Вебинар "Расчёт заземляющих устройств", страница 3

И тогда я могу считать задачу упрощена, полагая, что в каждом стержне течёт одинаковый ток и учитывать только взаимные влияния стержней. Ошибка, которая здесь получается, она настолько мала, что точный расчёт (красная линия) и приближенный расчёт (чёрная линия), они на этом графике практически не отделены.

Теперь такой вопрос. В некоторых пособиях сопротивление заземления сетки считают следующими образом. Считают число элементов этой сетки, шины между двумя узлами, таких элементов может быть несколько сотен, считают сопротивление заземления одного элемента, делят потом, что получилось на число элементов, получают какую-то очень маленькую величину, а потом эту величину поправляют на коэффициент использования. Я просто хочу вам показать, что получается с этим самым коэффициентом использования. У меня квадратная сетка, так. Длина квадратной сетки (у меня опять пропала стрелочка, Надежда, помогите. Одну секунду. Спасибо.) Смотрите, что получается, значит я беру квадратную сетку и меняю ее длину и смотрю чему будет равен коэффициент использования, если делать по коэффициенту использования. Этот коэффициент использования слева. Посмотрите, для сетки размером в сотню метров. А это вполне типичный размер для сетки. Этот коэффициент использования уходит на уровень одной сотой и ниже. Представляете? Вы проводите расчет, а потом получаете цифры, которые поправляете в 100 раз. Это полный абсурд. Использовать формулы Лорана конечно надо, но делать расчёты сеток с помощью коэффициентов использования, на мой взгляд, это полное безобразие.

Блок вопросов и ответов

Я готов отвечать на вопросы, хотя я понимаю, что задавать вопросы по тексту, который здесь излагался и в основном то излагались то расчетные формулы, это конечно дело непростое. Надежда, есть у нас какие-нибудь вопросы или как?

— Да. Всем добрый день. Один пока поступил вопрос. Как влияет материал электродов заземлителя на расчёты?

— Спасибо большое. Вообще, вы знаете, это замечательный вопрос. Это замечательный вопрос и я виноват, что я не сказал об этом. Вот в чем дело. Удельное сопротивление земли - это величина где-нибудь на уровне 100Ом*м. Скажем, если это чернозем - 70 Ом*м, если это какой-нибудь мокрый суглинок - это 200 Ом*м. То есть цифры удельного сопротивления хорошего грунта - это величина около 100 Ом*м. Удельное сопротивление металла, даже самого заурядного - чёрной стали - это 10 в минус 7 Ом*м. Итого, любой металл, какой хотите, он примерно в миллиард раз более качественный проводник, чем земля. Поэтому какой металл вы возьмете для расчета не имеет ровным счетом никакого значения. Рассчитывая сопротивление заземления без больших погрешностей, любой металл можно считать сверх проводником и можно считать по этой причине, что потенциал любой точки на вашем заземлителе в стационарном режиме есть величина совершенно одинаковая. Поэтому в этом смысле расчёт сопротивления заземления может проводится в предположении, что все заземляющие электроды при постоянном токе обладают нулевым удельным сопротивлением. Это надо было сказать сначала. Это моя вина. Есть там ещё что-нибудь?

— Да. Коллеги активизировались, вопросы посыпались. Как считать угловой профиль?

— Как проводить расчёт углового профиля?

— Да.

— Вы знаете, какое дело. Для углового профиля ситуация вот какая. Вы хотите знать какой эквивалентный радиус надо поставить в расчетную формулу, имея в виду угловой проводник. То есть используете уголок. В большинстве справочников этот радиус выбирается в половину размера уголка. Почему здесь не занимаются ловлей блох? Дело в том, что радиус входит под логарифм и значение этого радиуса, если вы измерите в пределах 10%, мало что изменится, потому что величина под логарифмом стоит длины электрода деленная на радиус. И сама величина от радиуса меняется, а логарифм ее меняется очень мало. Поэтому в большинстве практических расчетов берут вот такую вещь. Берут и вместо длины уголка, берут радиус равный половине длине. Вы можете поступить вот каким образом, если вам хочется более точно что-то сделать. Посчитайте площадь этого уголка и возьмите эквивалентный радиус по этой площади, получится практически одно и то же.

— Так. Вопросы прямо сыпятся, поэтому по возможности, давайте кратко отвечать. Какое все-таки оптимальное расстояние между электродами лучше выбрать? То есть кратное длине? Какая кратность?

— Вот, что бы я вам посоветовал. Я бы вам посоветовал такую вещь. Никогда не брать расстояние между электродами меньше, чем их длина. В этом случае у вас конечно электрод будет экранировать, но как я показывал в расчете, показывал токи в них при расстоянии сопоставимой с их длиной, получаются практически одинаковые. А Это значит, что электроды друг на друга почти не влияют. Такое правило - расстояние между электродами - это примерно их длина, а она вполне годится, чтобы делать практические контуры заземления.

