Вебинар "Заземление в молниезащите. Ответы на все вопросы", страница 1

Четвертый вебинар из серии "Заземление и молниезащита: вопросы и проблемы, возникающие при проектировании"

(прошёл 8 октября 2014 в 11:00 по МСК)

Рекомендуется просмотр с качеством "720p" в полноэкранном режиме.

Заземление в молниезащите только на первый взгляд не вызывает вопросов. На самом деле, их там намного больше, чем вы можете себе представить! Например, любые попытки воздействовать на эффективность работы молниеотводов изменением их сопротивления заземления остаются без значимых последствий. При сопротивлении заземления 1, 10, 100 и даже 1000 Ом молниеотвод работает практически одинаково.

Правильный выбор сопротивления заземления необходим только для безопасного отвода в землю импульсного тока молнии. Именно по этой причине столь неопределенны требования к величине сопротивления заземления молниеотвода. С анализа этих требований предполагается начать семинар.

Дальше – интереснее!

В практической деятельности специалисту по молниезащите наиболее часто ставятся две задачи: достоверно рассчитать заземляющее устройство и правильно измерить его сопротивление заземления после монтажа или в процессе эксплуатации. Важно понять, какие параметры грунта нужны для расчета, зависят ли они зависят от конструкции и геометрических размеров заземляющего устройства, а если зависят, то каким именно образом?

Понятно, что измерения сопротивления заземления не вызывают проблем, когда заземлитель находится на не застроенной территории. Если же свободное пространство ограничено, приходится прибегать к методологическим уловкам, далеко не всегда обоснованным. Их анализ позволит дать вполне конкретные рекомендации по процедуре измерений.

ПУЭ рекомендует объединять в единый контур заземлители различного назначения. Однако заказчик часто требует устройства автономного заземления для особо чувствительной аппаратуры. На деле в проводящем грунте всегда есть гальваническая связь даже между достаточно удаленными заземляющими устройствами. Как оценить ее последствия? Какая часть токов молнии может реально проникнуть в автономный заземлитель?

Вольтамперная характеристика практически любого грунта не линейна. По мере увеличения тока в килоамперном диапазоне сопротивление заземления может заметно снижаться. Давайте разберем механизм такого снижения, чтобы достоверно оценить практическую значимость эффекта.

В различных руководствах много рекомендаций по улучшению характеристик заземлителя при помощи локальной установки вертикальных электродов. Как правило, эти рекомендации не сопровождаются количественной оценкой. Каков здесь реальный эффект и что можно ждать от глубинных заземлителей?

Ну и напоследок мы вернемся к проблеме напряжения шага и прикосновения, потому что ими не только определяется проблема электробезопасности, но и уровни электромагнитных наводок, обусловленных импульсными токами в земле.

Текст вебинара. Страница 1

Быстрая навигация по слайдам:

Страница 1:

1. Заземление в молниезащите. Ответы на все вопросы
2. Сопротивление заземления молниеотвода
3. Необходимое количество заземляющих устройств
4. Удельное сопротивление грунта
5. Насколько глубоко проникает ток в землю?
6. Контур заземления в виде горизонтальной сетки
7. Искусственная обработка верхнего слоя грунта
8. Искусственная обработка верхнего слоя грунта, сетка 10х10
9. Искусственная обработка верхнего слоя грунта, контур 10х10
10. Климатические изменения грунта
11. Зависимость эффекта от длины горизонтальной шины

Страница 2: >>

12. Зависимость эффекта от размеров контура заземления
13. Измерение сопротивления заземления
14. Влияние на результат токового электрода
15. Ликвидация погрешности для сосредоточенных электродов
16. Электроды на одной прямой
17. Коррекция при измерениях, сетка
18. Коррекция при измерениях, контур
19. Коррекция при измерениях, горизонтальная шина
20. Коррекция при измерениях, вертикальный стержень
21. Гальваническая связь между заземлителями
22. Наведенное напряжение на контуре 50х50 м

Страница 3: >>

23. Наведенный ток в контуре 50х50 м
24. Потенциал у боковой стороны пассивного контура заземления
25. Напряжение шага и прикосновения
26. РД 34.21.122-87
27. Влияние вертикальных стержневых электродов
28. Особенности растекания импульсных токов, длинная шина
29. Особенности растекания импульсных токов, контур
30. Нелинейные процессы в грунте
31. Искровые разряды вдоль поверхности грунта, эксперимент
32. Блок вопросов и ответов

Примерное время чтения: 1 час 23 минуты

Заземление в молниезащите. Ответы на все вопросы

Мы начинаем семинар, причем мы будем вести его сразу из двух точек. Я из Москвы, а Алексей Рожанков из Новосибирска будет комментировать те вопросы, которые вы будете задавать.

