Вебинар "Заземление в молниезащите. Ответы на все вопросы", страница 2

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

Текст вебинара. Страница 2

Быстрая навигация по слайдам:

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

Зависимость эффекта от размеров контура заземления

А если я попробую сделать тоже самое для контура заземления, скажем, 100 * 100 метров с десятиметровыми сетками, то там эффект будет ещё слабее. Смотрите, для контура стометровой длины, у меня десятикратное изменение сопротивление заземления привело только к двукратному изменению свойств заземляющего устройства. Если же я возьму сетку длиной 250 * 250 метров. Это, примерно, сетка на крупной подстанции, то десятикратное изменение удельного сопротивления замерзшего грунта изменит сопротивление заземления этого контура всего в 1,5 раза. То есть, если у вас есть контур большого размера, то этот временной ход удельного сопротивления грунта за счёт мерзлой поверхности или за счет сухой поверхности на результат работы заземлителя, практически, никак не влияет. Это очень важный фактор, который надо иметь в виду, когда вы анализируете, что у вас будет с заземлителем в различные климатические условия.

Измерение сопротивления заземления

Но, а теперь, возможно, один из самых серьезных вопросов. Сопротивление заземления надо контролировать. Для контроля сопротивления заземления никто ничего не придумал кроме метода амперметра и вольтметра. Вы берете контур заземления, которого вам надо измерить. Забиваете вспомогательный токовый электрод и включаете источник тока. И теперь вы должны измерить напряжение на этом заземлителе относительно точки нулевого потенциала. То есть относительно бесконечно удаленной точки. Поделите измеренное напряжение на ток, получите сопротивление заземления. Все просто, ясно и понятно. Существует много измерительных приборов, которые работают, показывая прямо стрелочным указателем или цифровым указателем сопротивление заземления, которое вы получите. Вопросы заключаются вот в чем. А насколько надо отодвинуть потенциальный электрод, для того, чтобы считать, что вы ушли в бесконечность. Для этого надо отследить, как изменяется потенциал электрода в зависимости от того, насколько вы от него отодвинулись. Вполне понятно, что это расстояние зависит от того, какие размеры будут у контура заземления. Для горизонтальной шины, эти цифры, которые здесь приведены, они показывают такую вещь. Что если вы отодвинетесь от горизонтальной шины на расстояние равной всего одной ее длине, вы попадете в точку, где потенциал отличается от потенциала самой шины, примерно, в 10 раз. То есть у вас это не ноль, конечно, он это 10 % напряжения на шине. И такое удаление на длину шины, оно вполне достаточно для того, чтобы вы с 10% точностью, вы считаете, что вы находитесь в точке нулевого потенциала. Если возьмёте контур квадратный, например, в виде сетки. И посмотрите, как здесь убывает потенциал. Он убывает медленней, ему все-ровно достаточно уйти на 2 диагонали сетки, для того, чтобы оказаться в точке, где потенциал составляет всего лишь 10 % от потенциала электрода, на котором вы проводите измерения. Такая 10% ошибка, она в технике, в общем, вполне допустима.

Влияние на результат токового электрода

Кроме ошибки, связанной с тем, что вы находитесь не в точке нулевого потенциала, а в точке с каким – то конечным потенциалом, есть ещё второй источник ошибки. Этим вторым источником ошибки является токовый электрод. Токовый электрод вносит свой вклад в распределение напряжения в окрестности заземляющего устройства. И из-за того, что ток в токовый электрод втекает, а из измеряемого электрода он вытекает, этот вклад в потенциал будет иметь отрицательную величину. И в результате влияния токового электрода, вы занижаете потенциал измеряемого контура, вот этого. И в результате этого у вас получается ошибка, причем это ошибка очень неприятная в том отношении, что это ошибка занижающая сопротивление заземления. Смотрите, если вы удалитесь на один геометрический размер, то это ошибка будет в пределах 20 %, если вы удалитесь на три геометрических размера, то ошибка будет всего 5 %, и тогда с ней вполне можно мериться. И это требование удалять токовые и потенциальные электроды не меньше, чем на три размера, это страшно неприятные вещи. Если у вас есть, например, контур заземления, скажем, 100 * 100 метров, его диагональ – это 140 метров, а удалять надо на три размера, это значит, что вам надо уходить на 400 метров, примерно, от контура для того, чтобы провести измерения. Теперь попробуйте отойти в районе городской застройки, боюсь, что у вас это не получится.

