Глубинный заземлитель

Четвёртая часть статьи "Об антизащите от молнии".
Читайте предыдущую часть "3. Транспортировка тока молнии по токоотводу".

Ситуация, анализируемая в этом разделе, часто встречается на практике. Скальный грунт с высоким удельным сопротивлением скрывает под собой хорошо проводящий водный массив. До него достаточно далеко, например, это слой горной породы толщиной в 100 м. Тем не менее, современная техника легко справляется с подобным расстоянием и позволяет опустить заземляющий электрод в водную поверхность, благодаря чему многократно снизится сопротивление заземления. Устройство подобного глубинного заземляющего устройства решает многие проблемы стационарного заземления. Однако, оно может оказаться совершенно недопустимым в импульсном режиме, когда важно время реакции на внешнее воздействие.

Будем оперировать вполне конкретными и реальными параметрами грунта. Пусть удельное сопротивление скальной породы ρ = 5000 Ом м и потому вертикальный стержень длиной в 100 м в такой среде не в состоянии обеспечить сопротивления заземления ниже 80 Ом. Столь высокое сопротивление заземления абсолютно не допускается в практических условиях.

Допустим также, что относительная диэлектрическая проницаемость скальной породы ε = 7. Это тоже вполне реальная величина, за счет которой скорость электромагнитной волны снизится в ε^1/2 раз и составит всего 110 м/мкс вместо 300 м/мкс, что в открытом воздухе. В итоге двойное время пробега волны по заземляющему электроду займет около Δt =1,8 мкс. Только тогда, после пробега волны электрического поля от подключенного на поверхности земли оборудования до водного слоя и обратно, напряжение на оборудовании «узнает» о снижении сопротивления заземления и тоже начнет снижаться. Подобное запаздывание недопустимо при воздействии тока отрицательной молнии, поскольку время его фронта, статистически варьируя в пределах 1 – 20 мкс в ряде практически значимых ситуаций может быть меньше Δt, а потому амплитуда грозового перенапряжения на любом оборудовании, подключенном к подобному заземлителю, не будет значимо снижена отраженной волной от глубинного водного слоя.

Полезно отметить, что наиболее крутой фронт тока характерен для последующих компонентов отрицательной нисходящей молнии, где его длительность может быть меньше 1 мкс.

Нужно заметить, что вся работа по устройству глубинного заземляющего устройства выполнена грамотно. Измерения традиционными методами благодаря водному слою документально демонстрируют низкое сопротивление заземления, удовлетворяющее нормативным документам. Никаких сомнений нет и быть не может.

Использование глубинного заземляющего устройства следует рассматривать как элемент антизащиты, если двойное время пробега волны напряжения по нему превышает длительность фронта тока воздействующей молнии и потому не приводит к практически значимому ограничению импульсного перенапряжения на изоляции подключенного оборудования. Сказанное не препятствует использованию заземляющего устройства для иных целей.

Читайте далее "5. Защита взрывоопасных сооружений"

Э. М. Базелян, д.т.н., профессор
признанный отечественный Эксперт в области заземления и молниезащиты