- Да. Добрый день!

- Добрый день! Вопрос, который сегодня будет обсуждаться для меня наиболее принципиальный. Вообще говоря, лет 50 тому назад я пришел в молниезащиту, занимаясь процессами заземления. Сейчас по дороге сюда, мне был звонок об очередном эксперименте, который идет в грунте и связан со стеканиями больших токов. Работа эта не прекращается, потому что похоже, что как вопросы заземления, связанные с неограниченным размером земли – бесконечны, так и сама проблема тоже бесконечна.

Сопротивление заземления молниеотвода

Хотя, если говорить о том, как сопротивление заземления влияет на эффективность работы молниеотвода, то ответить надо следующим образом – практически, никак не влияет. Сколько в разных лабораториях не пытались понять, влияет ли сопротивление заземления на эффективность молниеотвода, ответ на это был получен однозначно и всегда один и тот же. В разумных пределах это сопротивление никак не влияет на эффективность молниезащиты. Тем не менее сами процессы растекания тока в земле, они принципиальны для очень многих вещей. И в первую очередь, это для безопасности людей и во вторую, хотя может быть сегодня даже более важный вопрос – это вопрос о том, как поведет сегодня та аппаратура микропроцессорная и техника, которая подвергается воздействию электромагнитного поля тока молнии. В основном, вообще говоря, через землю. И этими вопросами мы будем с вами заниматься.

Необходимое количество заземляющих устройств

Я хочу сразу оговорить вот какую вещь. Те данные, которые я буду приводить, следовало бы проверять прямым экспериментом в поле. Но эксперименты с работой заземляющих устройств гораздо сложней. Поэтому провести большое количество экспериментов в поле никому, ни в России, ни в других странах не удается. И те эксперименты, которые я буду вам демонстрировать, это в основном численные эксперименты. Они сделаны набором компьютерных программ, которые мы для этой цели у себя в Электротехническом Институте им. Крыжановского специально разрабатывали. Я уверен в достоверности этих программ и уверен в тех результатах, которые мы вам покажем. Но хотел, чтобы вы подумали во время семинара вод над чем. Я буду рассказывать вам о результатах в численных расчетах, но не буду вам говорить вам о самих расчетах сегодня. Потому что мы предполагаем, если это вам важно, то провести специальный семинар по методике расчета заземляющих устройств. Этот семинар будет проведен в том случае, если вы скажете – да, такой семинар нужен! Только прошу учесть вот какую вещь.

Удельное сопротивление грунта

А теперь собственно к теме самого семинара. Для того, чтобы рассчитать заземлитель, надо знать удельное сопротивление грунта. Этот параметр, знание которого настолько приблизительно, что невозможно себе вообразить. Эта таблица, которую я сейчас вам показываю взята из одного официальных, методических руководств, что изданы в России. Смотрите, пожалуйста, цифры для одного и того же грунта там колеблются в несколько раз, вплоть до 5 - 6 крат может меняться сопротивление грунта в зависимости условий и в зависимости просто от места измерений. Хотя тип грунта, примерно, один и тот же. И когда вы собираетесь рассчитать или проектировать какое-то из устройств молниезащитных, заземляющих устройств. Вам надо решить вопрос.

Насколько глубоко проникает ток в землю?

