток утечки возникает вследствие взаимодействия заземляющего элемента и фазного кабеля. Одновременно обеспечивается бесперебойное и эффективное функционирование электротехники.

Особенности установки

Для того чтобы искусственная заземлительная конструкция эффективно выполняла защитную функцию, она должна быть правильно установлена с применением техники и специального оборудования. При укладке двух горизонтальных электродов от заземляемой части установки их необходимо располагать в противоположном направлении. Если количество заземлителей больше двух, их монтаж требуется проводить под наклоном в 90−120 градусов. Таким образом удастся достичь улучшенного показателя сопротивляемости деталей.

В процессе установки происходит распределение электрических потенциалов. Наличие существенной разницы показателей на поверхности земли и внутри неё повлечёт за собой возникновение опасных напряжений. С целью предотвращения такой ситуации и выравнивания параметров применяется искусственный заземлительный элемент в виде сетки, когда горизонтальные электроды располагаются вдоль и поперёк, а места их пересечений фиксируются сваркой.

При таком способе укладки необходимо избегать слишком близкого расположения электродов друг к другу. Иначе возникнет экранирование, которое существенно уменьшит эффективность заземлителей.

Заземлители искусственного типа должны иметь естественный цвет, их нельзя окрашивать, поскольку это приведёт к образованию изоляционного слоя. Он ограничит протекание электричества в грунт. Покрывать битумной краской разрешается только места соединения проводников, обработанные сваркой. Такое покрытие защитит элементы от раннего разрушения.

Самой простой и эффективной (с точки зрения монтажа и эксплуатации) считается установка круглой заземлительной конструкции. Она имеет низкую себестоимость, поскольку для её изготовления требуется минимальное количество материалов. Коррозийная устойчивость круглого контура значительно выше, чем контуров другой формы.

Измерение сопротивления

Завершающим этапом монтажа конструкции является измерение сопротивления, которым обладают электроды. Этот параметр является главной качественной характеристикой работы заземлительного контура искусственного типа. Он зависит от таких факторов, как площадь электродов и удельное электрическое сопротивление грунта.

Удельное сопротивление показывает уровень электропроводности грунта, выступающего в роли проводника. В разных почвах оно разное, на его величину оказывает влияние влажность, температура, состав и плотность грунта, а также наличие в нём солей, кислотных и щелочных остатков.

Проверка сопротивления установленного контура происходит с применением специальной техники. Если система содержит разветвления, то сначала делают замеры на отдельных участках магистрали и сравнивают их с показателями на участке, связанном с заземлителем. После этого снимают показания между заземляемыми электроустановками и соотносят их с показателями на ранее проверенных участках.

Из какого материала должны изготавливаться искусственные заземлители?

В данной инструкции изложены основные функции сайта, и как ими пользоваться

Здравствуйте,  

Вы находитесь на странице инструкции сайта Тестсмарт.
Прочитав инструкцию, Вы узнаете  функции каждой кнопки.
Мы начнем сверху, продвигаясь  вниз, слева направо.
Обращаем Ваше внимание, что в мобильной версии  все кнопки располагаются, исключительно сверху вниз. 
Итак, первый значок, находящийся в самом верхнем левом углу, логотип сайта. Нажимая на него, не зависимо от страницы,  попадете на главную страницу.
«Главная» —  отправит вас на первую страницу.
«Разделы сайта» —  выпадет список разделов, нажав на один из них,  попадете в раздел интересующий Вас.

На странице билетов добавляется кнопка «Билеты», нажимая — разворачивается список билетов, где выбираете интересующий вас билет.

«Полезные ссылки» — нажав, выйдет список наших сайтов, на которых Вы можете получить дополнительную информацию.

 

 

 

В правом углу, в той же оранжевой полосе, находятся белые кнопки с символическими значками.

  • Первая кнопка выводит форму входа в систему для зарегистрированных пользователей.
  • Вторая кнопка выводит форму обратной связи через нее, Вы можете написать об ошибке или просто связаться с администрацией сайта.
  • Третья кнопка выводит инструкцию, которую Вы читаете. 🙂
  • Последняя кнопка с изображением книги ( доступна только на билетах) выводит список литературы необходимой для подготовки.
Опускаемся ниже, в серой полосе расположились кнопки социальных сетей, если Вам понравился наш сайт нажимайте, чтобы другие могли так же подготовиться к экзаменам.
Следующая функция «Поиск по сайту» — для поиска нужной информации, билетов, вопросов. Используя ее, сайт выдаст вам все известные варианты.
Последняя кнопка расположенная справа, это селектор нажав на который вы выбираете, сколько вопросов на странице вам нужно , либо по одному вопросу на странице, или все вопросы билета выходят на одну страницу.

На главной странице и страницах категорий, в середине, расположен список разделов. По нему вы можете перейти в интересующий вас раздел.
На остальных страницах в середине располагается сам билет. Выбираете правильный ответ и нажимаете кнопку ответ, после чего получаете результат тестирования.
Справой стороны (в мобильной версии ниже) на страницах билетов располагается навигация по билетам, для перемещения по страницам билетов.
На станицах категорий расположен блок тем, которые были добавлены последними на сайт.
Ниже добавлены ссылки на платные услуги сайта. Билеты с ответами, комментариями и результатами тестирования.

В самом низу, на черном фоне, расположены ссылки по сайту и полезные ссылки на ресурсы, они дублируют верхнее меню.
Надеемся, что Вам понравился наш сайт, тогда жмите на кнопки социальных сетей, что бы поделиться с другими и поможете нам.
Если же не понравился, напишите свои пожелания в форме обратной связи. Мы работаем над улучшением и качественным сервисом для Вас.

С уважением команда Тестсмарт.

Из какого материала должны изготавливаться искусственные заземлители?

  Начало формы
Из черной или оцинкованной стали или меди Правильный ответ

Конец формы

Какие плакаты из перечисленных относятся к предупреждающим?

  Начало формы
Осторожно! Электрическое напряжение. Правильный ответ

Конец формы

10. В каком месте касания земли электрическим проводом можно попасть под «шаговое» напряжение?

  Начало формы
В радиусе 8 м от места касания Правильный ответ

Конец формы

Билет28

Сколько источников питания необходимо для организации электроснабжения электроприемников второй категории?

  Начало формы
Два независимых взаимно резервирующих источника питания Правильный ответ

Конец формы

С какой нейтралью должны работать электрические сети напряжением 10 кВ?

  Начало формы
С изолированной нейтралью Правильный ответ

Конец формы

Какие меры принимаются к работнику, который в период дублирования был признан профнепригодным к данному виду деятельности?

  Начало формы
Он снимается с подготовки Правильный ответ

Конец формы

Какая группа электробезопасности должна быть у ответственного за электрохозяйство в электроустановках напряжением до 1000 В?

  Начало формы
Четвертая Правильный ответ

Конец формы

Сколько работников и с какой группой по электробезопасности должны выполнять проверку отсутствия напряжения на ВЛ напряжением выше 1000 В?



  Начало формы
Два работника, один из которых имеет III группу, а второй — IV Правильный ответ

Конец формы

В каком случае допускается применять нестандартизированные средства измерений?

  Начало формы
Если эти средства прошли метрологическую аттестацию в установленном порядке Правильный ответ

Конец формы

Какова периодичность осмотров заземляющих устройств с выборочным вскрытием грунта?

  Начало формы
По графику, но не реже одного раза в двенадцать лет Правильный ответ

Конец формы

Какая периодичность осмотра состояния средств защиты, используемых в электроустановках?

  Начало формы
Не реже одного раза в шесть месяцев Правильный ответ

Конец формы

9. Каким образом следует передвигаться в зоне «шагового» напряжения?

  Начало формы
«Гусиным шагом» Правильный ответ

Конец формы

В какой последовательности необходимо начать оказывать первую доврачебную помощь пострадавшим от действия электрического тока в случае, если он без сознания, но пульс на сонной артерии есть?

  Начало формы
Убедиться в наличии пульса, повернуть на живот, очистить полость рта, приложить холод к голове, наложить на раны повязки и шины, если нужно и вызвать скорую помощь Правильный ответ

Конец формы

Билет29

Какие помещения относятся к помещениям с повышенной опасностью?

  Начало формы
Любое из перечисленных помещений относится к помещениям с повышенной опасностью Правильный ответ

Конец формы

Какие помещения называются сырыми?

  Начало формы
Помещения, в которых относительная влажность воздуха превышает 75% Правильный ответ

Конец формы

Кто проводит первичный инструктаж командированному персоналу при проведении работ в электроустановках до 1000 В?

  Начало формы
Работник организации — владельца электроустановок из числа административно-технического персонала, имеющий группу IV Правильный ответ

Конец формы

Какой инструктаж должен пройти электротехнический персонал перед началом работ по распоряжению?

  Начало формы
Целевой Правильный ответ

Конец формы

Сколько человек должно быть в составе бригады, выполняющих работы по перетяжке и замене проводов на воздушных линиях электропередач напряжением до 1000 В?

Вопрос 6.

Из какого материала должны изготавливаться искусственные заземлители?

1.7.111. ПУЭ

Искусственные заземлители могут быть из черной или оцинкованной стали или медными.

 

Искусственные заземлители не должны иметь окраски.

 

Материал и наименьшие размеры заземлителей должны соответствовать приведенным в табл. 1.7.4.

1.7.111. ПУЭ

Таблица 1.7.4

Наименьшие размеры заземлителей и заземляющих проводников, проложенных в земле

Материал Профиль сечения Диаметр, мм Площадь поперечного сечения, мм Толщина стенки, мм

1 2 3 4 5

Сталь черная Круглый:

для вертикальных

заземлителей 16 — —

-для горизонтальных

заземлителей 10 — —

-Прямоугольный — 100 4

Угловой — 100 4

Трубный 32 — 3,5

Сталь

оцинкованная Круглый:

для вертикальных

заземлителей 12 — —

— для горизонтальных

заземлителей 10 — —

Прямоугольный — 75 3

Трубный 25 — 2

Медь Круглый 12 — —

Прямоугольный — 50 2

Трубный 20 — 2

Канат

многопроволочный 1,8*1 35 —

 

Вопрос 7.

Что называется защитным заземлением?

п.п.1.7.28-1.7.30 ПУЭ

1.7.28. Заземление — преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством 

1.7.29. Защитное заземление — заземление, выполняемое в целях электробезопасности.

1.7.30. Рабочее (функциональное) заземление — заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности).

Начало формы

Вопрос 8.

Что называется рабочим заземлением?

п.п.1.7.28-1.7.30 ПУЭ

1.7.28. Заземление — преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.

1.7.29. Защитное заземление — заземление, выполняемое в целях электробезопасности.

1.7.30. Рабочее (функциональное) заземление — заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности).

Конец формы

Из какого материала могут быть искусственные заземлители

Из черной или оцинкованной стали или меди Правильный ответ
Из меди и алюминия Неправильный ответ
Из стали, меди и алюминия Неправильный ответ
Из оцинкованной стали и алюминия Неправильный ответ

Вопрос 7

Что необходимо сделать при обнаружении непригодности средств защиты?

Сдать на внеочередной осмотр и испытания Неправильный ответ
Поставить в известность непосредственного руководителя Неправильный ответ
Изъять из эксплуатации, сделать запись в журнале учета и содержания средств защиты об изъятии или в оперативной документации Правильный ответ
Внести изменения в Положение о продлении срока эксплуатации СИЗ Неправильный ответ

Вопрос 8

Выберите правильный порядок действий по спасению жизни и сохранению здоровья пострадавшего.

Вызвать скорую помощь, освободить пострадавшего от воздействия на него опасного производственного фактора, выполнить необходимые мероприятия по спасению пострадавшего Неправильный ответ
Вызвать скорую помощь, оценить состояние пострадавшего, освободить пострадавшего от воздействия на него опасного производственного фактора, выполнить необходимые мероприятия по спасению пострадавшего Неправильный ответ
Освободить пострадавшего от воздействия на него опасного производственного фактора, оценить состояние пострадавшего, вызвать скорую помощь, выполнить необходимые мероприятия по спасению пострадавшего Правильный ответ
Оценить состояние пострадавшего, освободить пострадавшего от воздействия на него опасного производственного фактора, выполнить необходимые мероприятия по спасению пострадавшего, вызвать скорую помощь Неправильный ответ

Вопрос 9

Кто должен проводить инструктаж бригаде по вопросам использования инструмента и приспособлений?

Только ответственный руководитель работ Неправильный ответ
Только производитель работ Неправильный ответ
Только допускающий Неправильный ответ
Все перечисленные лица Правильный ответ

Вопрос 10

Какую периодичность пересмотра инструкций и схем обязан обеспечить ответственный за электрохозяйство?

Заземление является главным защитным инструментом, предотвращающим риск поражения человека электрическим током. Без него использование электротехники небезопасно, поэтому оно должно присутствовать и в городской квартире, и в частном доме. Заземлительная система может быть естественной или искусственной. Создавая защитную конструкцию самостоятельно, важно знать, из какого материала должны изготавливаться искусственные заземлители.

Разновидности конструкций

Применение неправильно подключённых электроприборов может быть небезопасным. Опасность состоит в том, что в процессе использования может случиться пробой, в результате которого напряжение перейдёт на корпус устройства. Это напряжение может как вывести из строя сам прибор, так и нанести человеку электротравму разной степени тяжести (вплоть до летального исхода). Для предотвращения подобных проблем могут быть использованы два вида заземления:

  • Естественное. К нему относятся массивные конструкции, постоянно находящиеся в земле. Роль естественных заземлителей отводится фундаментам зданий, водопроводным трубам, металлоконструкциям и шпунтам, хорошо закреплённым в грунте. Достоинство таких конструкций в том, что на обеспечение заземления с их помощью не требуется дополнительных затрат. Однако сопротивление естественного контура невозможно рассчитать.
  • Искусственное. Заземление такого рода создаётся специально из горизонтальных и вертикальных элементов (электродов), изготовленных из определённого материала и имеющих конкретный размер. В качестве основных элементов искусственного контура чаще всего выступают стальные детали, имеющие круглую или угловую форму. Качество такого заземления зависит от сопротивления, которым обладают искусственные заземлители. Определение сопротивления каждого электрода осуществляется по специальной формуле.

Во всех современных устройствах, работающих за счёт электроэнергии, предусмотрено заземление. Всё, что требуется сделать — просто обеспечить соединение с основной заземлительной системой.

Элементы искусственного контура

Несмотря на то что естественные и искусственные заземлители выполняют одинаковую функцию, заключающуюся в защите от поражения электрическим током, использование первых не всегда оказывается целесообразным. Установка искусственной конструкции необходима, когда:

  1. Она является единственно возможной.
  2. Естественный контур не выдерживает токовых нагрузок.