Ликвидация погрешности для сосредоточенных электродов

И тогда родилась вот какая идея. А нельзя ли каким-нибудь образом скомпенсировать ошибку в измерениях, связанную с токовым электродом? Сделали вот какую вещь. Смотрите, вот у вас контур заземления, который вы мерите. Вот у вас токовый электрод. Потенциал от этого тока и потенциал от противоположного тока – они будут разнополярными. Это значит, что на прямой, связывающий токовый электрод, меняем на этой прямой. Найдется где-нибудь точка, в которой потенциал будет нулевой, а еще где-то здесь найдется точка, у которой потенциал будет отрицательный. И тогда если я вольтметр включу между измеряемым электродом и с точкой нулевого потенциала, я могу скомпенсировать ошибку, если я это сделаю правильно. Такое решение было сделано для электродов малого размера, который можно отождествить с точечными. И в результате этого и математических элементарных выкладок, которые на этом плакате показаны, и я их не буду вам повторять, получилась такая вещь. Что если вы установите потенциальный электрод на таком расстоянии измеряемого, то у вас произойдет практически полная компенсация ошибки, связанная с расположением токового электрода. Эта цифра 0,618 от места положения токового электрода, (на таком расстоянии надо забивать потенциальный электрод), попало в очень многие иностранные руководства по измерению сопротивления заземления.

Электроды на одной прямой

Почему его нет в наших отечественных методических указаниях, я бы вам хотел показать. Что написано в наших методических указаниях? В наших методических указаниях написана следующая вещь. Вы ставите токовый электрод на расстоянии 3 геометрических размеров от контура, который вы хотите мерить. Ставите теперь потенциальный электрод на расстоянии 10 % -20, 30, 40 и так далее. От этого самого расстояния и измеряете сопротивление заземления. Или измеряете просто напряжение и строите вот такую зависимость. Здесь положение потенциального электрода, а это те измерения, которые у вас получилось. Если у вас кривая имеет такой вид с пологим хвостиком. И на уровне 40 и 60 % у вас измерения отличаются всего лишь на 10 %, то в этом случае, вам рекомендуют взять среднюю точку и считать, что расположение потенциального электрода в средней точки, дает истинное значение сопротивления заземления. Вот, что написано в наших руководствах. Я попробовал самые разные контуры заземления подсчитать. Для того, чтобы посмотреть получается ли такая красивенькая кривая, которая здесь показана. И чтобы расхождение в точки 60% и в точке 40 %, отличалась всего лишь на 10 %. Вы знаете, я перебрал много разных контуров заземления, нигде у меня этого не получилось. Это расхождение всегда получалось для практически важных, сложных систем заземляющих устройств, всегда получалось больше, чем 10 %. И тогда я стал смотреть вот на какую вещь. А для чего все это делается? Для чего строится такая кривая? И для чего ищется эта самая средняя точка? Оказывается, что таким образом, ищется точка нулевого потенциала. Но точку нулевого потенциала можно найти очень легко, если определить минимально значение первой производной. Я не буду говорить такие сложные слова, потому что на самом деле дело сводится вот к чему. Вы просто измеряете те напряжения, которые у вас есть между первой точкой и второй, между второй и третьей, между третьей и четвертой и так далее. Находите минимум и этот минимум дает вам точку нулевого потенциала, куда надо посадить потенциальный электрод. Это вообще говоря годится для любой ситуации, а вовсе не обязательно для такой пологой кривой, которая написана в наших руководствах. Но говорить я сейчас хочу о другом. Я сейчас хочу посмотреть вот на какую вещь.

Коррекция при измерениях, сетка

Я теперь хочу посмотреть, а к каким собственно ошибкам приводит рекомендация западная, когда вы ставите электрод потенциальный в точку 0,65 на расстоянии до токового электрода. И когда вы берете точку нулевого потенциала. Оказывается, такая ошибка. Пунктир наверху показывает ошибку, которая получается в том случае, когда вы используете западную методологию. И ошибка, которая у вас получается она вот какая. Если вы находитесь на расстоянии, примерно, три максимальных размера, у вас ошибка находится в пределах 10 %. И эта ошибка завышает значение по сравнению с истинным. Но если вы токовый электрод начинает приближать, то у вас ошибка начинает очень быстро расти и на расстоянии одного размера геометрического, у вас ошибка доходит до 40%. Причем она в плюс, она завышает сопротивление заземления. Но если вы используете методологию наших методических российских указаний, у вас тоже получаются ошибки, но идет в минус. Вы занижаете сопротивление и поэтому это занижение вполне терпимо на уровне 10%, когда у вас токовый электрод удален на три максимальных размера. Но если вы начинаете сокращать это расстояние, у вас ошибка очень быстро растет и где-то на одном геометрическом размере, у вас ошибка уже доходит до 20 % в сторону занижения. И тогда возникает вот какой вопрос. А может стоит мерить по-другому? Искать положение до токового электрода другое, когда у вас ошибка всегда будет более или менее терпимой. Оказывается, что такое положение найти очень легко. И оказывается вот какая вещь. Если вы поставите потенциальный электрод точно посередине между токовым электродом и измеряемым. У вас ошибка получается вот какой. До двух расстояний, она вообще практически нулевая, а если вы ставите токовый электрод на расстоянии всего одного геометрического размера от измеряемого, то в этом случае ошибка не превышает 10 %, причем она идет в сторону завышения, она не страшна. И получается тогда такая вещь, что если вам надо соизмерять большие по габариту контуры заземления и вам некуда отодвинуться, то наши российские методические указания в таких случаях говорят: значит, нечего делать, рассчитывайте это сопротивление. Ничего подобного. Вы можете поставить токовый электрод на расстоянии одного геометрического размера, всего одного, поставит потенциальный электрод ровно посередине и получить измеряемую величину погрешностью не больше, чем 10 %.