— Так. Какие пособия вы порекомендуете для расчёта заземляющих устройств?

— Что?

— Какие пособия, пособия для расчета заземляющих устройств?

— С пособиями очень плохо. Вы знаете, сейчас мы готовим статью, которую проект ZANDZ поместит на своем сайте. Все, что я изложил вам, но только подробно и с деталями будет в этой самой статье. Потому что, если взять всякие книжки касающиеся расчета сопротивления заземления. Это, как правило, книжки по электробезопасности. Там вы найдете расчеты только через коэффициент использования и эти расчеты плохие, на них точно ориентироваться не следует. Но вот какое дело. Я говорил, что расчет сопротивления заземления и расчет электрической емкости - это практически один и тот же расчет. Расчет емкости и расчет величины обратно пропорционально сопротивлению заземления или единица, деленная на сопротивления заземления. Это одно и тоже. И на этот счет есть очень хороший справочник по расчету электрической ёмкости, написанной Йосселем, а второго автора я, к сожалению, не припомню. Но если вы залезете в Интернет, то в Интернете вы, безусловно, найдете. Там перед формулами существует теория, расчетная теория, которая, на мой взгляд, очень полезна, во всяком случае, когда я хотел специализироваться в сопротивлении заземлений, я в эту книжку Йосселя лазил неоднократно.

— Вопрос. Можно ли использовать эквивалентное удельное сопротивление грунта для расчета сопротивления заземлителя в многослойном грунте?

— Конечно. Конечно, можно. Более того, практически так и делают. Вы знаете, вот в чём все дело. Многослойный грунт это, в общем, в какой-то степени мистификация. Потому что метод оценки сопротивления заземления этих слоев настолько несовершенен, что я бы вообще по-другому не поступил, а использовал бы расчёт по эквивалентному сопротивлению. Потому что все остальное, при их приближенных расшифровках методах вертикального электрического зондирования, которым все это определяется, это простоя ловля блох.

— Особенности расчёта заземляющих устройств в вечно мерзлом грунте?

— Есть ли смысл в применении больших металлических пластинах для заземления?

— Слушайте. Все-таки отвечу так. Я не вижу смысла использовать большие металлические пластины. Если у вас это большая металлическая пластина получилась автоматом. Автоматом - вот каким образом. У вас строится высотное здание. В высотном здании кладется фундаментная плита. Эта фундаментная плита, она сделана из нормированного железобетона. Арматура этого железобетона, она по сути дела абсолютно эквивалентна к такой сплошной плите. Тогда - да, эта плита должна использоваться как такой пластинчатый заземлитель. Но если вы сами хотите положить такую металлическую плиту, то примерно 95% металла вы истратите за зря. Потому что, если вы просчитаете такую вещь - возьмите сетку и начинайте уменьшать размеры ее ячеек, а габариты сетки внешней оставляйте без изменений. Вы увидите, что после того, как вы уйдете на некоторое расстояние, у вас уменьшение размеров ячеек сетки перестанет вообще практически влиять на сопротивление заземления. Это значит, что металл вы закладываете впустую. Делать этого точно не стоит. Но если это получилось автоматом, то Слава Богу.

— Также был вопрос по такой же методике, о которой вы рассказали считаются ли глубинные заземлители?

— Глубинный заземлитель. Посмотрите. Я сейчас вернусь к слайду. К этому слайду.

Посмотрите. В том, что здесь написано никаких запретов на величину h не существует вообще. Вы можете считать по этим расчетным соотношениям любой стержневой глубинный заземлитель. Никаких здесь запретов нет. Единственное только удельное сопротивление грунта надо ставить как эквивалентное сопротивление для того места, где находится глубинный заземлитель. Все, все остальное годится.

— Был вопрос. Есть ли учет влажности грунта по глубине?

— Понимаете, какое дело. В той теории, которую мы разбираем, и другого выхода нет, мы оперируем значением удельного сопротивления заземления. Оно, конечно, зависит от влажности. И вы можете учесть эту зависимость, введя разные сопротивления заземления и разные эквивалентные сопротивления заземления разной глубины расположения слоев. Но фигурировать влажность в той методике расчёта теории электрического поля постоянного тока, она конечно не может. Она фигурирует только в величине удельного сопротивления грунта. В р, в него вложена эта влажность.

— Так. Ещё был вопрос. На объекте используются металлические сваи, трубы и для уплотнения применяется вязкоцементная смесь. Можно ли пренебречь этим окружающим материалом и считать заземлитель как будто он находится в грунте?

— Полагаю, что да. Полагаю, что можно использовать, потому что я не представляю себе вот какой вещи. Ведь вряд ли эта упрочняющая смесь будет занимать размеры больше метра, двух метров. Такого быть не может. А если это так, то в эту смесь войдет из почвы продиффундирует та влага, которая есть в окружающем грунте и если вы знает удельное сопротивление грунта, то с чистой совестью можно считать никакой вязкоцементной смеси у вас нет, а существует тот грунт, который в этом месте намерен. Не сомневаюсь, что это правильно.

— Так. Ещё был вопрос про разность потенциалов на несвязанных между собой заземлителях. Как её определить? Между двумя заземляющими устройствами не связанными между собой.

— Ещё раз спасибо за замечательный совершенно вопрос. Знаете, действительно очень хороший вопрос. Делается это следующим образом. Считается единый заземлитель. Один заземлитель, тот, в который вы ввели ток, а второй заземлитель в нем никакого тока нет. То есть, есть ток в его электродах, но сумма токов этих электродов должна быть предписана равным нулю. Понимает. Потому что ток к этому соседнему заземлителю не поступает. И вот вы пишите систему уравнений. Дальше считая, что сумма токов в заземлителе не равна нулю, а она равна тому току, который туда поступает. А в соседнем заземлителе токи в электродах есть, но сумма этих токов равна нулю, потому что туда ток не поступает. И если вы такую систему решите, то вы найдете две вещи. Вы найдете потенциал заземлителя, который опускает ток в землю, и найдете потенциал другого заземлителя, который ток в землю не пропускает, а болтается как некий пассивный элемент. У нас у самих есть специальная программа, которая позволяет это дело сделать автоматом просто. Если это действительно вопрос нужен, с какой-то целью серьезной, я рекомендую записать вам тот телефон, который я вам сейчас продиктую, и мы вам поможем в этом узком вопросе, потому что вопрос этот очень специальный. Телефон такой: 495-код Москвы-770-31-59. Еще раз повторю 770-31-59. Это мой личный телефон, пожалуйста, не звоните мне в пятницу. Я практически никогда не бываю в своем рабочем кабинете. Программа у нас есть, и мы специально занимались этим вопросом. Я могу сказать вам следующую вещь только, чтобы вы чувствовали суть проблемы. Если эти заземлители находятся на расстоянии метров 20 друг от друга и примерно сопоставимы по площади, то туда может затечь хорошие десятки процентов того тока, который вы опускаете в землю. То есть влияние заметное будет. Есть еще вопросы?

— Да. Вопрос. Объект находится на скале. Заземление выполнено в виде двух пластин брошенных в воду. Как рассчитывать?

— Этому вопросу приходится давать два ответа. Первый ответ сопротивление заземления постоянному току. Если это сопротивление заземления постоянному току то, то что вы со скалы бросили длинный проводник, который упал в воду, то сопротивление этого проводника самого от скалы до воды никакого особого значения не имеет. И тогда вы просто рассчитываете сопротивление заземления пластины. Кстати, оно во всех справочниках существует переписанное, потому что есть сопротивление заземления емкости, а если есть расчет сопротивления емкости, пластину рассчитывают точно так же. Поэтому во всех справочных изданиях сопротивление заземления пластины есть. И берете удельное сопротивление воды. Удельное сопротивление воды зависит от того какая это вода, потому что если эта вода к примеру Московская, это примерно будет 20 Ом*м, если вода Питерская, более мягкая, это будет 40 примерно Ом*м. А если это вода Черноморская, в Крыму, то это будет примерно 2 Ом*м. Сопротивление заземления воды вы узнаете вашей и просто посчитаете. Но есть второй момент. Если этот заземлитель используется для отвода тока молнии. Тогда проблемы очень серьезные. Проблема очень серьезная, вот по какой причине. Если у вас скала высокая, скажем, имеет высоту 100 м, например. То в этом случае волна тока дойдет до заземлителя со скоростью 300м за микросекунду, и значит эти 100 м она пробежит за время примерно, 1/3 мкс. И в течение этой 1/3 мкс сопротивление заземления тока молнии будет равно волновому сопротивлению провода, который болтается в воздухе. Это будет примерно 300, минимум 200 Ом. Когда волна добежит до волны и отразится назад и пробежит еще одну 1/3 мкс, только тогда молния почувствует, что сопротивление заземления снизилось до той величины, которая обеспечивает вода. У вас это произойдёт с задержкой примерно в 2/3мкрсек, в течении которых ток у молнии может вырасти до абсолютно максимального значения. Вполне до максимального значения. Это значит, что ваш заземлитель такой будет работать с таким запаздыванием. Это очень неприятно. И с позиции техники безопасности и с позиции защит той аппаратуры, для которой он предназначен. Поэтому у этой задачи два ответа.

