2. Розрахунок елементів заземлюючого пристрою

Для розрахунку елементів заземлюючого пристрою необхідно враховувати значення нормативного імпульсного опору заземлювача (Rіnз) для кожного окремого блискавковідводу (див. табл.2) та питомий електричний опір грунту (ρгр.) розтіканню струму в ньому (табл.3).

Таблиця 2

Значення нормативного імпульсного опору заземлювача.

Категорія захисту від блискавки	Типи блискавковідводів, що використовуються	Нормативний імпульсний опір заземлювача, Rіn
1	Окремо стоячий або ізольований від будівлі стержневий чи тросовий	≤ 10 *
2	Окремо стоячі або встановлені на будівлях неізольовані стержневі, тросові, сітчасті, металева покрівля.	≤ 10
3	Ті ж, що і для 2 категорії.	≤ 20

* при питомому опорі грунту 500 Ом∙м і більше Rіn ≤ 40 Ом.

Таблиця 3

Питомий електричний опір деяких грунтів

Показник	Грунт								Вода
	гравій, щебінь	пісок	супі сок	чорно зем	сугли нок	вапняк	глина	торф	Річ кова	Мор ська
Питомий опір грунту, Ом∙ м	2000	700	300	200	100	60	40	20	50	1

Враховуючи те, що на опір розтіканню струму в грунт впливає коливання його вологості, через пересихання влітку і перемерзання взимку за розрахунковий питомий опір грунту (ρр) ρприймають найбільше його значення протягом року, з урахуванням сезонного коефіцієнта (kc), див. табл. 4.

ρр = ρгр • kc, (Ом ∙ м) (7)

де ρгр – визначене табличне значення питомого опору грунту, Ом м;

kc - сезонний коефіцієнт.

Таблиця 4

Значення сезонного коефіцієнта в залежності від типу заземлювача

Показник	Зони
	I	II	III	IV
Середня багатолітня температура січня, 0С	від - 20 до - 15	від - 15 до - 10	від - 10 до - 0	від - 10 до + 5
Середня багатолітня температура липня, 0С	15…18	18…22	22…24	24…26
Середньорічна кількість опадів, см.	40	50	50	30…50
Кількість днів стояння льоду	190-170	150	100	0
Орієнтовна мінімальна товщина активного шару грунту, м. kс – для горизонтальних заземлювачів, на глибині 0,8м. kс – для вертикальних заземлювачів довжиною 2…3м., на глибині 0,5…0,8м. kс – для вертикальних заземлювачів довжиною до 5м., на глибині 0,7…0,8м.	2,2 4,5-7,0 1,8…2,0 1,35	2,0 3,5…4,5 1,6…1,8 1,25	1,8 2,0…2,5 1,4…1,6 1,15	1,5 1,5…2,0 1,2…1,4 1,1

Виходячи з місцевих умов, необхідно вибрати конструкцію заземлювача (форму, розміри електродів та ступінь заглиблення їх в землю).

Якщо на території улаштування блискавковідводу питомий опір грунту р > 200 Ом∙ м, то необхідно застосовувати заглиблені заземлювачі.

Тип заземлювача, схема його розміщення в грунті та аналітичний вираз розрахунку опору розтікання струму в грунт приведено в таблиці 5.

Таблиця 5

Визначення опору заземлювача розтіканню струму в грунт

Схема	Тип заземлювача	Формули
	Труба, стержень забитий на рівні поверхні землі Труба, стержень на глибині h; h= h'+1/2l Протяжний за-землювач (смуга, труба) на глибині h ширина b Кільцевий зазем-лювач (смуга, труба) на глибині h Кругла пластина на поверхні землі (діаметр d)

У приведених в таблиці формулах прийняті наступні позначення:

- питомий опір грунту, Ом∙м;

- довжина заземлювача, мм;

- діаметр труби чи стержня заземлювача, м;

b – ширина штаби (смуги), м;

h – відстань від поверхні землі до середини заземлювача, м;

h₁ – відстань від поверхні землі до верха заземлювача (глибина закладення),

м.

Якщо у якості заземлювача використовується кутова сталь або сталева смуга, то у формулу для визначення його опору підставляється зведений діаметр,

d = 0,95∙ b, м. (8)

де b – ширина смуги або полиці кутової сталі, м.

У зв’язку з тим, що електричний струм блискавки має імпульсний характер опір заземлювача може бути більшим чи меншим, чим при проходженні такого ж струму промислової частоти. Тому, у розрахунку заземлюючого пристрою блискавковідводів враховують імпульсний коефіцієнт, ά. З урахуванням цього, опір стержня заземлювача визначається за виразом:

Rі ст = Rст ∙ά , Ом. (9)

де ά – імпульсний коефіцієнт (див. табл.6)

Таблиця 6

Значення імпульсного коефіцієнта

Тип заземлювача	Значення імпульсного коефіцієнта ά при питомому опорі грунту, ρ Ом ∙ м. 50 100 300 500 1000
Вертикальний(стержневий) з електродом довжиною 2…3 м.	0,95	0,8	0,6	0,4	0,35
Протяжний, при довжині смуги, м. (один промінь/два промені). 2,5 5…10 10 20 20 40 30 60 40 80	0,95/0,95 0,95/0,95 1,12/1,12 1,12/1,12 1,75/1,75	0,8/0,8 0,9/0,9 1,1/1,1 1,4/1,4 1,7/1,7	0,6/0,6 0,7/0,7 0,9/0,9 1,0/1,0 1,3/1,3	0,4\0,4 0,5/0,5 0,7/0,7 0,8/0,8 0,9/0,9	0,35/0,35 0,4/0,4 0,6/0,6 0,7/0,7 0,8/0,8
Кільцевий діаметром, м 4 6 8 10 12	0,8 0,8 0,94 0,98 0,99	0,7 0,79 0,84 0,88 0,89	0,5 0,55 0,6 0,65 0,7	0,4 0,4 0,44 0,46 0,49	0,34 0,35 0,36 0,38 0,4

Розраховане значення імпульсного опору заземлювача,Rіз порівняти з нормативним імпульсним опором Rіn, (Табл..2)

Rі ст ≤ Rіn (10)

Коли умова за виразом (10) не виконується, тоді при улаштуванні заземлювача визначається кількість його елементів (стержнів) за формулою:

n = Rі ст/Rіn, шт. (11)

Сконструювати розміщення розрахованої кількості стержнів, задатись відстанню (а) між ними.

Визначити загальний опір розрахованої кількості (групи) стержнів заземлювача за формулою:

Rі гр = (Rі ст / n) ∙ η, (Ом) (12)

де n – кількість прийнятих вертикальних стержнів (електродів);

η – коефіцієнт використання (екранування) вертикальних електродів (визначається за табл.7).

При ή =1 знайти вихідну кількість вертикальних стержнів:

n 1 = (Rі гр /Rin) ∙ ή, шт . (13)

При прийнятій кількості вертикальних стержнів, n1 (вираз 13) та відношенню відстані між окремими електродами до їх довжини, а/l і з урахуванням інтерполяції за табл.7 визначити значення ή1 та уточнити кількість вертикальних стержнів:

n 2 = Rі гр/Rin ∙ ή1, шт. (14)

Далі уточнювати кількість вертикальних стержнів (електродів) до отримання різниці між останніми числами кількості заземлювачів менше одиниці, тобто (n_і – n_і-1)<1.

Кінцеве значення прийняти рівним найближчому меншому його значенню і для нього визначити коефіцієнт n (за табл. 7), з урахуванням інтерполяції.

Таблиця 7

Визначення коефіцієнта використання 

Кількість електродів п	Коефіцієнт використання η при відношенні відстані між електродами до їхньої довжини
	a/1=1	a/1=2	a/1=3
При розміщенні електродів в ряд
2	0,84—0,87	0,90—0,92	0,93—0,95
3	0,76—0,80	0,85—0,88	0,90—0,92
5	0,67—0,72	0,79—0,83	0,85—0,88
10	0,56—0,62	0,72—0,77	0,79—0,83
15	0,51—0,56	0,66—0,73	0,75—0,80
20	0,47—0,50	0,65—0,70	0,74—0,79
При розміщенні електродів по контуру
4	0,66—0,72	0,76—0,80	0,84—0,86
6	0,58—0,65	0,71—0,75	0,78—0,82
10	0,52—0,58	0,66—0,71	0,74—0,78
20	0,44—0,50	0,61—0,66	0,68—0.73
40	0,38—0,44	0,55—0,61	0,64—0,69
60	0,36—0,42	0,52—0,58	0,62—0,67
100	0,33—0,39	0,49—0,55	0,59—0,65

Група стержнів заземлювача об’єднується в осередок заземлення з’єднувальною сталевою смугою (шиною), (дивись рис.2).

Рис. 2. Конструктивна схема комбінованого заземлювача