И в том, и в другом случае оптимальным решением является создание искусственной заземлительной системы с проведением предварительных расчётов. В процессе таких расчётов определяется форма, размер контура и материал, из которого будут выполнены электроды. В качестве основы для них обычно используют сталь, которая имеет покрытие:

  • Из цинка. Обеспечивает устойчивость к действию коррозии и кислотной среды. Детали из такого материала отличаются низким сопротивлением.
  • Из меди. Для стали и меди характерно хорошее сцепление, поэтому такие электроды обладают высокой прочностью и хорошо контактируют с другими материалами. Имеют отличную электропроводимость и долгий срок службы, обеспечивающийся за счёт низкой электрохимической активности металлов.

Ещё один вариант изготовления электродов (из чёрных металлов) обладает существенным недостатком, выражающимся в низкой устойчивости к коррозии и ржавчине. Из-за высокой прочности сопротивление растеканию тока возрастает, в результате этого создаётся очень опасная для человека ситуация.

Расположение электродов

Входящие в общую заземлительную конструкцию детали могут располагаться вертикально или горизонтально. При первом способе монтажа электроды закапываются в грунт на 70 см. При этом их длина не должна превышать 5 м, а диаметр должен находиться в диапазоне 10−16 мм.

Горизонтальный метод укладки предполагает углубление заземлителей на 50 см (в случае с пахотной землёй на — 1 м). Горизонтально расположенные стальные пруты диаметром более 1 см (либо стальные полосы толщиной более 4 мм) используются для связывания вертикально установленных элементов, стыки между ними фиксируются при помощи сварки. Такой метод показывает свою эффективность лишь при достаточной электропроводимости верхнего слоя грунта.

Правила устройства электроустановок обязывают обеспечить заземление для электрооборудования бытового и промышленного назначения. Чётких требований относительно того, как электроды должны располагаться в грунте, не существует. В каждом конкретном случае это определяется индивидуально.​

Электрическая безопасность, созданная с помощью искусственных заземлителей, реализуется с помощью уменьшения разности потенциалов и отвода блуждающего тока. Ток утечки возникает вследствие взаимодействия заземляющего элемента и фазного кабеля. Одновременно обеспечивается бесперебойное и эффективное функционирование электротехники.

Особенности установки

Для того чтобы искусственная заземлительная конструкция эффективно выполняла защитную функцию, она должна быть правильно установлена с применением техники и специального оборудования. При укладке двух горизонтальных электродов от заземляемой части установки их необходимо располагать в противоположном направлении. Если количество заземлителей больше двух, их монтаж требуется проводить под наклоном в 90−120 градусов. Таким образом удастся достичь улучшенного показателя сопротивляемости деталей.

В процессе установки происходит распределение электрических потенциалов. Наличие существенной разницы показателей на поверхности земли и внутри неё повлечёт за собой возникновение опасных напряжений. С целью предотвращения такой ситуации и выравнивания параметров применяется искусственный заземлительный элемент в виде сетки, когда горизонтальные электроды располагаются вдоль и поперёк, а места их пересечений фиксируются сваркой.

При таком способе укладки необходимо избегать слишком близкого расположения электродов друг к другу. Иначе возникнет экранирование, которое существенно уменьшит эффективность заземлителей.

Заземлители искусственного типа должны иметь естественный цвет, их нельзя окрашивать, поскольку это приведёт к образованию изоляционного слоя. Он ограничит протекание электричества в грунт. Покрывать битумной краской разрешается только места соединения проводников, обработанные сваркой. Такое покрытие защитит элементы от раннего разрушения.

Самой простой и эффективной (с точки зрения монтажа и эксплуатации) считается установка круглой заземлительной конструкции. Она имеет низкую себестоимость, поскольку для её изготовления требуется минимальное количество материалов. Коррозийная устойчивость круглого контура значительно выше, чем контуров другой формы.

Измерение сопротивления

Завершающим этапом монтажа конструкции является измерение сопротивления, которым обладают электроды. Этот параметр является главной качественной характеристикой работы заземлительного контура искусственного типа. Он зависит от таких факторов, как площадь электродов и удельное электрическое сопротивление грунта.

Удельное сопротивление показывает уровень электропроводности грунта, выступающего в роли проводника. В разных почвах оно разное, на его величину оказывает влияние влажность, температура, состав и плотность грунта, а также наличие в нём солей, кислотных и щелочных остатков.

Проверка сопротивления установленного контура происходит с применением специальной техники. Если система содержит разветвления, то сначала делают замеры на отдельных участках магистрали и сравнивают их с показателями на участке, связанном с заземлителем. После этого снимают показания между заземляемыми электроустановками и соотносят их с показателями на ранее проверенных участках.

Металлоконструкции, специально выполняемые для заземляющих цепей, характеризуются в качестве искусственного заземлителя. Используется этот вид электродов в таких случаях:

  • невозможность применения естественных заземляющих элементов;
  • превышение токовых показателей допустимых нагрузок на естественный заземлитель.

Такой структурный элемент заземления имеет определенную конфигурацию (материал, количество элементов, длина, месторасположение электродов).

Что выступает в роли искусственного заземлителя

Заземляющий элемент выполняется в виде проводника (электрода) определенного материала, который помещается в грунт. В некоторых случаях монтируется несколько подобных заземлителей.

Определение ситуации, когда необходимо монтировать именно группу искусственных стержней, реализуется посредством специальных расчетов. Результатом вычисления обосновывается выбор конфигурации электрода по отношению к его сопротивлению — основному показателю, определяющему качество заземления.

Важно! Совокупность соединенных искусственных стержней, вмонтированных в землю и объединенных с электрооборудованием при помощи проводника, образует заземляющий контур.

Искусственный заземлитель изготавливается из таких материалов:

  1. Омедненная сталь. Соединение меди и стали имеет хорошее сцепление. Стержни прочные, отлично контактируют с любыми материалами. За счет химических особенностей сплав обладает отличной электропроводимостью. Электрохимическая активность меди и стали незначительна, нормальная эксплуатация заземлителей из такого металла может достигать больше ста лет.
  2. Оцинкованная сталь. Преимущества — коррозионная стойкость материала, низкое сопротивление, электроды устойчивы к кислотной среде.
  3. Черные металлы. Недостаток — быстрое разрушение в агрессивном грунте (образуются коррозия и ржавчина). Высокая прочность материала повышает сопротивление растеканию тока, что крайне опасно для человека.

Помимо материала, искусственные заземлители различается по форме и по расположению в почве (углубленный вертикальный и протяжной горизонтальный тип).

Чем отличаются вертикальные и горизонтальные заземлители

Особого функционального отличия между такими типами электродов нет. При монтаже как вертикального, так и горизонтального элемента важна лишь глубина их погружения.

Стандартные показатели заглубления:

  1. Верхний конец вертикально заложенных в грунт заземляющих элементов углубляется на 0,7 м. Укладываются на дно горизонтально, по периметру фундамента. Диаметр электродов — от десяти до шестнадцати мм, длина — до 5 м.
  2. Горизонтальные элементы заземляющего устройства углубляются в грунт на 0,5 м. Если земля пахотная, прокладывать их необходимо на глубину не меньше 1 м. Рациональность их применения обоснована лишь при хорошей электропроводимости верхнего слоя почвы. Такой вид электродов может использоваться для связи вертикальных заземляющих элементов. Соединения выполняются при помощи сварки. Применяется или сталь округлой формы диаметром более 10 мм, или стальные полосы толщиной больше 4 мм.

Обратите внимание! Практичнее использовать вертикальные заземлители. Горизонтальные элементы заземления крайне сложно заглубить в почву на необходимую глубину. При небольшой глубине в таких заземлителях начинает ухудшаться основной характеризующий показатель — увеличивается удельное сопротивление.

Конкретного профильного требования, которое регламентирует монтаж заземлителей четко в вертикальном положении, не существует (исключительно рекомендательный характер). Возможен вариант установки вертикального электрода под незначительным углом. Такой фактор не отражается на функциональности заземлителя.

Функции искусственного заземляющего элемента

Согласно пункту ПУЭ 1.7.28, заземление должно быть организованно для всех видов промышленных и бытовых электроустановок. Необходимость установки аргументирована практической значимостью функций системы. Каждой части заземляющего устройства отведена своя задача.

Проводящий элемент или совокупность соединенных между собой аналогичных элементов заземляющего устройства играют важную роль в надлежащей работе всей системы заземления объекта.

Существует две основных функции заземления, которые реализуются при помощи искусственного заземлителя:

  1. Обеспечение электрической безопасности пользователям электроустановки. Основные задачи защитной функции — уменьшение показателей разности потенциалов, отвод блуждающего тока. Ток утечки образуется при взаимодействии заземляющего предмета с фазным кабелем.
  2. Поддержка эффективной и бесперебойной работы как электрического оборудования, так и всей электроустановки.

Важно! Заземление более эффективно, когда электрическая система объекта оснащена УЗО (устройством защитного отключения) или аналогичными защитными приборами. Такие устройства моментально реагируют на утечку тока.

Искусственный заземлитель имеет ряд требований, реализация которых позволит добиться надлежащего результата выполнения функций. Основа — надежный монтаж и оптимальное расположение в грунте заземляющего элемента.

Как устанавливать искусственный электрод в грунт

Искусственный заземлитель в процессе изготовления неоднократно подвергается проверке на соответствие всем параметрам нормативных требований. Аналогичная ситуация с его установкой и расположением в грунте. Обобщив данные, можно выделить основные моменты производства такого электромонтажа:

  1. Процесс установки практически полностью механизирован.
  2. Если предусмотрено два протяженных (горизонтальных) луча, от заземляемой части электроустановки электроды прокладываются в противоположных направлениях. При условии, что заземлителей больше двух, прокладка лучей осуществляется под наклоном (угол в 120° – 90°). Обусловлено такое размещение улучшением показателя сопротивляемости.
  3. При монтаже заземлителя часто происходит распределение потенциалов. Разница потенциала на поверхности грунта (сверху заземлителя) и вокруг элемента (внутри почвы) служит причиной возникновения опасных напряжений. Для выравнивания потенциалов в таких случаях искусственный заземлитель изготавливается в форме сетки. Горизонтальные электроды прокладываются как вдоль, так и поперек площади электроустановки. Соединения на местах пересечения выполняются сваркой.

Важно! При близком расположении электродов такого типа происходит экранирование. Снижается показатель их эффективности.

Завершающим этапом выполнения заземления обязательно будет работа по измерению параметров сопротивления заземления.

Как определить сопротивление

Согласно нормативной документации, такой показатель считается основным для определения качества заземляющего устройства. Сопротивление регламентирует надежность производства основных функций заземляющих элементов.

Факторы, которые оказывают первостепенное влияние на показатель:

  1. Площадь (S) заземляющих электродов с почвой («стекание» тока).
  2. Удельное электрическое сопротивление грунта (R).

Существуют стандартные показатели сопротивления растекания, при соответствии которым реализуется эффективная работа заземляющей системы. Определяется уровень проводимости тока устройством.

Обратите внимание! Для электроустановки с напряжением в 380 В показатель сопротивления не должен превышать 30 Ом. Системы видеонаблюдения, серверные блоки и медаппаратура выполняется заземлением с сопротивлением заземляющих элементов в 0,5–1 Ом.

Определение такого показателя проводимости не единичная рекомендация. Существует еще и ряд общеобязательных требований по структуре и монтажу такого элемента заземления.

Основные требования

Большая часть профильных рекомендаций и правил регламентирует конструкцию и размещение такой составной части заземляющей системы. Требования, которым должен соответствовать искусственный заземлитель:

  1. Для засушливых территорий существует отдельная технология производства заземления с применением железобетонных конструкций.
  2. Искусственный заземлитель не подлежит окраске. Объясняется тем, что любое окрашивание выполняет роль изолятора. Изоляция будет препятствовать протеканию тока в почву. Искусственный заземлитель должен иметь естественный цвет.
  3. Окраске подлежат сварочные швы (соединения проводников). Окрашиваются битумной краской, предотвращается преждевременное разрушение соединительных элементов.
  4. Нестандартные (уменьшенные) значения электродов применяются исключительно при установке временных электроустановок.

Оптимальным выбором материала заземлителя считается круглая арматура. Обоснование такого приоритета:

  1. Минимальный расход металла. Следовательно, снижается себестоимость заземляющего устройства.
  2. Коррозионная стойкость у такого электрода значительно выше, чем у его аналогов.
  3. Легкость монтажа.

Помимо профильных требований, существует рекомендационная стандартизация параметров (размеров) материала, используемого для создания искусственного заземляющего элемента.

Как подбираются размеры искусственных электродов

Все параметры основной конфигурации проводников в обязательном порядке должны соответствовать нормативным требованиям профильной документации, в частности ГОСТ Р 50571.5.54-2013.

  1. Стальной прут в диаметре должен быть свыше 10 мм.
  2. Оцинкованный арматурный стержень должен иметь диаметр 6 мм и больше.
  3. Соблюдение толщины стенок в уголках — свыше 4 мм.
  4. Молниезащитные заземлители применяются с сечением свыше 155 мм².
  5. Стенки отбракованных труб монтируются с толщиной свыше 3,5 мм.
  6. Толщина стенок отбракованных труб не менее 3,5 мм.

Правильно подобранные материалы и размеры электродов, применение оптимальной вариации производства такого электромонтажа — основные рабочие моменты заземления, которые влияют на качество работы заземлителя.

Искусственный электрод обладает важным эксплуатационным преимуществом, обусловленным принципом монтажа. Такой вид чаще монтируется глубоко в грунт. За счет грунтовых вод уменьшается показатель удельного сопротивления материала. Итог — реализация оптимальной характеристики и стабильности конечного сопротивления заземлителя.

Какая периодичность проверки знаний по электробезопасности установлена для персонала, обслуживающего электроустановки?

Не реже одного раза в год  
Не реже одного раза в два года  
Не реже одного раза в три года  
Не реже одного раза в пять лет  

Какой инструктаж должен пройти электротехнический персонал перед началом работ по распоряжению?

Вводный  
Первичный на рабочем месте  
Целевой  
Повторный  

Кто имеет право единолично проводить уборку помещений с электрооборудованием напряжением до и выше 1000 В, где токоведущие части ограждены?

Работник, имеющий II группу по электробезопасности  
Работник, имеющий III группу по электробезопасности  
Работник, имеющий I группу по электробезопасности  
Работник организации, отвечающий за уборку данного помещения  

Из какого материала должны изготавливаться искусственные заземлители?

Из черной или оцинкованной стали или меди  
Из меди и алюминия  
Из стали, меди и алюминия  
Из оцинкованной стали и алюминия  

Что должны сделать работники, обнаружившие неисправность средств защиты?

Изъять из эксплуатации, сдать на внеочередной осмотр и испытания  
Изъять из эксплуатации, сделать запись в журнале об изъятии, сдать на внеочередной осмотр и испытания  
Изъять из эксплуатации, сделать запись в журнале учета и содержания средств защиты об изъятии  
Изъять из эксплуатации, сделать запись в журнале об изъятии, сдать на внеочередной осмотр и испытания, произвести замену средств защиты  

29. Какой фон должен быть у предупреждающего знака «Осторожно! Электрическое напряжение», который наносится посредством трафарета на железобетонную опору ВЛ?

Белый  
Желтый  
Фоном служит цвет поверхности бетона  

30. В каком максимальном радиусе от месте касания земли электрическим проводом можно попасть под «шаговое» напряжение?

Непосредственно в месте касания земли  
В радиусе 5 м от места касания  
В радиусе 8 м от места касания  
В радиусе 2 м от места касания  

Какие буквенные и цветовые обозначения должны иметь шины при постоянном токе?

Положительная шина (+) — красным цветом, отрицательная (-) — синим и нулевая рабочая M — голубым цветом  
Положительная шина (+) — зеленым цветом, отрицательная (-) — красным и нулевая рабочая M — голубым цветом  
Положительная шина (+) — красным цветом, отрицательная (-) — синим и нулевая рабочая M — белым цветом  
Положительная шина (+) — зеленым цветом, отрицательная (-) — синим и нулевая рабочая M — голубым цветом  

На какие конструктивные типы делятся двигатели в зависимости от условий окружающей среды?

На открытые, закрытые, защищенные, взрывозащищенные  
На открытые, полуоткрытые, закрытые  
На открытые, закрытые, защищенные, пылезащищенные, взрывозащищенные  
На незащищенные, взрывозащищенные, пылезащищенные, влагозащищенные  

Чем должны быть укомплектованы электроустановки?

Защитными средствами, средствами пожаротушения  
Средствами пожаротушения, исправным инструментом и средствами оказания первой медицинской помощи  
Исправным инструментом  
Испытанными защитными средствами, средствами пожаротушения, исправным инструментом и средствами оказания первой медицинской помощи  

Сколько существует групп допуска по электробезопасности?

Три  
Четыре  
Пять  
Шесть  

Что должны сделать работники, обнаружившие неисправность средств защиты?

Изъять из эксплуатации, сдать на внеочередной осмотр и испытания  
Изъять из эксплуатации, сделать запись в журнале об изъятии, сдать на внеочередной осмотр и испытания  
Изъять из эксплуатации, сделать запись в журнале учета и содержания средств защиты об изъятии  
Изъять из эксплуатации, сделать запись в журнале об изъятии, сдать на внеочередной осмотр и испытания, произвести замену средств защиты  

36. Какие запрещающие плакаты вывешиваются на приводах коммутационных аппаратов во избежание подачи напряжения на рабочее место при проведении ремонта или планового осмотра оборудования?

«Не включать! Работают люди»  
«Не открывать! Работают люди»  
«Работа под напряжением! Повторно не включать!»  

Какие объекты относятся к обычным объектам по степени опасности поражения молнией?

Жилые и административные строения  
Объекты, представляющие опасность для непосредственного окружения, социальной и физической окружающей среды  
Здания высотой более 60 м  
Все объекты  

Какой цвет окраски должны иметь искусственные заземлители — Строй Обзор

На чтение 10 мин Просмотров 203 Опубликовано

Ответ Результат
Искусственные заземлители не должны иметь окраски Правильный ответ
Черный или темно-синий Неправильный ответ
Желтый Неправильный ответ
Серый или светло-зеленый Неправильный ответ

Кто имеет право проводить обслуживание аккумуляторных батарей и зарядных устройств?

Ответ Результат
Специально обученный персонал, имеющий II группу по электробезопасности Неправильный ответ
Любой работник из числа электротехнического персонала, имеющий III группу по электробезопасности Неправильный ответ
Специально обученный персонал, имеющий III группу по электробезопасности Правильный ответ
Специально обученный персонал, имеющий IV группу по электробезопасности Неправильный ответ

Что необходимо сделать при обнаружении непригодности средств защиты?

Ответ Результат
Сдать на внеочередной осмотр и испытания Неправильный ответ
Поставить в известность непосредственного руководителя Неправильный ответ
Изъять из эксплуатации, сделать запись в журнале учета и содержания средств защиты об изъятии или в оперативной документации Правильный ответ
Внести изменения в Положение о продлении срока эксплуатации СИЗ Неправильный ответ

10.Каким образом следует передвигаться в зоне «шагового» напряжения?

Ответ Результат
Обычным шагом Неправильный ответ
«Гусиным шагом» Правильный ответ
Широкими шагами в ускоренном темпе Неправильный ответ
Бегом Неправильный ответ

Билет № 17

Что понимается под напряжением шага?

Ответ Результат
Напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека или животного Неправильный ответ
Напряжение между двумя точками земли, обусловленное растеканием тока замыкания на землю, при одновременном касании их ногами человека Неправильный ответ
Напряжение, возникающее при протекании тока по проводнику между двумя точками Неправильный ответ
Напряжение между двумя точками на поверхности земли на расстоянии 1 м одна от другой, которое принимается равным длине шага человека Правильный ответ
Напряжение между двумя точками электрической цепи с разным потенциалом Неправильный ответ

В каком случае электродвигатели должны быть немедленно отключены от питающей сети?

Ответ Результат
Только при появлении дыма или первых признаках появления огня Неправильный ответ
Только при поломке приводного механизма Неправильный ответ
Только при нагреве подшипников сверх установленной температуры Неправильный ответ
Только при несчастном случае с персоналом Неправильный ответ
В любом из перечисленных случаев Правильный ответ

В каких электроустановках применяют диэлектрические боты?

Ответ Результат
В электроустановках напряжением до 1000 В Неправильный ответ
В электроустановках напряжением выше 1000 В Неправильный ответ
В электроустановках напряжением до 10000 В Неправильный ответ
Во всех электроустановках Правильный ответ

Какую первую помощь необходимо оказать пострадавшему от действия электрического тока в случае, если он находится в бессознательном состоянии, но с сохранившимся устойчивым дыханием и пульсом?

Ответ Результат
Повернуть на живот, очистить полость рта, убедиться в наличии пульса, наложить на раны повязки и шины Неправильный ответ
Ровно и удобно уложить, распустить и расстегнуть одежду, создать приток свежего воздуха, давать нюхать нашатырный спирт, обрызгивать водой, обеспечить полный покой и вызвать скорую помощь Правильный ответ
Приложить холод к голове и вызвать скорую помощь Неправильный ответ
В полном объеме проводить реанимационные мероприятия Неправильный ответ

Кому предоставлено право проведения инструктажа неэлектротехнического персонала для присвоения I группы допуска?

Дата добавления: 2018-08-06 ; просмотров: 1174 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ

1. Что в соответствии с Правилами устройства электроустановок входит в понятие «Прямое прикосновение»?

Электрический контакт людей или животных с токоведущими частями, находящимися под напряжением

2. Что в соответствии с Правилами устройства электроустановок входит в понятие «Косвенное прикосновение»?

Электрический контакт людей или животных с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции

3. Что понимается под напряжением прикосновения?

Напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека или животного

4. Что понимается под напряжением шага?

Напряжение, возникающее при протекании тока по проводнику между двумя точками

Напряжение между двумя точками на поверхности земли на расстоянии 1 м одна от другой, которое принимается равным длине шага человека

5. Что называется защитным заземлением?

Заземление, выполняемое в целях электробезопасности

6. Что называется рабочим заземлением?

Заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности)

7. Что называется заземлителем?

Проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду

8. Какие защитные меры применяются для защиты людей от поражения электрическим током при косвенном прикосновении в случае повреждения изоляции?

9. В каких случаях из перечисленных защита от прямого прикосновения не требуется?

Если электрооборудование находится в зоне системы уравнивания потенциалов, а наибольшее рабочее напряжение не превышает 25 В переменного или 60 В постоянного тока в помещениях без повышенной опасности и 6 В переменного или 15 В постоянного тока во всех случаях

10. Когда следует выполнять защиту при косвенном прикосновении?

Во всех случаях, если напряжение в электроустановке превышает 50 В переменного и 120 В постоянного тока

11. Что может быть использовано в качестве естественных заземлителей?

Металлические трубы водопровода, проложенные в земле

12. Из какого материала должны изготавливаться искусственные заземлители?

Из черной или оцинкованной стали или меди

13. Какой цвет окраски должны иметь искусственные заземлители?

Искусственные заземлители не должны иметь окраски

14. В какой цвет должны быть окрашены открыто проложенные заземляющие проводники?

15. Какой знак должен быть нанесен у мест ввода заземляющих проводников в здания?

16. Какие шины не допускается применять в качестве главной заземляющей шины?

17. Каким образом производится присоединение заземляющих проводников к заземлителю и заземляющим конструкциям?

18. Какова периодичность визуального осмотра видимой части заземляющего устройства?

По графику, но не реже одного раза в шесть месяцев

19. Какова периодичность осмотров заземляющих устройств с выборочным вскрытием грунта?

По графику, но не реже одного раза в двенадцать лет

20. При каком минимальном разрушении сечения элемента заземлителя он должен быть заменен?

Если разрушено более 50 % его сечения

21. Можно ли использовать землю в качестве фазного или нулевого провода в электроустановках до 1000 В?

22. Какие объекты относятся к специальным объектам по степени опасности поражения молнией?

Объекты, представляющие опасность для непосредственного окружения, социальной и физической окружающей среды

23. Какие объекты относятся к обычным объектам по степени опасности поражения молнией?

Здания высотой не более 60 м, предназначенные для торговли и промышленного производства, а также жилые и административные строения

24. Какие конструктивные элементы зданий и сооружений могут рассматриваться как естественные молниеприемники?

Любые элементы из перечисленных

25. Когда проводится проверка и осмотр устройств молниезащиты для обеспечения постоянной надежности?

Один раз в год перед началом грозового сезона

Если коротко ответить на вопрос, что является определением понятия искусственного заземлителя, можно сказать, что это проводящий элемент, напрямую контактирующий с землей. Элементов может быть несколько, и контакт может осуществляться посредством промежуточной среды, проводящей электрический ток. От естественного заземления искусственное приспособление отличается тем, что сделано специально с применением расчетов и должной подготовки.

Основные функции

В электротехнике используются такие понятия, как заземление рабочее и защитное. Рабочее заземление применяется с целью обеспечения эффективной и бесперебойной работы установки. Молниеотводы, защищающие электроустановки от небесного электричества и воспламенений, также принадлежат к категории рабочих, поскольку в этом случае заземление никак не ограждает от поражений электрическим током.

Для защиты человека от электротока или удара молнией применяется защитное заземление. Другими словами, защитное заземление выполняется с целью снизить напряжение прикосновения до безопасного уровня. Это особенно важно на электрооборудовании с высоким, опасным для жизни напряжением.
Заземлитель является частью заземляющего устройства (заземления, ЗУ). Он плотно контактирует с грунтом. Один его конец подключен к электроприбору, благодаря чему происходит выравнивание потенциалов прибора и земли, и это защищает от удара током.

Согласно пункту 1.7.28 ПУЭ, заземлением является преднамеренно выполненное электрическое соединение точки электросети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством. Заземление подключают на всех электроустановках.

Расположение в грунте

Искусственное заземление применяется там, где нет возможности воспользоваться естественным заземлением, либо когда токовые нагрузки на естественные заземлители превышают допустимые нормы. Искусственные заземляющие устройства изготавливаются из стальных конструкций, но если в почвах превышена кислотность, или напротив, она подвержена ощелачиванию, применяются ЗУ из меди или оцинкованного металла.

По форме и структуре искусственный заземлитель похож на классический электрод. Чаще, это стержень, выполненный из стальной полосы или круглого прута. По типу расположения существуют 2 основных вида ЗУ. В горизонтальном типе заземлители укладывают по периметру фундамента на дне траншеи.

Вертикальные заземлители делают из стержней диаметром 12-15 мм и длиной до 4-5 метров. Их забивают в грунт на глубину 0,5-0,7 м.

Допускается расположение искусственных заземлителей под некоторым углом, и тогда понятия вертикальный или горизонтальный становится условным.

Наклонное расположение применяют в том случае, если стена строения расположена под углом к вертикали. Наклон не сказывается существенным образом на выполняемых функциях устройства.

В заземлении электроустановок с высоким напряжением используются так называемые сложные заземлители, в которых вертикальные элементы соединены с горизонтальными.

Когда устройство искусственных заземлителей оказывается на пахотной земле, все электроды должны размещаться на глубине не менее 1 метра. Это позволяет увеличить контакт с грунтом.

Какие требования предъявляются к искусственным заземлителям

Искусственные заземлители не подлежат окрашиванию, так как окраска играет роль изолятора и препятствует отведению электротока в землю. Таким образом, цвет заземлителя должен быть естественным, которым обладает применяемый в заземляющих устройствах, металл. Но места соединения проводников (сварочные швы) должны быть окрашены битумной краской, для предотвращения разрушения.

Нельзя размещать искусственные или применять естественные заземлители вблизи источников тепла, которые сушат землю. Для засушливых территорий существует особая железобетонная конструкция. Заземлитель делают в форме емкости, и помещают ниже поверхности земли. Емкость заполняют водой через люк. Таким образом, в заземлении принимает участие водораспределительная система. Стальные электроды соединены с выводом из емкости. Так обеспечивается оптимальное сопротивление.

Для создания искусственных заземлителей используются следующие материалы с указанными параметрами:

  • диаметр стального арматурного прута не менее 10 мм;
  • диаметр оцинкованного прута не менее 6 мм;
  • в уголках толщина стенок от 4 мм;
  • при использовании полосовой стали ее толщина должна быть не менее 4 мм;
  • в молниезащитных заземлителях сечение берется от 155 мм2;
  • толщина стенок отбракованных труб не менее 3,5мм.

Только для временных электроустановок можно применять электроды с минимальными значениями. Чтобы заземляющее устройство служило 40-50 лет в благоприятных грунтовых условиях, достаточно выбрать стержни для него на 2-3 мм больше. Во влажных грунтах толщина и диаметры ЗУ должны быть в 2 раза выше минимального.

Из всех названых материалов наиболее оптимальным признано использование круглой арматуры, поскольку расход металла в этом случае снижается в 1,5 раза, уменьшается соответственно и себестоимость заземляющих устройств.

Коррозионная стойкость у круглой стали выше, чем у линейной, потому что у круглого электрода площадь соприкосновения с землей самая малая в сравнении с другими формами ИЗ. Еще одно преимущество состоит в том, что стержневые круглые электроды легче монтируются, экономится время, затрачиваемое на устройство ЗУ.

При заземлении мощных высоковольтных установок применяются контуры, состоящие из горизонтальных лучей, раскинувшихся на сотни метров и нескольких десятков вертикально установленных стержней. Чтобы искусственные заземлители не экранировали друг на друга, лучи разводят горизонтально в противоположные стороны. Если лучей 3, или 4, их располагают под углом 90 и 120 градусов соответственно.

Сопротивление искусственного заземлителя

Чтобы ЗУ эффективно выполняло свою задачу, оно должно иметь сопротивление растекания, не превышающее определенных значений. Данный параметр показывает, насколько хорошо устройство проводит электрический ток.

Для заземляемой электроустановки с напряжением 380В сопротивление искусственного заземлителя не должно превышать 30 Ом. Работающие под высоким напряжением, медицинская аппаратура, серверные блоки, системы видеонаблюдения заземляются с сопротивлением 0,5-1 Ом.

Расчет для искусственных заземлителей производится с целью определить, какое количество вертикальных и горизонтальных токопроводящих стержней должно быть смонтировано для получения оптимального сопротивления.

5-футовый заземляющий стержень и его малоизвестное использование в NEC

.

Если я слышал это однажды, я слышал это тысячу раз. Единственный легальный заземляющий стержень должен быть установлен в земле не менее чем на 8 футов. Длина стержневых и трубчатых электродов указана в 250,52 (A) (5) в Национальном электротехническом кодексе (NEC) 2017 года . Требования к разделу см. на рисунках 1 и 2.

Однако что, если я скажу вам, что это утверждение не совсем верно? Что, если бы был случай или, может быть, два, когда 5-футовый заземляющий стержень был приемлем? Чтобы найти эту неуловимую информацию, нужно отправиться в последние главы NEC .Чтобы понять, почему существует такая разная длина, нужно знать историю.

Статья 250 NEC — 8-футовый заземляющий стержень

Статья 250 содержит общие требования к заземлению и соединению электроустановок. Разделы 250.52(A)(1)–(A)(7) инструктируют пользователей о том, что все заземляющие электроды, имеющиеся в каждом обслуживаемом здании или сооружении, должны быть соединены вместе для формирования системы заземляющих электродов. Если ни один из этих заземляющих электродов отсутствует, один или несколько заземляющих электродов, указанных в 250.52(A)(4)–(A)(8) должны быть установлены и использоваться (см. рис. 3).

Рисунок 1. Требования к заземляющим стержням.

 

Рис. 2. Требования к заземляющим стержням (продолжение). Рис. 3. Требования к системе заземляющих электродов.

Информацию о заземляющих электродах можно найти в 250.52. В этом разделе подробно описаны различные типы заземляющих электродов. В этой статье обсуждается тот, который находится по адресу 250.52(A)(5). См. язык ниже, а также рисунок 4.


(5) Стержневые и трубчатые электроды. Стержневые и трубчатые электроды должны иметь длину не менее 2,44 м (8 футов) и должны состоять из следующих материалов.

(a) Заземляющие электроды трубы или канала должны быть не меньше метрического обозначения 21 (торговый размер 3∕4) и, если они из стали, должны иметь внешнюю поверхность, оцинкованную или иным образом покрытую металлом для защиты от коррозии.

(b) Заземляющие электроды стержневого типа из нержавеющей стали и меди или стали с цинковым покрытием должны быть не менее 15.87 мм (5∕8 дюймов) в диаметре, если не указано иное. (НЭК 2017 г.)


Рис. 4. Различные заземляющие стержни.

Другую информацию, относящуюся к установке заземляющих стержней, такую ​​как установка и минимальное сопротивление, можно найти в разделах 250.53(G) и 250.53(A)(2). Дополнительную информацию см. на рисунках 5, 6 и 7.

Рисунок 5. Варианты установки ведомого заземляющего стержня. Рисунок 6. Основное правило дополнения стержневого, трубчатого или пластинчатого электрода. если уверены, что одиночный стержень, труба или электрод соответствуют 25 Ом или меньше.

Путешествие к главе 8 NEC — В поисках 5-футового заземляющего стержня

Вот информация, которую вы все ждали. Где я могу найти эту информацию «только для членов, строго секретная информация», где я могу установить 5-футовый заземляющий стержень? Я устал вбивать в землю 8-футовые заземляющие стержни. Эта информация могла бы сэкономить годы с моей спины и плеч, не говоря уже о деньгах. Может ли это быть так просто? Есть ли место, где я могу установить более короткие заземляющие стержни для моего электроснабжения?

Ответ: «Да, нет и не так быстро.” Необходимо иметь полное представление о NEC , чтобы понять, где разрешены эти 5-футовые заземляющие стержни и при каких конкретных обстоятельствах.

Статья 800 озаглавлена ​​«Схемы связи». Цель этой статьи — охватить различные схемы связи и оборудование. Раздел 800.2 определяет канал связи как канал, который передает голос, аудио, видео, данные, интерактивные услуги, телеграф (кроме радио), внешнюю проводку для пожарной и охранной сигнализации от коммунальной службы связи к коммуникационному оборудованию клиента до терминала включительно. оборудование, такое как телефон, факсимильный аппарат или автоответчик.На эту статью не распространяются требования глав с 1 по 7 стандарта NEC , за исключением тех случаев, когда требования конкретно указаны в главе 8 (см. рис. 8).

Рис. 8. Структура Кодекса согласно NEC 2017 г., раздел 90.3.

NEC состоит из различных частей; нам нужно обратиться к части IV, озаглавленной «Методы заземления». В разделе 800.100 обсуждается соединение и заземление кабелей и устройств первичной защиты. Здесь указано, что первичный протектор и металлический элемент(ы) оболочки кабеля должны быть соединены или заземлены, как указано в 800.от 100 (А) до 800,100 (Г).

Если вы ищете требования к заземляющим электродам, их можно найти в 800.100(B). В этом разделе указано, что соединительный проводник или проводник заземляющего электрода должен быть подключен в соответствии с 800.100(B)(1), 800.100(B)(2) или 800.100(B)(3). Давайте посмотрим на информацию, содержащуюся в 800.100(B)(3).


(3) В зданиях и сооружениях без заделки межсистемных соединений или средств заземления. Если в обслуживаемом здании или сооружении отсутствуют средства заделки межсистемных соединений или средства заземления, как описано в пункте 800.100(B)(2), проводник заземляющего электрода должен быть подсоединен к одному из следующих:

(1) К любому из отдельных заземляющих электродов, описанных в 250.52(A)(1), (A)(2), (A)(3) или (A)(4).

(2) Если обслуживаемое здание или сооружение не имеет межсистемного соединения или средств заземления, как описано в 800.100(B)(2) или (B)(3)(1), к любому из отдельных заземлений электроды, описанные в 250.52(А)(7) и (А)(8), или к заземляющему стержню или трубе не менее 1.5 м (5 футов) в длину и 12,7 мм (1∕2 дюйма) в диаметре, забитые, где это возможно, в постоянно влажную землю и отделенные от проводов системы молниезащиты, как указано в 800.53, и не менее 1,8 м (6 футов) от электродов других систем. В качестве электродов для протекторов и заземляющих металлических элементов не должны использоваться паровые трубы, трубы с горячей водой или проводники системы молниезащиты. (НЭК 2017 г.)


Вау, ты видел? В одном из мест указано использование и установка 5-футового заземляющего стержня.Однако вы тоже видели специфику этого языка? Во-первых, это допустимо только в том случае, если в здании или сооружении отсутствуют средства заделки межсистемных соединений и заземления. В этом случае допускается использование 5-футового заземляющего стержня.

Заземляющий стержень или труба:

  1. должен быть не менее 1,5 м (5 футов) в длину и 12,7 мм (1/2 дюйма) в диаметре;
  2. забит, по возможности, в постоянно влажную землю; и
  3. отделены от проводников системы молниезащиты, как указано в 800.53 и не менее 1,8 м (6 футов) от электродов других систем.

Следующее использование 5-футового заземляющего стержня описано в статье 830, которая касается систем широкополосной связи с сетевым питанием. Эти системы обеспечивают любое сочетание голоса, аудио, видео, данных и интерактивных услуг через блок сетевого интерфейса (NIU).

Типичная базовая конфигурация системы включает в себя кабель, подающий питание и широкополосный сигнал на блок сетевого интерфейса, который преобразует широкополосный сигнал в компонентные сигналы.Типичными кабелями являются коаксиальный кабель с широкополосным сигналом и питанием на центральном проводнике, композитный металлический кабель с коаксиальным элементом (элементами) или элементы витой пары для широкополосного сигнала и элементы витой пары для питания, а также композитный оптоволоконный кабель с пара проводников для питания. Более крупные системы могут также включать в себя сетевые компоненты, такие как усилители, которым требуется сетевое питание.

Статья 830 содержит различные части. В части IV статьи 830 вы найдете способы заземления.Формулировка здесь гласит, что блоки сетевого интерфейса, содержащие предохранители, NIU с металлическими корпусами, первичные предохранители и металлические элементы кабеля широкополосной связи с питанием от сети, которые предназначены для соединения или заземления, должны быть подключены, как указано в 830.100 (A), через 830.100(Д).

Информация об электроде также находится по адресу 830.100(B). Давайте посмотрим на язык 830.100(B)(3)(2).


(3) В зданиях и сооружениях без заделки межсистемных соединений или средств заземления.
Если обслуживаемое здание или сооружение не имеет межсистемного соединения или средств заземления, как описано в 830.100(B)(2), проводник заземляющего электрода должен быть подключен к одному из следующих:

(1) К любому из отдельных заземляющих электродов, описанных в 250.52(A)(1), (A)(2), (A)(3) или (A)(4).

(2) Если обслуживаемое здание или сооружение не имеет заделки межсистемных соединений или средств заземления, как описано в 830.100(B)(2) или (B)(3)(1), к любому из отдельных заземляющих электродов, описанных в 250.52(A)(7) и (A)(8), или к заземляющему стержню или трубе не менее 1,5 м (5 футов) в длину и 12,7 мм (1∕2 дюйма) в диаметре, забитых, по возможности, в постоянно влажную землю и отделенных от молниеотводов, как указано в 800.53, и не менее 1,8 м (6 футов) ) от электродов других систем. Не допускается использовать в качестве заземляющих электродов для предохранителей, БИУ со встроенной защитой, заземленных металлических элементов, БИУ с металлическими корпусами и другого оборудования в качестве заземлителей паропроводы, трубы горячего водоснабжения или системы молниезащиты.(НЭК 2017 г.)


Ничего себе, ты еще раз это видел? Это второе место, где указано использование и установка 5-футового заземляющего стержня. Но вы тоже видели специфику этого языка? Во-первых, это допустимо только в том случае, если в здании или сооружении отсутствуют средства заделки межсистемных соединений и заземления. В этом случае допускается использование 5-футового заземляющего стержня. Заземляющий стержень или труба:
1. должна быть не менее 1,5 м (5 футов) в длину и 12,7 мм (1/2 дюйма) в диаметре;
2.забиты, где это возможно, в постоянно влажную землю; и
3. отделены от проводников системы молниезащиты, как указано в 800.53, и на расстоянии не менее 1,8 м (6 футов) от электродов других систем.

На рисунке 9 предпринята попытка показать требования статьи 250 и требования статей 800 и 830 в отношении использования 8-футового или 5-футового заземляющего стержня.

Рис. 9. 8-футовые и 5-футовые установки цокольных крыш.

История 5-футового заземляющего стержня

Ходят слухи, что длина 5-футового заземляющего стержня существует исключительно потому, что это длина пространства в заднем изгибе транспортных средств службы телефонной связи Белла.Однако так ли это на самом деле? Исследования, предоставленные мне г-ном Уильямом Маккой из Telco Sales, Inc., который представляет Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE), показывают, что были проведены научные исследования по использованию этих стержней. Исследования показали, что широко распространенное использование 5-футового стержня для реле защиты от короткого замыкания считается удовлетворительным при нормальных почвенных условиях (см. рис. 10).

Рисунок 10. Информация о стержнях с низким сопротивлением из совместного исследования под названием «Технический отчет №.31” между Edison Electric Institute (EEI) и Bell Telephone System с 1935 года. НЭК
. В стандарте NEC 1937 года для допустимых заземляющих электродов существовала формулировка 2571 для водопроводных труб и 2572 для искусственных оснований. В тексте здесь говорится об искусственном грунте, электрод которого состоит из забивной трубы, забивного стержня, заглубленной пластины или другого устройства, одобренного для этой цели.Никакой дополнительной информации о необходимой длине этого стержня пользователю Кодекса предоставлено не было (см. рис. 11).

В 1940 г. NEC требования к установке были помещены в 2583 для искусственных электродов. Одним из условий является то, что стержень должен быть погружен на глубину не менее 8 футов, независимо от размера или количества используемых электродов. См. рис. 12 для получения дополнительной информации.

Для вас, младших пользователей Code, ниже приведены фотографии NEC 1937 и 1940 годов , ранее принадлежавшие г-ну Блэку.Сесил Т. Джонс. Интересно отметить, что издание 1937 г. было дополнено такими гигантами электротехники, как Cutler-Hammer, Inc., Square D Company, Trumbull Electric Manufacturing Company и Westinghouse Electric and Manufacturing Company.

Рисунок 11. Требования NEC 1937 к заземляющему электроду. Рисунок 12. Требования NEC 1940 к заземляющему электроду.

Я благодарен г-ну Джонсу, а также г-ну Филипу Х. Коксу, бывшему генеральному директору Международной ассоциации инспекторов по электротехнике (IAEI), за то, что они передали мне эту историю для использования в моей карьере.Несмотря на действия этих двух джентльменов, информация, подобная приведенной выше истории, может быть исследована и доведена до нового поколения профессионалов-электриков. Если мы не знаем, не чтим и не ценим нашу историю электротехники и работу других первопроходцев, которые были до нас, мы позорим электротехническую промышленность (см. рис. 13).

Рис. 13. NEC 1937 и 1940 гг.

В заключение

Во время первого этапа проекта стандарта NEC 2020 года я отправил публичные предложения, попросив комиссию по разработке кода (CMP), ответственную за главу 8 стандарта NEC , обеспечить согласованность, удалив 5-футовый стержень и заменив его на 8-футовая длина в вышеупомянутых двух секциях.Я был несколько шокирован тем, что в обоих случаях CMP-16 разрешил или отклонил мой запрос.