— Коллега слышал про химический способ, то есть вырывается некий котлован, в который заливается химический состав, который потом застывает. Насколько это эффективно?

— Я тоже слышал про этот химический способ. На последней конференции по молниезащите одна из наших российских фирм предлагала делать то, что вы говорите, но немного только попроще. У них делается скважина. В скважину под давлением задавливается массу, которая состоит из графита и связующих компонентов. В результате этого в грунте образуется бомбуля размером в несколько метров, которая используется, как контур заземления. Они рекламировали такие свои вещи и считали, что бомбуля эта долгоживущая и по крайней мере в течение какого-то количества лет, порядка 10, она может использоваться как металлический заземлитель. Эта вещь, просто так от нее не отмахнешься. Есть второй момент. Второй момент, вот какой. Когда вы в этот самый выкопанный резервуар заливаете какую-то жидкую смесь, и в этой жидкой смеси получает очень низкое сопротивление заземления. Вы его действительно получите, но диффузия жидких компонентов в грунте будет происходить достаточно быстро. Я так подозреваю, что на следующий грозовой сезон, у вас от этой жидкой смеси мало что останется. Вот такой неопределенный ответ, потому что я не знаю, о каком конкретном устройстве вы говорите.

— Поступил вопрос вследствие вашего ответа про заземление в воду. Аналогична ли ситуация со зданием, когда молниеотвод находится на высоком здании?

— И насколько я старалась не пропускать вопросы. Последний вопрос. Как выполнить заземление на карьере, где гравий до 100 м глубиной?

— Вы знаете, какое дело? Есть два варианта. Один вариант - это вот какой. Сделать выносное заземление, уйдя из этого карьера. Но проблема будет та же самая. Длина проводников до заземляющих устройств будет на уровне сотни метров. И этот заземлитель будет работать с запаздыванием. Для тока молнии это важно. А для соображений электробезопасности при растекании тока обычного ничего страшного в этом нет. И второй вариант - это сверлить еще глубже. Потому что сделать насыпной грунт вы можете и более того делают насыпные грунты. Я видел собственными глазами, где сделали насыпной грунт, примерно, следующих размеров. Толщина насыпного слоя, примерно, 3 м, возили самосвалами. Размеры 0,5 км на 0,5 км и там устроили контур заземления. Это было у Финской границы. Но дорого очень. Знаю еще один вариант. В районе Жигулей, в Самаре, когда делали один из жилых районов, оказалось, что эта выделенная земля - это просто скала. И надо делать заземление подстанции было и заземление по электробезопасности. Поставили в Волгу земснаряд. И значит, земснарядом формировали четырех метровую подушку на этой скале по толщине. Опять же очень дорого. А что дешевого можно сделать, я не знаю.

— Есть ли какие-то нормирующие документы, которые регламентируют размер щебня или гравия для засыпки грунта?

— Я такого не знаю.

— И вопрос. Можно ли учитывать сезонные коэффициенты?

— Сезонные коэффициенты можно и нужно учитывать. Обязательно можно и нужно учитывать. И сезонные коэффициенты это вот какая штука. Понимаете, какое дело? Чем меньший по геометрическим размерам у вас заземлитель, тем более значим для него сезонный коэффициент, но об этом шла речь на предыдущем семинаре. И я на предыдущем семинаре старался показать, что получается с сезонными коэффициентами в случае, когда у вас заземлитель имеет маленькую площадь и когда заземлитель имеет большую площадь. Для заземлителя большой площадью сезонные коэффициенты сводятся примерно к десятку, в лучшем случае к паре десятков процентов. Я имею в виду контур заземления размером, скажем, 200 * 200 м. Контур заземления подстанции, контур заземления завода. Но если заземлитель - два стержня вбили в грунт, то у вас сезонные коэффициенты изменения сопротивления заземления будут на уровне нескольких крат. Фирма, в которой мы сейчас с вами сидим через Интернет, она проводила такие измерения, закопав в грунт шину длиной в 3 м в наших российских условиях. За этой шиной фирма отслеживала в течение целого года. За этот год сезонные изменения произошли примерно в пределах в двух раз, здесь у нас в Подмосковье. Это проект ZANDZ делал, пока не опубликовал еще эти результаты.

Большое вам спасибо за внимание. Мне очень хотелось бы, чтобы все критические замечания, которые у вас есть, мы услышали бы от вас. Ради Бога не церемоньтесь, ладно? Если вы чувствуете, что что-нибудь не так, говорите об этом. И еще. У нас есть идея сосредотачиваться теперь на молниезащите конкретных совершенно объектов нашей техники. Как вам эта идея? Нравится или нет? Если вы на этот счет выскажетесь тоже, мы тоже будем вам благодарны. Ещё раз спасибо за внимание.