А на какое сопротивление грунта вы будете его рассчитывать. Мало измерить сопротивление грунта на поверхности, оно вам в общем-то ничего не даст, потому что ток молнии растекается в земле и это растекание захватывает достаточно глубокие слои грунта. Если вы спросите, какие это слои, то ответ формальный будет такой – до бесконечности. То есть весь объем земли используется в процессе растекания грунта. Для проектных расчетов важно, а где собственно кончается та граница, при которой растекание тока уже не влияет на его удельное сопротивление, на сопротивление заземления заземлителя. Как ответить на этот вопрос? Вообще говоря, я не представляю себе другого ответа, кроме такого. Надо было взять заземлитель, поместить его в двуслойную среду, а после этого взять и эту границу двуслойности удалять, удалять, удалять вглубь земли. И посмотреть при каком удалении сопротивления заземления, заземлитель перестанет реагировать на положение этой границы. Такие эксперименты невозможно сделать в натуре, а численно их можно сделать. И я показываю вам результаты таких численных экспериментов. Я взял шину горизонтальную, длинной в 10 метров и увидел, что ее сопротивление заземления перестает зависеть от глубинной границы, когда эта граница удаляется от поверхности земли, примерно, на 10 метров. В этом случае разница между тем сопротивлением, которое было бы в чистом грунте и тем, которое получилось, оно отличается, примерно, в пределах 10 %. Что получается? Шина десятиметровая и глубина нужна десятиметровая. Любопытный факт. А теперь я беру и делаю следующую вещь. Я беру теперь шину стометровую и делаю все то же самое. И вижу, что теперь удалить грунт вниз мне нужно удалить, примерно, не на 10 метров, а на 100.

Контур заземления в виде горизонтальной сетки

А если я теперь перейду к более сложному вещанию. Теперь я взял контур, контур, представляющий собой сетку. Сетку из горизонтальных шин. Такие контура устраивают на крупных заводах, на нефтеперерабатывающих заводах, на электростанциях, на подстанциях. Я взял сетку размером всего лишь 10 * 10 метров. И смотрите, у меня при примерно, пятнадцатиметровой глубине, грунт перестает влиять уже на сопротивление заземления этой сетки. А что такое 15 метров? Это, примерно, длина диагонали этого самого контура заземляющего. Перешел на другую сетку, 100 * 100 метров. И теперь поглядите, тот же самый эффект я получаю в том случае, когда я опустил границу грунтов, примерно, до 150 метров. То есть и здесь работает такое правило, максимальный габарит заземляющего устройства определяют ту глубину, на которой работает заземлитель. И теперь перед вами встанет такой вопрос. Исследовать грунт на глубину 5 – 10 метров не проблема. В конце концов, возьму и просверлю, и возьму пробу этого грунта на такой глубине. Но если мне нужно знать состояние грунта на глубине 150 – 200 метров, а то и больше, то никаких других возможностей, кроме одной – это возможность георазведки, у меня не будет. И в этой ситуации хочу я или не хочу, мне приходится пользоваться методами георазведки поверхности земли. Это тяжелая работа, приближенная работа. И представление о том, как меняется характеристика грунта на такой глубине, найти можно только приближенно. И поэтому проектный расчет заземлителя на большой площади, он получается очень приближенным. И единственное, что я могу сделать в этом случае, это спроектировать, построить этот заземлитель. И потом уточнять, что же у меня получится. Других вариантов почти нет. Но из того анализа, который я сейчас вам показал, следуют вот какие вещи.

Искусственная обработка верхнего слоя грунта

Опираясь на этот самый анализ, очень две важные прикладные задачи. Первая прикладная задача такая: если вы откроете ПУЭ и прочитаете, что делать в высоковольтных грунтах. Вам ПУЭ рекомендует проводить химическую обработку грунта. Если химическую обработку грунта вы сделать не можете, у вас есть вторая возможность. Удалить грунт и сделать насыпку другого грунта более высокопроводящего. И та и другая ситуация связаны в общем с большими материальными затратами. И на большую глубину вы грунт не замените, и на большую глубину вы грунт не обработаете. Поэтому важно посмотреть, а что будет, если я проведу искусственную обработку грунта и изменю его удельное сопротивление. Например, у меня основной грунт имел удельное сопротивление 1000 Ом м. Паршивый грунт. Теперь я либо снял верхний слой, либо заменил его, скажем, черноземом или перегноем. Либо провел химическую обработку этого грунта, чтобы изменить его сопротивление. Пусть от этой химической обработки грунт изменил свое сопротивление в 10 раз, и вместо 1000 Ом м, у меня стало 100 Ом м. Посмотрим теперь, а как это влияет на удельное сопротивление заземления, контура заземления, который имеет длину и ширину 100 метров и сделали сетки 10 * 10 метров. То есть это обычный контур заземления. Смотрите, что получается. Обработал я на 1 метр, снизил в 10 раз сопротивление заземления, а сопротивление заземления вместо желаемого 0,5 Ом стало всего 3,5 Ом. То есть я в 10 раз уменьшил сопротивление заземления в грунте и только совсем незначительно изменил сопротивление заземления самого устройства, которое в этом грунте находится. Если я обработаю 10 метров грунта, что совершенно нереально, у меня сопротивление заземления будет в 4 раза отличаться от идеального.

Искусственная обработка верхнего слоя грунта, сетка 10х10

И еще имеет очень большое значение подложка, которую я обрабатываю. Если у меня подложка высоковольтная, если ее удельное сопротивление 2000, 3000, 4000, 5000 Ом м, то обработка поверхностного слоя грунта на глубину, скажем, в 3 или в 5 метров, почти ничего не дает. У меня сопротивление заземления оказывается на уровне том, который здесь показан, вместо тех 0,5 Ом, которые должны были бы быть, если бы у меня грунт был однородный. То есть получается такая штука, что поверхностная обработка грунта на контур заземления большой площади влияет в очень малой степени и сколько-нибудь приличного влияния можно добиться только в одном случае.

Искусственная обработка верхнего слоя грунта, контур 10х10

Если у вас этот контур заземления локальный и его размеры невелики. Если вы обрабатывает грунт на контуре заземления, скажем, жилого коттеджа, у которого все размеры заземлителя - это 10 * 10 метров, примерно. Здесь вы можете получить вполне приличный результат. Но если вы думаете о химической обработке большой поверхности, надеяться на это не приходится. С этих позиция я прошу обратить ваше внимание вот на что. Сегодня очень широко различные фирмы предлагают химически –активные электроды, которые обрабатываю как раз внешнюю поверхность грунта и глубина в этой обработки не слишком большая. Если это заземлители небольшой протяженности, скажем, протяженность их в 3 метра, примерно, то в этом случае у вас результат может получиться вполне неплохой. Но если вы из таких заземляющих устройств будете компоновать большой протяженный заземлитель, то эффект, наверняка будет малосущественный.

Климатические изменения грунта

Теперь вторая сторона этого же самого дела. Есть климатическое изменение состояния грунта. Пример такого изменения показан на этом графике. Для грунта удельным сопротивлением 350 Ом м московской области. В прошлом году эти измерения начались летом, в июне месяце и зимой они закончились. Посмотрите, размах изменения сопротивления заземления шиной длиной в 3 метра было, примерно, двукратное. За счет чего это происходит? Это происходит за счет двух вещей. Первая вещь – это летом в засушливый сезон, у вас уходит влага из грунта и у вас сопротивление заземления увеличивается. Зимой грунт промерзает в средней полосе России, примерно, на глубину 1,5 метра и этот мерзлый грунт снова приводит к тому, что сопротивление заземления у вас увеличивается. А теперь вопрос, как это сказывается?

Зависимость эффекта от длины горизонтальной шины

Изменение сопротивления поверхностного слоя грунта, как это сказывается на сопротивлении заземления различных по размеру заземлителей. Я привел такой пример: я слежу за протяженной шиной. Эта протяженная шина у меня имеет длину, которая меняется от, примерно, 1 метра до 100. И у меня произошло климатологическое изменение сопротивление грунта. У меня грунт, за счет того, что он промерз на глубину 1,5 метра, у меня удельное сопротивление грунта изменилось в 10 раз. Спрашивается, а сопротивление заземления заземлителя во сколько раз изменится? Глядите, если эта шина у меня коротенькая, то изменение почти такое же. В 10 раз изменилось сопротивление заземления грунта, в 10 раз изменение сопротивление заземления заземлителя. Но по мере того, как у меня длина шины увеличивается, кратность изменения сопротивления заземления все время снижается.

Следующая страница >>
^{слайды с 11 по 22}

Полезные материалы для проектировщиков:

Смотрите также: