Методы заземления

Методы заземления и заземляющие маты

В электрических системах существует несколько методов заземления, включая проводное или полосовое заземление, стержневое заземление, трубное заземление, пластинчатое заземление и заземление через водопроводные трубы. Из них наиболее часто используются трубное и пластинчатое заземление, которые будут подробно рассмотрены ниже.

Заземляющий мат

Заземляющий мат создается путем соединения нескольких стержней медными проводниками. Такая конфигурация эффективно снижает общее сопротивление заземления и играет важную роль в ограничении потенциала земли. Он особенно подходит для областей, где ожидаются большие токи короткого замыкания. При проектировании заземляющего мата необходимо учитывать несколько ключевых факторов:

Рассмотрение вопросов безопасности

При возникновении неисправности разность потенциалов между землей и поверхностью земли должна быть на уровне, который не представляет опасности для людей, которые могут контактировать с некорродированными проводящими поверхностями электрической системы. Это обеспечивает безопасность персонала, работающего вблизи или около электрической установки.

Работа защитного реле

Заземляющий мат должен быть способен обрабатывать непрерывные токи короткого замыкания, достаточные для срабатывания защитного реле. Низкое сопротивление заземления необходимо, чтобы позволить току короткого замыкания свободно протекать через мат, что позволяет защитному реле оперативно отключить поврежденный участок электрической системы.

Предотвращение смертельных токов

Сопротивление заземляющего мата должно быть тщательно спроектировано, чтобы предотвратить прохождение смертельных токов через тело человека при случайном контакте с живыми частями. Это фундаментальное требование безопасности для защиты человеческой жизни.

Ограничение шагового напряжения

Проектирование заземляющего мата должно обеспечивать, чтобы шаговое напряжение - разность потенциалов между двумя точками на поверхности земли на определенном расстоянии друг от друга - оставалось ниже допустимого значения. Допустимое значение зависит от различных факторов, таких как удельное сопротивление грунта и условия короткого замыкания, необходимые для изоляции поврежденного оборудования от живой электрической системы. Поддерживая шаговое напряжение в безопасных пределах, минимизируется риск поражения электрическим током людей, ходящих вблизи заземленной установки.

Заземляющие электроды
Заземляющий электрод - это любой провод, стержень, труба, пластина или группа проводников, вставленных в землю горизонтально или вертикально. В распределительных электрических системах распространенной формой заземляющего электрода является стержень, обычно длиной около 1 метра, который вбивается в землю вертикально. Этот простой, но эффективный дизайн помогает установить надежное соединение между электрической системой и землей, обеспечивая безопасное рассеивание токов короткого замыкания.

Наоборот, в генерирующих подстанциях вместо использования отдельных стержней часто применяется заземляющий мат. Заземляющий мат состоит из нескольких проводников, соединенных в сеть. Этот подход предлагает несколько преимуществ по сравнению с использованием одиночных электродов. Более крупная площадь и взаимосвязанная природа заземляющего мата обеспечивают более низкое общее сопротивление, позволяя ему более эффективно обрабатывать большие токи короткого замыкания. Кроме того, он помогает более равномерно распределять электрический потенциал по всей территории подстанции, снижая риск опасных шаговых и контактных напряжений, которые могут представлять угрозу для персонала и оборудования.

Трубное заземление
Среди различных методов заземления, применимых в тех же условиях почвы и влажности, трубное заземление выделяется как одна из самых распространенных и высокоэффективных систем. В этом подходе используется оцинкованная стальная труба с перфорацией, соответствующая утвержденным спецификациям по длине и диаметру, которая вертикально устанавливается в почву, остающуюся постоянно влажной, как показано на сопроводительном рисунке.

Выбор размера трубы является критически важным, так как он определяется двумя основными факторами: величиной тока, который система заземления должна проводить, и характеристиками почвы. Для обработки больших токов короткого замыкания может потребоваться труба большего диаметра или длины, что обеспечит безопасное и эффективное рассеивание электрического заряда в землю. Кроме того, различные типы почвы имеют различное удельное сопротивление; например, почва с высоким удельным сопротивлением может потребовать более крупную трубу для достижения желаемого низкоомного соединения с землей. Этот тщательный процесс выбора размеров гарантирует надежность и безопасность системы трубного заземления, делая ее предпочтительным выбором для широкого спектра электрических установок.

Для трубного заземления стандартная практика предписывает конкретные размеры заземляющей трубы, которые варьируются в зависимости от условий почвы. Обычно, в обычной почве используется труба диаметром 40 мм и длиной 2,5 метра. Однако, в сухой и скалистый почве требуется более длинная труба, чтобы обеспечить эффективное соединение с землей. Глубина, на которой закапывается труба, прямо связана с влажностью грунта, так как более влажная среда способствует лучшей электропроводности.

В типичной установке труба устанавливается на глубине 3,75 метра. Для улучшения ее производительности нижняя часть трубы окружена маленькими кусочками кокса или древесного угля, расположенными примерно на 15 см. Альтернативные слои кокса и соли используются, выполняя различные функции. Кокс увеличивает эффективную площадь контакта с землей, в то время как соль снижает сопротивление земли, совместно оптимизируя эффективность системы заземления.
Дополнительная труба диаметром 19 мм и минимальной длиной 1,25 метра соединяется с верхней частью оцинкованной железной (GI) трубы через переходник. Эта вторичная труба играет важную роль в поддержании работоспособности системы, особенно в неблагоприятных погодных условиях.

В летние месяцы влажность почвы естественно снижается, что приводит к увеличению сопротивления земли. Чтобы противодействовать этому, строится бетонная конструкция, обеспечивающая постоянное водоснабжение. Для поддержания эффективного заземления через воронку, прикрепленную к трубе диаметром 19 мм, которая соединена с основной GI-трубой, заливают 3-4 ведра воды. Заземляющий провод, который может быть либо GI-проводом, либо GI-полосой с достаточным сечением для безопасного проведения токов короткого замыкания, прокладывается через 12-миллиметровую GI-трубу, зарытую примерно на 60 см ниже поверхности земли.
Пластинчатое заземление
Пластинчатое заземление включает в себя закапывание заземляющей пластины в землю. Пластина может быть изготовлена из меди с размерами 60 см × 60 см × 3 мм или из оцинкованного железа с размерами 60 см × 60 см × 6 мм. Пластина устанавливается вертикально, с верхней частью на глубине не менее 3 метров от поверхности земли. Эта глубина критически важна для обеспечения надежного электрического заземления, так как она позволяет пластине иметь достаточный контакт с почвой, обеспечивая безопасное рассеивание электрических токов в случае неисправности.

Пластинчатое заземление
При реализации пластинчатого заземления заземляющая пластина вставляется в вспомогательные слои кокса и соли, с минимальной толщиной этих слоев 15 см. Это сочетание помогает снизить удельное сопротивление почвы вокруг пластины, повышая эффективность системы заземления. Заземляющий провод, изготовленный из оцинкованного железа (GI) или меди, затем надежно прикрепляется к заземляющей пластине с помощью гаек и болтов. Несмотря на более высокую электропроводность меди, медные пластины и провода редко используются для заземления из-за их значительно более высокой стоимости по сравнению с альтернативами из GI. Эта экономическая эффективность делает материалы из GI предпочтительным выбором для большинства практических применений заземления.
Заземление через водопроводные трубы
Заземление через водопроводные трубы - еще один метод установления электрического соединения с землей. В этом подходе GI- или медный провод соединяется с водопроводными трубами. Соединение фиксируется с помощью стальной вязальной проволоки, которая крепится к медному выводу. Этот метод использует обширную металлическую сеть водопроводных труб, которые обычно имеют хороший контакт с землей, для предоставления низкоомного пути для электрического тока в случае неисправности. Однако этот метод заземления должен соответствовать соответствующим нормам безопасности и правилам сантехники, чтобы обеспечить как электрическую безопасность, так и целостность системы водоснабжения.

Водопроводные трубы обычно изготавливаются из металла и закапываются под поверхностью земли, что эффективно обеспечивает прямое соединение с землей. В случае неисправности ток, проходящий через оцинкованный железный (GI) или медный провод, используемый для заземления, направляется прямо в землю через водопроводную трубу. Это обеспечивает удобный и часто эффективный путь для рассеивания токов короткого замыкания, используя обширную подземную сеть водопроводных труб и их врожденную проводимость как металлической структуры.