Требование о высоте 8 футов не относится к статье 250; в Главе 8 есть два места, которые позволяют использовать стержень меньшей длины, но для очень специфических установок. Члены CMP-16 связались со мной и предоставили рекомендации и историю для этой сокращенной длины. Большое спасибо таким людям, как Том Мур, Уильям Маккой и Джефф Сарджент, за лакомые кусочки информации, которые помогли создать эту статью.

Я надеюсь, что если у вас когда-либо возникали такие же опасения, эта статья дала вам представление о том, почему существует разная длина. Это напоминает поговорку, которую часто используют в торговле электротоварами. «Если вам не нравится ответ в NEC, ищите внимательнее. Где-то обязательно найдется исключение, которое позволит вам это сделать.

Достижение приемлемого уровня грунта в бедной почве

Чтобы ваша электрическая система функционировала должным образом, важно, чтобы ваша система подземного заземления имела низкий импеданс.Так как же достичь этой цели, не забывая о безопасности?

При проектировании и монтаже систем электроснабжения правильное заземление является не просто роскошью, а необходимостью. Все хорошие системы заземления должны обеспечивать путь с низким импедансом для проникновения в землю токов короткого замыкания и индуцированных молнией, обеспечивая максимальную безопасность от неисправностей электрических систем и молний. В частности, правильно установленная система заземления не только помогает защитить здания и оборудование от повреждений, вызванных непреднамеренными токами короткого замыкания или грозовыми перенапряжениями, но и защищает гораздо более важные инвестиции: людей.

Добиться приемлемого грунта непросто. Правильная установка систем заземления требует знания национальных стандартов, материалов проводников, а также соединений и выводов (рис. 1 в оригинальной статье). Но это не все. Не забывайте учитывать состояние почвы в месте установки заземляющих стержней (или заземляющей сетки).

Влияние грунтовых условий на заземление. Хотя общая эффективность подземной системы заземления зависит от многих факторов, сопротивление земли (или удельное сопротивление земли) существенно влияет на общий импеданс подземного проводника.Характеристики почвы, такие как содержание влаги, температура и тип почвы, определяют общее удельное сопротивление земли. При заземлении системы всегда помните следующее:

  • Содержание влаги.

    Влажность почвы важна, потому что она помогает химическим веществам в почве, которые окружают заземляющие проводники, проводить электрический ток. Как правило, чем выше влажность, тем ниже удельное сопротивление почвы. Когда содержание влаги падает ниже 10%, удельное сопротивление значительно возрастает.

  • Температура почвы.

    Температура ниже точки замерзания также увеличивает удельное сопротивление почвы. Как только влага превращается в лед, удельное сопротивление резко возрастает. В районах, подверженных замерзанию, необходимо вбить заземляющий стержень ниже линии промерзания, чтобы поддерживать заземление с низким сопротивлением.

  • Тип почвы.

    Черная грязь или почвы с высоким содержанием органических веществ обычно являются хорошими проводниками, поскольку они сохраняют более высокий уровень влажности и имеют более высокий уровень электролита, что приводит к низкому удельному сопротивлению почвы.Песчаные почвы, которые быстрее дренируются, имеют гораздо более низкое содержание влаги и уровень электролитов. Следовательно, они имеют более высокий импеданс. Твердые горные породы и вулканический пепел, такие как на Гавайях, практически не содержат влаги или электролитов. Эти почвы имеют высокий уровень удельного сопротивления, и трудно добиться эффективного заземления. См. Таблицу 1 (в оригинальной статье) для удельного сопротивления различных грунтов.

Измерение удельного сопротивления земли. Эффективность заземляющих стержней во многом зависит от того, может ли почва, окружающая стержни, проводить большие электрические токи.Чтобы правильно спроектировать подземную систему заземления, вы должны измерить удельное сопротивление земли с помощью прибора для измерения сопротивления заземления. Этот прибор также должен иметь переключатели для изменения диапазона сопротивления. Вы можете использовать различные методы испытаний для измерения удельного сопротивления земли, но наиболее распространенными являются три:

  • Четырехточечный метод, самый точный.

  • Вариационный глубинный метод (трехточечный метод).

  • Двухточечный метод.

После определения удельного сопротивления грунта вы сможете лучше определить, какая схема заглубленного заземления будет наиболее эффективной.В зависимости от удельного сопротивления почвы и требований к схеме заземления конкретная система может варьироваться от простого заглубленного заземляющего проводника до обширного слоя заземляющего стержня. Последнее может включать систему сетки или заземляющее кольцо (рис. 2, в оригинальной статье). Чтобы уменьшить импеданс системы заземления, вы можете использовать материал для улучшения заземления или электроды химического типа.

Как добиться приемлемого основания. Существуют различные варианты снижения удельного сопротивления грунта. Одним из способов является повышение влажности почвы.Удельное сопротивление верхнего слоя почвы может быть снижено до 800 Ом·м за счет увеличения влажности с 5% до 10%. Дополнительное снижение удельного сопротивления, хотя и гораздо меньшее, может быть получено за счет увеличения влажности с 10% до 20%. Проблема с добавлением влаги в почву заключается в том, что в большинстве случаев это непрактичный вариант.

Еще один способ снизить удельное сопротивление земли — это обработка почвы солью, например сульфатом меди, сульфатом магния или хлоридом натрия. В сочетании с влагой соли выщелачиваются в почву, снижая удельное сопротивление земли.Однако этот недорогой процесс также может вызвать проблемы. Во-первых, по мере вымывания солей почва возвращается в свое необработанное состояние. В результате вы должны периодически перезаряжать систему. Во-вторых, некоторые соли могут вызывать коррозию заземляющих проводников. Наконец, соль может загрязнять грунтовые воды. Местные экологические нормы и Агентство по охране окружающей среды (EPA) могут возражать против добавления солей в почву.

Во многих местах обеспечить систему заземления с низким сопротивлением так же просто, как вбить заземляющий стержень в подповерхностный слой почвы, который имеет относительно постоянное и проводящее содержание влаги.Помните, что заземляющий стержень должен располагаться ниже минимальной глубины промерзания. Вы также можете использовать материал для улучшения грунта, чтобы добиться приемлемого сопротивления системы (рис. 3 в оригинальной статье).

Что следует знать при использовании материала для улучшения грунта. Практически при любых почвенных условиях использование материала для улучшения грунта повысит эффективность заземления. Некоторые из них являются постоянными и не требуют обслуживания. Вы можете использовать их в местах с плохой проводимостью, таких как каменистая почва, вершины гор и песчаная почва, где вы не можете использовать заземляющие стержни или где ограниченное пространство затрудняет адекватное заземление с помощью обычных методов.

Существует несколько видов материалов для улучшения грунта. Но будьте внимательны при выборе материала. Он должен быть совместим с заземляющим стержнем, проводником и соединительным материалом. Некоторые варианты включают бентонитовую глину, коксовый порошок и специально разработанные вещества.

Бентонит представляет собой глинистое вещество, используемое в районах с высоким удельным сопротивлением грунта. Однако проводимость в бентонитовой глине осуществляется только за счет движения ионов. Ионная проводимость может иметь место только в растворе, а это означает, что бентонитовая глина должна быть влажной, чтобы обеспечить требуемый уровень сопротивления.Когда бентонитовая глина теряет влагу, ее удельное сопротивление увеличивается, а объем уменьшается. Эта усадка приводит к нарушению контакта между бентонитовой глиной и окружающей почвой, что еще больше увеличивает сопротивление системы.

Коксовый порошок — еще один выбор. Коксовый порошок, состоящий преимущественно из углерода, обладает высокой электропроводностью. Однако грунтовые воды могут смыть его.

Неагрессивное улучшающее вещество с низким сопротивлением представляет собой токопроводящий цемент, который можно устанавливать сухим или влажным способом.В зависимости от вещества, оно не будет просачиваться в почву и соответствует требованиям Агентства по охране окружающей среды для полигонов. Железная дорога и коммунальное хозяйство успешно использовали этот материал. При сухой установке он поглощает влагу из окружающей почвы и затвердевает, удерживая влагу внутри своей структуры. При использовании в сухом виде смешивание не требуется, и вы достигаете максимальной эффективности за считанные дни. Это потому, что он поглощает достаточно воды из окружающей почвы. Вы также можете предварительно смешать его с водой до густой суспензии.Вы можете добавить его в траншею, содержащую заземляющий проводник, или использовать его вокруг заземляющего стержня в просверленном отверстии. Материал связывает воду в цемент, образуя постоянную массу с высокой проводимостью.

Некоторые продукты имеют испытанное сопротивление 0,12 Ом·м или ниже по сравнению с 2,5 Ом·м для бентонитовой глины. В отличие от бентонитовой глины цементоподобный материал не зависит от постоянного присутствия воды; он также не требует периодической зарядки/замены.

Идеальный материал для улучшения грунта не требует обслуживания.При проектировании или установке подземной системы заземления ищите материалы, которые не растворяются и не разлагаются со временем, требуют периодической зарядки или замены или зависят от постоянного присутствия воды для поддержания проводимости.

Установка материалов для улучшения грунта. После выбора материала рассмотрите способ установки. Размещение материала для улучшения грунта выполняется быстро и легко. Для установки вокруг заземляющего стержня (рис. 4 в оригинальной статье) используйте шнек диаметром 3 дюйма.до отверстия диаметром 6 дюймов на глубину, равную на 6 дюймов меньше длины стержня. Опустите стержень в отверстие так, чтобы нижний конец был отцентрирован и вбит в землю не менее чем на 12 дюймов. Подсоедините заземляющий проводник к заземляющему стержню. Затем заполните большую часть отверстия материалом для улучшения грунта. Наконец, заполните оставшуюся часть отверстия почвой, удаленной во время бурения.

Установка проводника в траншею включает шесть этапов, перечисленных ниже. См. рис. 5 для получения дополнительной информации.Если вы используете цемент проводящего типа для улучшения грунта, см. расчетное количество погонных футов, которое можно получить из мешка с материалом для использования в качестве покрытия заземляющего проводника, в Таблице 2 (на странице 64P, в оригинальной статье).

  1. Выкопайте траншею шириной не менее 4 дюймов и глубиной 30 дюймов или ниже линии промерзания, в зависимости от того, что глубже.

  2. Рассыпьте достаточно материала для улучшения грунта (сухого или в виде суспензии), чтобы покрыть дно траншеи глубиной около 1 дюйма.

  3. Поместите проводник поверх материала для улучшения заземления.

  4. Нанесите больше материала для улучшения заземления поверх проводника, чтобы полностью покрыть проводник, глубиной около 1 дюйма.

  5. Осторожно засыпьте материал для улучшения грунта землей на глубину около 4 дюймов, следя за тем, чтобы не обнажить проводник.

  6. Утрамбуйте почву и засыпьте траншею.

Электроды химического типа — еще один вариант для сложных ситуаций с заземлением.Они состоят из медной трубки, заполненной солями, установленной в просверленном отверстии или траншее. Электрод засыпан материалом для улучшения грунта. Медная трубка имеет отверстия в верхней и нижней части, а верхняя часть электрода остается открытой для атмосферы. Вода медленно растворяет соли, которые попадают в трубу через верхние отверстия, открытые для атмосферы. Раствор соли с высокой проводимостью просачивается в почву из отверстий в нижней части трубы.

Материал обратной засыпки обычно представляет собой бентонитовую глину или комбинацию бентонитовой глины на дне и описанного выше цементного раствора наверху.Электроды химического типа требуют периодической перезарядки солей. Несмотря на более высокую стоимость, чем заземляющий стержень в цементном растворе, несколько долгосрочных испытаний показывают, что электрод химического типа обеспечивает примерно такую ​​же эффективность.

Измерение установленных систем заземления. После установки может потребоваться измерение сопротивления заземления установленной системы. Имейте в виду, что NEC 1996 года, гл. 250-84, требует, чтобы один электрод, состоящий из стержня, трубы или пластины, который не имеет сопротивления заземления 25 Ом или менее, должен быть дополнен одним дополнительным электродом типа, указанного в Разделе 250-81 или 250-83.Всегда устанавливайте несколько электродов на расстоянии более 6 футов друг от друга.

Обслуживание системы заземления. Вам необходима эффективная программа проверки и периодического обслуживания, чтобы обеспечить непрерывность всей системы заземления. Обязательно регулярно проверяйте его, используя одобренный прибор для проверки заземления, чтобы проверить электрическое сопротивление и непрерывность.

Быстрый метод расчета сопротивления заземления электрода с покрытием с использованием эквивалентного радиуса электрода с покрытием

https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2021.107879Получить права и содержание

Основные моменты

Быстрый расчет электрических параметров заземляющих электродов с покрытием.

Моделирование эффекта окисления путем изменения радиуса электрода.

Представление эквивалентного радиуса электрода с покрытием простым выражением.

Используются обычные методы расчета путем изменения радиуса покрытых электродов.

Abstract

В данной статье изучается влияние оксидного слоя или любого слоя проводящего материала, окружающего поверхность электрода, на работу системы заземления. Метод граничных элементов, примененный к поверхности электрода, вместе с моделью распределения эквивалентного поверхностного заряда для оценки вклада границы раздела материал-почва используется для расчета сопротивления заземления электрода, закопанного в полубесконечный грунт и находящегося под напряжением низкой частоты. ток.Из-за большого времени вычислений, необходимого для применения численного метода для поиска решения задачи, эквивалентный радиус покрытого электрода вводится из исследования сопротивления заземления в качестве инструмента для моделирования влияния слоя материала на электрод. Этот эквивалентный радиус зависит от толщины слоя материала и может использоваться в обычных методах расчета параметров системы заземления, таких как сопротивление заземления, шаговые потенциалы и потенциалы прикосновения. Предложенное выражение для эквивалентного радиуса проверено на нескольких синтетических примерах, а также в реальном случае.Некоторые проведенные тесты также сравниваются с результатами использования коммерческого программного обеспечения.

Ключевые слова

Оксидный слой

Слой проводящего материала

Сопротивление заземления

Эквивалентный радиус электрода с покрытием

Рекомендуемые статьи

© 2021 Автор(ы). Опубликовано Elsevier Ltd.

Руководство по выбору электродов и электродных материалов: типы, характеристики, области применения

Электроды и электродные материалы – это металлы и другие вещества, используемые в качестве составных частей электрических компонентов.Они используются для контакта с неметаллической частью цепи и представляют собой материалы в системе, через которую передается электрический ток.

Существует множество различных типов электродов, которые различаются зарядом и применением.

Электроды EDM используются в электроэрозионной обработке (EDM), процессе, который удаляет металл с помощью электрического разряда очень короткой продолжительности и высокой плотности тока между электродом и заготовкой.

Аноды — это положительно заряженные электроды, используемые в различных электрохимических процессах, таких как защита от коррозии (жертвенные аноды) и гальваника (покрытие анодов), а также компоненты аккумуляторов, топливных элементов и электрохимических устройств.

Катоды представляют собой отрицательно заряженные электроды, используемые в батареях, топливных элементах, системах электролиза, гальванике, электролизе, эмиссии электронов и других специализированных процессах.

Катодные эмиттеры и нити накала представляют собой катоды, полевые или термоэмиссионные катоды, которые испускают электроны в условиях высокого напряжения или высокой температуры. Термоэмиссионные излучатели часто состоят из нити накала из вольфрама или тугоплавкого металла. В настоящее время используются эмиттеры из борида латана, которые обеспечивают более длительный срок службы.

Печные электроды используются для нагрева и плавления металлов или керамики в дуговых печах. Дуга зажигается между электродами и материалом загрузки печи. Дуга или плазма создают чрезвычайно высокие температуры. Электроды обычно изготавливаются из материалов на основе углерода.

Электрические контакты состоят из высокопроводящего, мягкого и стойкого к окислению материала, часто со второй фазой для обеспечения защиты от сварки и/или дуги. Они используются в автоматических выключателях, реле, переключателях и приложениях EDM.

Электродные материалы

Некоторые из наиболее известных сплавов и материалов, используемых в качестве электродных материалов, – это медь, графит, титан, латунь, серебро и платина.

Медь уступает только серебру по объемной электропроводности. Медь обладает большей прочностью, чем серебро, но обладает меньшей стойкостью к окислению. Медь является распространенным основным металлом для электрических контактов и электродов. Он также используется в сплавах с графитом, теллуром и вольфрамом, а также для изготовления латуни и бронзы.Медь имеет лучшую износостойкость для электроэрозионной обработки, чем латунь, но ее труднее обрабатывать, чем латунь или графит. Медь также дороже графита.

Графит и углерод используются в различных электродах. Графит, чешуйчатый графит и графитовый углерод имеют гексагональную кристаллическую структуру, которая легко расщепляется или срезается, что делает графит мягким материалом и эффективной смазкой. Графит является наиболее часто используемым электродным материалом для электроэрозионной обработки из-за его хорошей обрабатываемости, износостойкости и низкой стоимости.Как и углерод, графит является неметаллическим веществом с чрезвычайно высокой температурой сублимации, что обеспечивает устойчивость к высокотемпературным дугам. Мелкозернистый графит, как правило, обладает лучшими характеристиками эрозии и износа, но стоит дороже. Углерод очень прочен, устойчив к коррозии и электрохимически благороден по сравнению со многими металлами, что делает углерод полезным материалом для электрохимических и электролизных электродов.

Титан — это цветной металл с отличной коррозионной стойкостью, хорошими усталостными свойствами и высоким отношением прочности к весу.Превосходные коррозионные свойства титана приводят к использованию титана в электрохимических процессах, таких как гальванопокрытие, электрофорез, электроосаждение, гальванопластика, электрогидролиз, электрохлорирование, электрофторирование и электролиз.

Латунь представляет собой сплав меди и цинка. Латунные материалы используются для изготовления электроэрозионной проволоки и небольших трубчатых электродов. Латунь не так устойчива к износу, как медь или вольфрам, и имеет более низкую проводимость, чем медь, но ее гораздо легче обрабатывать, и ее можно отливать под давлением или экструдировать для специальных применений.Электроэрозионная проволока не должна обеспечивать износостойкость электроэрозионной обработки или сопротивление дуговой эрозии, поскольку новая проволока подается непрерывно в процессе резки электроэрозионной проволоки.

Серебро обладает самой высокой электропроводностью среди всех металлов. Высокая проводимость, мягкость (низкая твердость) и высокая стойкость к окислению делают серебро отличным материалом для контактных материалов. Серебро укрепляется медью и другими добавками из сплавов, но в ущерб проводимости. Чистое серебро — это серебро очень высокой чистоты (99,99 пробы).99% серебра). Чистое или чистое серебро слишком мягкое для большинства коммерческих применений, но этот материал используется в качестве исходного компонента для формирования других сплавов на основе серебра.

Платина и палладий обладают очень высокой эрозионной и коррозионной стойкостью при низком контактном сопротивлении. Платина образует полезные сплавы с иридием, рутением и вольфрамом. Палладий образует полезные сплавы с медью и рутением. Основными недостатками этих металлов являются высокая стоимость и образование пленок с высоким контактным сопротивлением в присутствии органических паров.

Электроды из смешанного оксида металла (MMO) имеют оксидное покрытие на сердцевине из инертного металла или углерода. Оксиды состоят из оксидов драгоценных металлов (Ru, Ir, Pt) для катализа реакции электролиза. Оксиды титана используются для инертности, защиты электродов от коррозии и снижения стоимости. Электрохлорирование является одним из распространенных применений. Основными металлами являются титан (наиболее распространенный), цирконий, ниобий или тантал.

Свойства материалов

Важными свойствами электродных материалов являются проводимость, коррозионная стойкость, твердость, токовая нагрузка, форма и размер.Многие из них определяются внутренними характеристиками материала.

Проводимость — это мера способности материала проводить или проводить электрический ток. Часто указывается в процентах от стандарта на медь, который составляет 100% IACS (Международный стандарт на отожженную медь). Серебро имеет IACS 105 и обладает самой высокой электропроводностью.

Коррозионная стойкость — это способность материала сопротивляться химическому разложению. Материал с низкой коррозионной стойкостью быстро разрушается в агрессивных средах; в результате сокращается продолжительность жизни.Металлы платиновой группы известны своей высокой коррозионной стойкостью.

Твердость является мерой устойчивости материала к различным видам необратимых деформаций, возникающих в результате приложенной силы. Твердость зависит от пластичности, эластичности, пластичности, прочности на растяжение и ударной вязкости материала.

Форма относится к форме, которой должен соответствовать электрический материал, чтобы выполнять свою работу. Некоторые формы включают контактные наконечники, штифты, гнезда, штамповки, листы, провода и колеса.

Размер относится к толщине, длине и ширине или внешнему диаметру формы, которую принимает материал.

Еще одна спецификация, которую следует учитывать, — это токсичность, особенно важная, когда материал работает в открытых или открытых средах.

Каталожные номера

Журнал EDM Today – Выбор материала для электродов Sinker

Изображение предоставлено:

Устройства защиты памяти, Inc.


Математический метод определения оптимального количества засыпных материалов, используемых для снижения сопротивления заземления

При монтаже системы заземления, которая составляет значительную часть любой электроэнергетической системы, для снижения сопротивления заземления используются различные закладочные материалы.Общий математический метод определения оптимального количества материалов обратной засыпки, используемых для снижения сопротивления заземления, основанный на математическом аппарате, 3D МКЭ моделировании, численном анализе полученных результатов и концепции «колена» кривой, а также на В статье разработан и предложен инженерный анализ, основанный на опыте проектировщика. Предложенный способ апробирован на прямоугольной петле, обернутой материалом обратной засыпки и заглубленной в двухслойный грунт.Результаты, полученные представленным методом, показали хорошую корреляцию с экспериментально полученными данными из литературы. Предлагаемый метод может помочь проектировщикам избежать зон насыщения, чтобы максимизировать эффективность использования материала обратной засыпки.

1. Введение

Надлежащая конструкция систем заземления необходима для обеспечения безопасности людей и предотвращения перебоев в электроснабжении, а также для защиты электрического и электронного оборудования [1]. Для соблюдения норм электробезопасности сопротивление заземления системы заземления должно быть ниже требуемых значений (в дальнейшем обозначенных как ), которые могут варьироваться от 10 Ом для молниезащиты [2] до менее 0.1 Ом для объектов, где защитные устройства должны срабатывать очень быстро [3]. Этого не всегда легко добиться, особенно в неблагоприятных условиях (высокое удельное сопротивление грунта и/или грунт, образующий плохой контакт с электродами системы заземления) [4]. В таких случаях сопротивление системы заземления можно уменьшить, увеличив количество стержней или длину электрода или используя соответствующие материалы обратной засыпки. Последнее решение, хотя обычно и не подходит для больших систем заземления, в некоторых случаях может быть эффективным для электродов, покрывающих небольшие площади.На практике применяются различные материалы обратной засыпки для устранения контактной составляющей сопротивления заземления, а также для снижения сопротивления заземления к (использование бентонита проанализировано в [5, 6]; использование кокосового торфа, и рисовой пыли проанализировано в [7, 8], использование гранулированного доменного шлака и золы-уноса проанализировано в [9] и [10] соответственно, использование отработанного бурового раствора проанализировано в [11], общий анализ закладочного использование материала выполнено в [12, 13]).

Анализ, проведенный в [14], показал, что в грунтах, образующих плохой контакт с электродами заземлителя, значение сопротивления заземления может быть значительно снижено при использовании материала засыпки, характеризующегося либо способностью обеспечивать отличный контакт с заземлителями, либо низким удельным сопротивлением или правильным сочетанием этих двух характеристик. Это означает, что в таких грунтах вся составляющая контактного сопротивления (не учитываемая стандартными инженерными методами и формулами, т.г., приведенные в [15, 16]), можно исключить, а значения сопротивления заземления уменьшить до тех, которые рассчитываются по стандартным инженерным методам и формулам (далее для удобства обозначаются как базовые значения) с использованием относительно небольшие количества засыпного материала, характеризующиеся способностью достигать идеального контакта как с заземляющими электродами, так и с окружающим грунтом. В этом случае будет исключена вся составляющая контактного сопротивления, даже если материал засыпки характеризуется таким же высоким удельным сопротивлением, как и окружающий грунт [14].Согласно выводам, представленным в [17] (на основе экспериментальных исследований), достаточное количество тампонажного материала, характеризующегося способностью достигать идеального контакта как с заземляющими электродами, так и с окружающим грунтом, например бентонитом, что должно обеспечить успешную ликвидацию полная составляющая контактного сопротивления составляет 0,02 м 3 на 1 м полосы заземления ().

Однако, если используемый материал обратной засыпки характеризуется более низким удельным сопротивлением, чем окружающий грунт, может быть достигнуто дополнительное снижение сопротивления заземления.Сопротивление заземления системы заземления уменьшается с увеличением количества используемого материала засыпки. Тем не менее, этот эффект снижения сопротивления заземления будет проявлять явление насыщения, когда количество используемого засыпного материала увеличивается до определенного уровня [18]. Лучшее понимание этого явления насыщения можно получить, анализируя влияние объема используемого материала засыпки, а также влияние его удельного сопротивления на скорость снижения сопротивления заземления (%), определяемую следующим выражением:

Методики оптимизации , основанные на математическом аппарате и автоматизированном проектировании, необходимы для минимизации инвестиционных затрат энергосистем, частью которых являются линии электропередачи [19] и системы их заземления [20].Поэтому такие методики оптимизации для определения теоретической максимальной эффективности использования тампонажного материала для заземляющих стержней предложены в [13, 18, 21]. Основанные на методах расчета сопротивления заземления, которые подходят только для решения двумерных задач, применение этих методов оптимизации ограничивается только системами заземления с геометрией, характеризующейся вращательной симметрией (например, заземляющие стержни, окруженные цилиндром из засыпного материала), заглубленными в землю. однородный грунт, который можно свести к двумерным задачам.Они не могут применяться для систем заземления, характеризующихся более сложной геометрией, заглубленных в неоднородные грунты, например, квадратного контура, заглубленного в 2-слойный грунт (рис. 1) и охваченного материалом обратной засыпки (рис. 2).



Для такой сложной геометрии общематематический метод определения оптимального объема материала закладки, основанный на 3D МКЭ-моделировании, численном анализе полученных результатов и концепции «колена» кривой, а также на в статье разработан и предложен инженерный анализ, основанный на опыте проектировщика.Предлагаемый способ подходит только для тех случаев, когда использование тампонажных материалов имеет преимущества (с точки зрения эффективности и стоимости) по отношению к простому увеличению количества стержней или длины электрода.

Концепция «колена» кривой была принята на основе примеров от инженеров, работающих в различных областях проектирования систем, которые используют «колено» кривой (т. е. графика непрерывной функции, которая имеет отношение к поведению системы) , представляющий границу между насыщенной и ненасыщенной областью кривой, в их методологиях оптимизации.Общий анализ проектирования систем с концепцией «колена» был дан в [22, 23], а использование концепции «колена» в информационных технологиях объяснялось в [24, 25], в химическом машиностроении в [26], а в конструировании снарядов в [27].

Экспериментальная установка и результаты измерений 2-х одинаковых квадратных заземляющих контуров, заглубленных в 2-слойный грунт (один с обратной засыпкой бентонитовой суспензией и другой обычный), представленные в [11], были проанализированы с использованием предложенного метода. Предлагаемый метод, основанный на моделировании 3D FEM, подходит для любого типа многослойного грунта.

2. Экспериментальная установка и результаты измерений

Как сообщалось в [11], 2 одинаковые квадратные петли были установлены в бывшем каменном ложе. Участок характеризовался двухслойным грунтом ( = 170 Ом·м, = 75 Ом·м и = 8 м (рис. 1)). Верхний слой почвы состоял из камней (карстовый рельеф). Размеры шлейфов (5 м × 5 м) относятся к диапазону размеров контуров заземления, которые часто используются в составе систем заземления опор ЛЭП 35 кВ и 10 кВ/0.трансформаторные подстанции 4 кВ. На глубине 0,5 м были установлены петли из полос прямоугольного сечения (30 мм × 4 мм) из оцинкованной стали. В [14] было доказано (путем 3D МКЭ-моделирования обоих контуров), что исходные данные и результаты измерений на этой экспериментальной установке, представленные в [11], были получены с приемлемой точностью.

Материалом для засыпки первого петлевого канала был вынутый материал. Измеренное сопротивление заземления петли составило = 50,2 Ом, а расчетное сопротивление составило = 14.6 Ом [11]. В [11] было высказано предположение и показано с помощью 3D МКЭ в [28, 29], что огромная разница между измеренными и рассчитанными сопротивлениями заземления в данном конкретном случае была вызвана уменьшенной поверхностью контакта между заземляющими электродами и окружающим грунтом (т.е. , очень высокая составляющая контактного сопротивления), которая не учитывалась применяемой расчетной формулой в [11]. Из-за типа грунта (камни, карстовая местность) было невозможно добиться хорошего контакта между электродами и грунтом путем уплотнения грунта над электродом, что является обычной практикой для избежания такой очень высокой составляющей контактного сопротивления.Возможно также, что когда на электроды воздействуют токи при неисправностях или других явлениях (например, токи, связанные с молнией), высокие значения сопутствующего электрического поля на поверхности электрода, естественно, будут способствовать хорошему контакту этой поверхности с поверхностью электрода. окружающий грунт.

Канал второго контура засыпан 1,2 м 3 бентонитовой суспензии (0,06 м 3 бентонита на 1 м полосы заземления). Удельное сопротивление материала засыпки = = 2.5 Ом·м. Измеренное сопротивление заземления этой петли составило = 12,5 Ом [11]. Очевидно, что при использовании бентонита не только устраняется вся составляющая контактного сопротивления, но и достигается дополнительное снижение сопротивления заземления.

3. «Колен» концепции кривой

В случае систем заземления с засыпными материалами, если объем использованного засыпного материала соответствует значениям насыщенной области соответствующей кривой, вполне вероятно, что этот объем негабаритные, и, следовательно, материальные и человеческие или машинные усилия могут быть потрачены впустую, а капиталовложения увеличены без уважительной причины.Поэтому значения координат точки «колена» и практически можно рассматривать как максимальный объем материала засыпки, который необходимо использовать, и максимальную скорость снижения сопротивления заземления, которая реально может быть достигнута при использовании рассматриваемый засыпной материал для рассматриваемой системы заземления на рассматриваемом месте установки.

Наоборот, если объем используемого засыпного материала соответствует значениям из ненасыщенного участка соответствующей кривой, то, вероятно, этот объем занижен, а значит, возможность дополнительно снизить сопротивление заземления системы заземления при относительно небольших дополнительных вложениях объем закладочного материала (), достаточный для достижения , может быть неоправданно потрачен впустую.

Однако не всегда легко определить точку «перегиба» кривой. Его не следует читать по графику, потому что может возникнуть «оптическая иллюзия», создаваемая использованием различных соотношений сторон по осям и, что вводит инженера в заблуждение и дает ему ложные данные точки «колена». Поэтому принят математический подход к нахождению координат точки «колена». Он основан на дифференциальном исчислении и математическом определении кривизны непрерывных функций с учетом формального определения «колена» для непрерывных функций, данного в [22], где оно определяется как точка максимальной кривизны кривой.Точка максимальной кривизны кривой соответствует точке минимального радиуса кривизны. Радиус кривизны графика непрерывной функции (кривой) в точке равен длине радиуса дуги окружности, представляющей наилучшее приближение кривой в этой точке. Для любой непрерывной функции , заданной в декартовых координатах и ​​предполагающей ее дифференцируемость до второго порядка, радиус кривизны в произвольной точке ее графика можно определить с помощью следующего выражения [30]: Точка «колена» кривая, то есть точка, характеризующаяся минимальным радиусом кривизны, может быть определена с помощью уравнения и удовлетворяет условию

В то время как радиус кривизны хорошо определен для непрерывных функций, он не определен для дискретных наборов данных.Отметим, что в рассматриваемом случае только дискретные наборы данных, несколько пар значений для каждого значения , могут быть получены с помощью 3D МКЭ расчетов. В дискретном случае радиус кривизны и точку «перегиба» кривой можно определить путем подгонки подходящей непрерывной функции к имеющимся данным с последующим применением к этой функции (2)–(4).

4. Определение кривой и значений координат точки «колена» для рассматриваемых контуров заземления

Описанная экспериментальная установка (рис. 1) была смоделирована в 3D с помощью МКЭ.Используемая модель подробно описана в [14, 28, 31]. Обратите внимание, что любой многослойный грунт также можно легко смоделировать с помощью 3D FEM, так же, как это было сделано в случае двухслойного грунта для описанной экспериментальной установки. Материал засыпки моделировался как подобласть, окружающая заземляющий контур, поперечное сечение которого показано на рис. 2. размер поддомена (рисунок 2) от 0.от 1 м до 0,6 м, а сопротивление заземления рассматриваемого контура рассчитывалось для каждого случая с помощью МКЭ. Изменение сопротивления заземления рассматриваемого контура в зависимости от объема материала засыпки для различных его удельных сопротивлений представлено на рис. 3. Объем материала засыпки рассчитывается по формуле ).


Из кривых, представленных на рисунке 3, видно, что значения сопротивления заземления ниже базового значения ( = 14.53 Ом, рассчитанное для рассматриваемого случая с помощью 3D МКЭ) может быть получено с материалами засыпки, характеризующимися разными значениями удельного сопротивления, если их удельное сопротивление ниже, чем удельное сопротивление окружающего грунта ( = 170 Ом·м).

Пары значений для различных значений , рассчитанные для рассматриваемого случая с помощью 3D МКЭ-моделирования, представлены на диаграмме, представленной на рис. 4, в виде точек, отмеченных разными пунктами для каждого значения . Как и ожидалось, при меньших удельных сопротивлениях материала засыпки были получены меньшие сопротивления заземления рассматриваемой петли.Тем не менее, явление насыщения в эффекте снижения сопротивления заземления очевидно проявляется даже в том случае, если материал засыпки является идеально проводящим материалом ( = 0 Ом·м). Согласно диаграмме, представленной на рис. 4, в рассматриваемом случае было бы очень трудно достичь значения = 40 %, даже если в качестве материала засыпки использовался большой объем идеально проводящего материала. Для тампонажных материалов, характеризующихся более высокими значениями удельного сопротивления, происходит насыщение при меньших его значениях, даже при очень малых используемых объемах тампонажного материала.


Анализируя значения, представленные на диаграмме, показанной на рис. 4, было установлено, что скорость снижения сопротивления заземления в зависимости от используемого объема (м 3 ) материала обратной засыпки может быть аппроксимирована следующим выражением: где и – положительные параметры, разные для каждого значения , описывающие форму кривой в рассматриваемом случае. Эта функция была выбрана среди других функций-кандидатов, потому что она была наиболее подходящей для определения радиуса кривизны.Она дифференцируема до второго порядка, и ее первая и вторая производные легко находятся:

точек, представленных на диаграмме, представленной на рисунке 4, с использованием метода наименьших квадратов и итерационного метода расчета. Значения определяемых параметров и приведены в табл. 1 для нескольких значений .


21.28

(ωm) (M 3 ) (%)

0 5.48 109,43 3,87 33,17
2,5 5,39 109,43 3,80 32,51
10 5,11 109,69 3,61 30,58
30 4.41 110.96 110.96 3.11 25.77 25.77
50 3,74 112.39 2639 21.28
100 2.14 115.67 115.67 1,51 11.06 11.06
150 0.60 118.42

Радиус кривизны на произвольной точке кривой можно определить, применяя (2) к (6), что дает, а затем включив (7) в (8), что после перестановки становится первой и второй производной функции, соответственно, Точка «колена» функции может быть определена с помощью уравнение и удовлетворяющее условию Реальным решением уравнения (11), которое удовлетворяет условию (12), является Это решение представляет собой координату точки «колена» функции.Координату точки «колена» функции можно определить, вводя решение (13) в (6), которое после перестановки принимает вид

. Значения координат точки «колена» и , приведены в табл. несколько значений . Они рассчитываются с учетом соответствующих параметров и в (13) и (14).

5. Определение оптимального объема материала обратной засыпки для рассматриваемых контуров заземления путем инженерного анализа материал засыпки по сопротивлению заземления, системы заземления.Для рассматриваемых контуров заземления это можно сделать, включив значение (полученное по (6)), наряду с базовым значением , в следующее выражение, полученное перестановкой (1): Включив (6) в (15), что после перестановкой становится прямая зависимость, которую можно использовать с той же целью ( — основание натурального логарифма).

Для рассматриваемых контуров, если принять, что = 10 Ом, = = 2,5 Ом·м и что достаточное количество бентонита, которое должно обеспечить успешное устранение всей составляющей контактного сопротивления, равно = 0.02 м 3 на 1 м полосы заземления (по данным, представленным в [17], на основе экспериментальных исследований), характерные объемы закладочного материала составляют = 0,4 м 3 , = = 3,8 м 3 13), = 0,19 м 3 бентонита на 1 м полосы), и = 2,97 м 3 (получено по (16), ≈ 0,15 м 3 бентонита на 1 м полосы).

Сравнение экспериментально полученных значений сопротивления заземления ( = 50.2 Ом для обычного контура и = 12,5 Ом для контура, засыпанного 1,2 м 3 бентонитовой суспензии (0,06 м 3 на 1 м полосы)) при базовом значении = 14,53 Ом, рассчитанном с помощью МКЭ и значений = 11,55 Ом, = 10,71 Ом и = 9,81 Ом, рассчитанные по (16) для контура, засыпанного = 0,4 м 3 , = 1,2 м 3 и = 3,8 м 3 бентонитовой суспензии соответственно можно сделать вывод, что количества 0,06 м 3 бентонитовой суспензии на 1 м полосы заземления, используемой в экспериментальной установке [11], было достаточно для устранения всей составляющей контактного сопротивления, но если бы это было единственной целью, то можно было бы достигается с использованием в 3 раза меньшего объема (0.02 м 3 на 1 м полосы [17]). Если целью было достижение = 10 Ом, необходимо было использовать почти в 2,5 раза больший объем (0,15 м 3 бентонита на 1м полосы). Однако необходимо учитывать, что между экспериментально полученным значением сопротивления заземления контура, засыпанного бентонитом = 1,2 м 3 , и рассчитанным по (16) есть некоторое отличие ( = 12,5 Ом и = 10,71 Ом, соответственно), так как исходные данные и результаты измерений этой экспериментальной установки, представленные в [11], были получены лишь с разумной, а не идеальной точностью.Поэтому при проектировании проектировщик обязательно должен предусмотреть использование несколько больших объемов закладочного материала, чем рассчитано по (16), для компенсации возможных ошибок, вызванных неточностью некоторых входных параметров и их сезонными колебаниями, но уж никак не большими чем (= 3,8 м 3 в рассматриваемом случае), так как увеличение объема сверх этого значения не могло бы дать существенного положительного эффекта, а только неоправданно увеличило бы затраты на установку.Учитывая все обстоятельства, в конце концов, проектировщик снова должен оценить оптимальный объем засыпного материала, исходя из существующей ситуации на площадке, влияния рассматриваемой системы заземления на безопасность людей и оборудования. , и имеющегося бюджета, а так же исходя из личного опыта и инженерного чутья.

В рассматриваемом случае, если требуемое положение системы заземления = 10 Ом, логичным выбором проектировщика было бы принять, например, = 3.3 м 3 (≈1,1   = 3,8 м 3 ; дополнительно 10% закладочного материала для некоторой компенсации возможных ошибок, вызванных неточностью некоторых входных параметров и их сезонными колебаниями). Если бы в положении системы заземления было допустимо = 15 Ом (что часто имеет место в энергосистеме Сербии), логичным выбором проектировщика было бы принять, например, = 0,6 м 3 (=, достаточное для устранить все контактное сопротивление и добавить 50 % материала обратной засыпки для компенсации возможных ошибок).В любом случае можно сделать вывод, что использованный объем = 1,2  м 3 бентонита был неправильным выбором (заниженный размер, если = 10 Ом, что означает, что после установки потребуются дополнительные работы; слишком большой, если = 15 Ом, что означает, что установка расходы были увеличены без уважительной причины).

6. Методика определения оптимального объема закладочного материала

Методика получения (6), (13), (14) и (16) и определения необходимых коэффициентов, а также инженерный анализ результатов, представленные в разделах 4 и 5 для рассматриваемого контура заземления, представляют собой новый математический метод определения оптимального количества материалов обратной засыпки, используемых для снижения сопротивления заземления, который может быть применен к любому типу системы заземления, с различными размерами, размещенными в любом грунте. конструкции, с различным количеством и характеристиками закладочных материалов.Подводя итог, можно сказать, что метод состоит из следующих 6 этапов: (1) 3D МКЭ-моделирование рассматриваемой структуры грунта, системы заземления и материала обратной засыпки, (2) расчет (с использованием 3D МКЭ) нескольких пар значений для материалов обратной засыпки (характеризуемых по ), которые доступны для построения системы заземления в нужном месте (рис. 3 и 4 в рассматриваемом случае), (3) нахождение и подгонка подходящей непрерывной функции к набору полученных точек для каждого материала засыпки ((6) в рассматриваемом случае), (4) определение точки «перегиба» с применением математического подхода, основанного на дифференциальном исчислении и математическом определении кривизны полученной непрерывной функции ((13) и (14) и табл. 1 в рассматриваемом случае),( 5) определение зависимости (в рассматриваемом случае (16)) и по ней расчет характерных объемов материала закладки ( , , и ), а также соответствующих им значений сопротивлений заземления, (6) проведение инженерного анализа на основании т существующей ситуации на объекте, влиянии рассматриваемой системы заземления на безопасность людей и оборудования и имеющегося бюджета, а также исходя из личного опыта проектировщика и инженерного чутья, для оценки оптимального объема, , материал обратной засыпки.

Предлагаемый метод может помочь проектировщикам систем заземления избежать явления насыщения при использовании засыпного материала для снижения сопротивления заземления и максимально повысить эффективность его использования. Хотя он и не рассчитывает точное оптимальное количество закладочного материала (что невозможно в практическом смысле), он представляет собой новый инструмент (отсутствующий ни в стандартах, ни в научной и профессиональной литературе) для проведения технических и технико-экономический анализ, по результатам которого можно определить оптимальное количество закладочного материала, которое необходимо использовать.Однако могут возникнуть практические проблемы, связанные с реализацией оптимизированных результатов в реальных условиях. В некоторых случаях может быть затруднительно или даже невозможно соорудить в реальных грунтовых условиях шурфы с размерами, определенными предлагаемым способом для идеального размещения оптимизированного объема засыпного материала.

Настоящие попытки автора направлены на упрощение представленного метода. Место для возможного упрощения может заключаться в том, что «коленное» значение объема материала засыпки практически полностью линейно зависит от удельного сопротивления материала закладки, согласно данным, представленным в таблице 1.Следовательно, возможно, что только «колено» значения объема засыпного материала для должно быть рассчитано с использованием предлагаемого метода, чтобы провести прямую линию между точками и на диаграмме с осью и и считать с этой линии «колено» значения объема для любого . Однако, прежде чем можно будет применить указанное упрощение, необходимо проверить линейную зависимость «колена» величины объема от удельного сопротивления материала засыпки для других типов систем заземления и грунтовых конструкций.

7. Распределение электрического потенциала на поверхности земли

Также было исследовано влияние используемого объема засыпного материала на распределение электрического потенциала на поверхности земли над заглубленной системой заземления (при замыкании на землю). Диаграмма, показанная на рис. 5, содержит кривые, представляющие распределения потенциала вдоль линии между точками = (0 м, 0 м) и = (8 м, 0 м), принадлежащие поверхности земли ( = 0 м), рассчитанные с помощью 3D МКЭ. для различных объемов бентонита ( = = 2.5 Ом·м) и для электрического потенциала электродов системы заземления, равного 200 В.


Диаграмма, представленная на рисунке 5, иллюстрирует влияние объема используемого засыпного материала (бентонита) на распределение потенциала на поверхности земли при замыкании на землю. Очевидно, что напряжение прикосновения, представляющее собой разность потенциалов между нарастанием потенциала земли (электрическим потенциалом электродов системы заземления) и потенциалом поверхности земли в точке, где человек стоит, при этом рука его соприкасается при заземленном сооружении уменьшается с увеличением объема засыпного материала (при одном и том же электрическом потенциале электродов системы заземления).Ступенчатое напряжение, представляющее собой разность потенциалов поверхности земли, испытываемых человеком, преодолевающим расстояние 1 м, очевидно, увеличивается с увеличением объема материала засыпки (при одном и том же электрическом потенциале электродов системы заземления). Однако для точного определения напряжения прикосновения и шагового напряжения — параметров, свидетельствующих о качестве системы заземления, — а также электрического потенциала электродов системы заземления в конкретном случае необходимо учитывать условия в соответствующей электрической цепи и проводить более глубокий анализ. должны быть выполнены, что также будет предметом будущей авторской работы.

8. Выводы

Новый математический метод определения оптимального количества материалов засыпки, используемых для снижения сопротивления заземления, основанный на 3D МКЭ моделировании, численном анализе полученных результатов, а также концепции «колена» кривой, а также как на основе инженерного анализа, основанного на опыте проектировщика, разработана и предложена в данной статье. Основанный на 3D FEM, насколько известно автору, это первый такой метод, предложенный в литературе, который является общим и может быть применен к любой геометрии электродов и составу грунта.

Предлагаемый способ апробирован на экспериментальной установке, представленной в литературе [11], содержащей квадратный контур, обернутый засыпным материалом и заглубленный в двухслойный грунт. Результаты, полученные представленным методом, предоставляют проектировщику диапазон оптимального объема для любого доступного материала обратной засыпки. Это помогает проектировщику принять решение, использовать ли объем засыпного материала ближе к нижней границе диапазона и попытаться устранить только составляющую контактного сопротивления с меньшими затратами или использовать объем ближе к верхней границе диапазона и получить дополнительную снижение сопротивления заземления при несколько больших капиталовложениях.

Однако предлагаемый способ подходит только для случаев, когда использование закладочных материалов имеет преимущества (с точки зрения эффективности и стоимости) по отношению к простому увеличению количества стержней или длины электрода. Также в некоторых случаях может быть затруднительно, а то и невозможно соорудить в реальных грунтовых условиях шурфы с размерами, определенными предлагаемым способом, для идеального размещения оптимизированного объема засыпного материала.

Конфликт интересов

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов, связанного с этой статьей.

Благодарности

Это исследование было частично поддержано Министерством образования, науки и технологического развития Республики Сербии (Проект TR 36018).

(PDF) Новая искусственная обработка для снижения сопротивления заземляющего электрода

IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY, VOL. 19, НЕТ. 2, АПРЕЛЬ 2004 601

Новое искусственное лечение для снижения

сопротивления заземляющего электрода

Хьюго Э. Мартинес, Эдвард Л.Fuentealba, Luis A. Cisternas, Hector R. Galleguillos, Jorge F. Kasaneva и

Osvaldo A. de la Fuente

Резюме.

электродов с течением времени. Используемый РАС представлял собой смесь неорганических солей, некоторые из которых встречаются в виде остатков промышленной переработки полезных ископаемых в Чили. Описаны химические характеристики смеси

, а также результаты измерений электрического сопротивления заземлителей во времени с обработкой РРА

и без нее.Также приведены значения силы тока и потери массы электрода

в испытательных электродах, закопанных под землю с помощью RRA

, и в ячеистых контейнерах, имеющих определенную емкость. Были проведены мелкомасштабные испытания

на воздействие импульсного тока в испытательных ячейках, содержащих электроды, обработанные РРА.

Ключевые слова — химический анализ, коррозия, заземление,

заземляющие электроды, измерение сопротивления.

I. ВВЕДЕНИЕ

Целей, которые преследуются при построении

системы заземления, несколько, и они подчиняются разным

причинам.Самое главное — гарантировать людям

безопасность. Однако обеспечение исправной работы электрической и электронной системы

и

также имеет большое значение [1], [2]. С точки зрения безопасности

система заземления должна предотвращать

людей от воздействия опасного электрического потенциала

различия [1]–[4]. Теперь, с точки зрения хорошей работы

в электрической и электронной системе, системы заземления

должны выполнять высокоприоритетные функции, как показано в следующем

[1]:

• стабильное напряжение между активными фазы и заземление,

при однофазном замыкании в силовой электрической

системе;

• в случае замыкания на землю обеспечить низкоомную

трассу;

• в случае атмосферных выбросов, чтобы

направить эту огромную энергию в землю;

• установление опорного уровня напряжения.

Рукопись получена 24 сентября 2002 г. Работа выполнена при поддержке проекта PROIM

«Промышленные полезные ископаемые: новые возможности для развития

страны», Университет Антофагаста-Чили.

H. E. Martinez и E. L. Fuentealba из Департамента электротехники

Университета Антофагаста, Антофагаста, Чили (электронная почта:

[email protected]; [email protected]).

L. A. Cisternas и H. R. Galleguillos из Департамента химического машиностроения

Университета Антофагаста, Антофагаста, Чили (электронная почта: lcis-

[email protected]кл; [email protected]).

Дж. Ф. Касанева с физического факультета Университета Антофагаста,

Антофагаста, Чили (электронная почта: [email protected]).

О. А. де ла Фуэнте из Департамента системной инженерии Университета

Антофагаста, Антофагаста, Чили (электронная почта: [email protected]).

Цифровой идентификатор объекта 10.1109/TPWRD.2004.824760

Существуют случаи, когда высокое удельное сопротивление грунта затрудняет или даже делает невозможным получение низких значений сопротивления в конструкции заземлителя

.По этой причине в настоящее время существуют

естественные и искусственные средства модификации грунтов, которые

покрывают заземлители, имеющие характеристики низкого сопротивления. К ним относятся изменение характера вышележащего грунта [1]

и покрытие его природными материалами, такими как бентонит [5], или искусственными соединениями

, такими как синтетические смолы.

В этом отчете представлены результаты испытаний электродов

с приложением тока и без него, которые были обработаны добавкой для снижения сопротивления (RRA)

, состоящей из сырья и остаточных неорганических солей из

Чили.Время испытаний колебалось в пределах периодов, несколько превышающих один год.

Хотя результат, показанный в этой работе, содержит данные только между

за один или два года, аналогичные результаты наблюдались для других

тестов за период времени более четырех лет. Оба испытания,

и без применения тока, были проведены в четырех местах

, включая Антофагаста, Ранкагуа, Чукикамата, месторождение нитратов Мария-Елена

и город Мехильонес.

также представлены результаты по напряжениям и разрядам тока молнии в ячейках определенных размеров

, содержащих полусферический электрод,

покрытый указанным выше испытательным материалом для снижения сопротивления

заземляющего электрода.

II. ХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИСПЫТУЕМОГО ПРОДУКТА

Используемый RRA был продуктом объединения трех типов смесей

неорганических солей, которые здесь обозначены как MA, MB,

и MC соответственно. Следующие результаты были получены при анализе

каждой из этих смесей методом рентгеновской дифракции с использованием

автоматического компьютеризированного рентгеновского дифрактометра

Siemens Co., модель D5000.

Смесь MA ​​состояла в основном из галита (NaCl),

и в меньших пропорциях из блэдита [Na Mg SO H O] и

стивенсита [группа монтмориллонита Ca Mg Si O OH

HO].

Смесь MB состояла в основном из галита и монтморил-

лонита [Na Al Mg Si O OH nHO]. Его второстепенные соединения

включали хунтит [Mg Ca CO ], анкерит

[Ca Fe Mg CO ] и кальцит (CaCO ).

Смесь неорганических солей MC состоит в основном из

галита с небольшими фракциями, включая гисмондин

(CaAl Si OHO), анкерит, диаспору, ханскит

[Kna CO SO Cl], монтмориллонит и сапонит

[Mg Si Al OOH HO].

После рентгеноструктурного анализа качественного состава

была проведена количественная оценка некоторых из более

важных элементов и соединений, присутствующих в смесях солей.

0885-8977/04 20 долларов США. Загружено 21 июня 2009 г. в 11:02 с сайта IEEE Xplore. Ограничения применяются.

Определение терминов, используемых при заземлении

Раздел 5.3.2

В целях содействия единому пониманию заземления вопросы, следующий глоссарий представлен National Lightning Институт безопасности.

Электроды в бетонном корпусе : Арматурный стержень в бетоне может быть эффективная часть подсистемы заземляющих электродов. Так как бетон имеет щелочную и гигроскопичную (абсорбирующую) природу, этот тип ионизирующего и влажная среда могут создать большой и эффективный поглотитель земли, используя фундамент любого АФС.Однако очень важно, чтобы арматура быть соединен с первичным заземляющим электродом, заглубленным кольцевым электродом и/или другие наземные точки в соответствии с концепцией всецело единообразного и интегрированная единая точка заземления для всего объекта. Бетонный корпус электроды признаны полезным компонентом заземляющего электрода система.

Величина тока : Пик типичной величины тока молнии в диапазоне 20-30кА.Однако были зарегистрированы величины более 400 кА. Приблизительно 3% величин измеряют выше 100 кА. IEEE рекомендует инженеры по молниезащите используют 40 кА в качестве расчетного порога для грозового разряда. системы защиты.

Глубокие скважины : Из-за типичной высокой стоимости глубоких скважин, другие альтернативы сначала следует изучить. К ним относятся: дополнительные заземляющие стержни; связь ограждений по периметру для увеличения наземной сети; радиально заглубленный заземляющие провода или заземляющие ленты, проложенные вдали от углов здания; лечение или наращивание грунтов искусственными засыпками; и недорогая капельница ирригационные системы.

Приводные стержни : Стальные стержни с медным покрытием загоняются ниже уровня земли и соединены с заземляющими проводами.

Подсистема заземляющих электродов м: Сеть электрически соединенных стержни, пластины, маты или сетки, установленные с целью установления низкоомный контакт с землей.

Эквипотенциальная плоскость : Решетка, лист, масса или массы проводников материал, который при соединении дает пренебрежимо малый импеданс текущий поток.

Система заземления объекта : Электрически взаимосвязанные системы проводников и токопроводящих элементов, которые обеспечивают пути тока к земле. Система заземления объекта включает в себя подсистему заземлителей, подсистема защиты, подсистема эталонного сигнала, подсистема защиты от неисправностей, а также конструкция здания, стеллажи для оборудования, шкафы, трубопроводы, распределительные коробки, кабельные каналы, воздуховоды, трубы, башни, другие опоры для антенн и другие обычно не имеющие тока металлические элементы.

Частота и скин-эффект : Молния — это высокая частота, высокая импульс тока. При высоких частотах и ​​больших токах энергия передается вдоль проводников с высоким скин-эффектом. Скин-эффект ограничивает ток к крайним наружным поверхностям проводников.

Земля : Обычно означает то же, что и грязь, почва или земля.

Соединения заземляющего проводника : Экзотермические соединения обеспечивают самая низкая индуктивность и самая высокая надежность среди всех вариантов подключения.Даже путь с низкой индуктивностью в цепи молнии может вызвать высокое напряжение. градиенты, что, в свою очередь, может способствовать переходу на альтернативные пути. Градиенты более 50 кВ / м являются общими как для воздуха, так и для земли. Такая дуга, известный как «боковой засвет», может быть результатом крутых изгибов над уровнем земли. проволочные проводники.

Заземляющий электрод : проводник (обычно заглубленный) для цели обеспечения электрического соединения с землей.

Кольцо заземления : Провод заземления размера № 2, окружающий или окружающий здание, башня или другое надземное сооружение. Обычно земля кольцо должно быть установлено на минимальную глубину 2,5 фута и должно состоять не менее 20 футов оголенного медного проводника. Он должен быть установлен за пределами капельная линия здания.

Halo Grounded Ring : Заземляющий провод № 2, установленный вокруг всех четыре стены внутри небольшого здания, на высоте ок.шесть дюймов ниже потолка. Установлены капли от ореола до оборудования шкафов и к волноводным портам, внутренним кабельным лоткам и т. д. Ореоловые кольца служат в качестве точек соединения для достижения заземления внутренних металлических поверхностей. объекты. Они, в свою очередь, подключены к главной шине заземления.

Потенциалы индуктивности и напряжения : Молния последует за путь наименьшей индуктивности. Чем выше частота, тем выше индуктивность. значение реактивного сопротивления при расчете полного сопротивления цепи.резистивный значения могут быть устранены для всех практических целей на высоких частотах расчеты молниеотводов для расстояний примерно 2000 футов или менее.

Полное сопротивление : Полное сопротивление типичного проводника заземляющего электрода. провода линейно увеличиваются в зависимости от частоты.

Сопротивление электрода : рекомендуемая практика IEEE заключается в предоставлении сопротивление менее 25 Ом для любого изготовленного заземляющего электрода.Местные условия будут варьировать этот целевой показатель. Цифры 10 Ом или менее являются стандартной практикой в ​​коммерческих кодексах и тактических и Стандарты систем дальней связи. Более низкие значения, в диапазоне от 1 до Диапазон 5 Ом полезен только для обеспечения электробезопасности при постоянном токе и частоте 50/60 Гц. Молния — это радиочастотное событие с типичным ВЧ волновым сопротивлением.

Экран : Корпус, экран или крышка, существенно снижающие соединение электрических и электромагнитных полей в цепях или вне их или предотвращает случайный контакт предметов или людей с частями или компоненты, работающие при опасных уровнях напряжения.

Искровой разрядник : Короткий воздушный зазор (диэлектрик) между двумя проводниками.

Типы соединителей : а) механические, как в резьбовом хомуте; б) Давление, как в компрессионном хомуте; в) Термический, как в CADWELDÒ, что приводит к экзотермическому или молекулярному соединению.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.