Коррекция при измерениях, контур

Я это сделал для большого контура заземления. Смотрите, 200 * 200 метров. Красная кривая – ошибки. У меня геометрический размер всего в один размер заземлителя. У меня ошибка меньше 5 %

Коррекция при измерениях, горизонтальная шина

Вот у меня шины горизонтальные одиночные.

Коррекция при измерениях, вертикальный стержень

Вот у меня вертикальные электроды одиночные. Везде, если я буду ставить потенциальный электрод точно посередине, я получу минимальную ошибку даже при малых расстояниях между токовым электродом и заземляющим. Это предложение, мне кажется, может существенно облегчить вашу жизнь. Вы скажете такую штуку: а оно не написано в методических указаниях. Да, оно действительно не записано в методических указаниях, потому что я и не слыхал ничего похожего. Но имейте в виду, методические указания – это рекомендательный документ. Это вовсе не обязательный документ для исполнения. И на мой взгляд, если у вас нет возможности в районе застройки использовать большую свободную площадку, не смущайтесь, делайте. Ставьте только электрод на расстоянии всего одного геометрического размера, и вы получите вполне приличную цифру, поставив потенциальный электрод точно посередине. Вот, что я хотел сказать на этот счёт.

Гальваническая связь между заземлителями

Теперь ещё об одной вещи. Одной вещи, которая страшно мучает проектировщиков. В ПУЭ написано: все заземляющие устройства по возможности должны быть объединены в единый контур заземления. Замечательная рекомендация, если бы там не было бы сказано концовки такой: при условии, что по технологическим причинам заказчик не требует от вас индивидуального контура заземления. Это самое требование очень часто звучит у проектировщика. Проектировщику говорят: я не могу работать с общим контуром заземления, мне надо индивидуальный контур заземления, потому что у меня очень высокочувствительная аппаратура и ни в коем случае я не хочу присоединять эту аппаратуру к общему контуру. Или у энергетиков: большой контур заземления подстанции, вот он. Где-то здесь стоит трансформаторный портал. Энергетики говорят: ни в коем случае нельзя на этот трансформатор поставить молниеотвод, он помешает работе трансформатора. Ставьте этот молниеотвод на землю и делайте для него собственный контур заземления. Зачем? Этот вопрос надо очень обязательно задать заказчику. А зачем вы хотите индивидуальный контур заземления? Заказчик вам объяснит: я не хочу, чтобы ток молнии не попал в заземлитель и повлиял на работу цепей, к которым подключены. Я воспроизвожу ситуацию, смотрите. Это сетки контура заземления подстанции. Размер ячеек сетки 10 * 10 метров. В середину я сделаю контур заземления молниеотвода. А куда ток то денется из этого заземлителя? Оказывается, что частично пойдет обязательно в заземлитель, который находится по соседству. И на этих самых шинках цифры – это % тока, который попадет в данную конкретную шину. Посмотрите, в ближайшей шинке собирает, примерно 40% тока. А весь контур заземления собирает, примерно 60 % тока.

Наведенное напряжение на контуре 50х50 м

Глядите. У меня сейчас здесь это фундамент здания. Фундамент здания 50 * 50 метров, здание это взрывоопасное. Это взрывоопасное здание требует установки отдельного настоящего молниеотвода. И этот контур заземления этого молниеотвода, (вот он) который сделан по РД 34. Расстояние от контура заземления до молниеотвода я буду менять и смотреть какой собственно ток попадет в этот самый заземлитель здания и какое напряжение будет на этом заземлителе здания.

<< Предыдущая страница
^{слайды с 1 по 11}

Следующая страница >>
^{слайды с 23 по 31 + блок вопросов и ответов}

Полезные материалы для проектировщиков:

Смотрите также: