Явление стекания тока с группового заземлителя

Обычно заземляющие устройства состоят из нескольких вертикальных и горизонтальных заземлителей. Расстояние между вертикальными заземлителями принимают, как правило, равное их длине.

Рассмотрим стекание тока в землю через групповой заземлитель (рис. 8).

Рис. 8. Потенциальная кривая группового заземлителя, состоящего из двух полушаровых электродов

_{Стекание тока происходит через заземлители 1 и 2, которые имеют одинаковое сопротивление и соединены между собой из}олированным проводом. Стекающие токи равны

_{Для нашей задачи}

где – собственный потенциал заземлителя.

Искомое уравнение потенциальной кривой между заземлителями выражается следующим уравнением:

=

Наибольший групповой потенциал будет при

Потенциал в точке В

при

Значение в любой точке по оси представим через

Очевидно, что с уменьшением S потенциал группового заземлителя приближается к т. е. к 2 При большом S потенциал группового заземлителя приближается к

В общем случае собственные потенциалы электродов не равны, не равны и потенциалы, наводимые другими электродами. Однако сумма собственного и всех наведенных на заземлителе потенциалов на всех заземлителях одинакова и равна

Рассмотрим сопротивление группового заземлителя растеканию тока.

При расстояниях между электродами сопротивление всей группы (Ом) определяется как и в случае параллельного соединения активных сопротивлений

Если заземлители имеют одинаковое сопротивление (Ом), то

При расстояниях между электродами меньше 40 м происходит взаимодействие полей растеканию тока, в результате чего на общих участках земли, по которым проходят токи, стекающие с нескольких электродов, увеличивая плотность тока и, следовательно, на этих участках увеличивается падение напряжения. Это явление, равноценное уменьшению сечения земли, по которому проходит ток, стекающий с заземлителя, приводит к увеличению сопротивления растеканию как отдельных заземлителей, составляющих групповой заземлитель, так и заземлители в целом.

При уменьшении расстояния между электродами до 40 м и менее, сопротивление растеканию группового заземлителя увеличивается

где – коэффициент использования проводимости группового заземлителя.

При равенстве сопротивления всех заземлителей

Значение зависит от формы, размеров и размещения заземлителей, составляющих групповой заземлитель, а также от их числа (n) и расстояния между соседними заземлителями. Так, с увеличением расстояния возрастает и стремится к значению

или

Рассмотрим пример.

Заземлитель состоит из 2 полушаровых заземлителей радиусом расстояние между заземлителями

При 3-х электродах, расположенных в вершинах равнобедренного треугольника

Таким образом, увеличение сопротивления заземлителя учитывается коэффициентом использования, который меньше единицы.

– коэффициент использования вертикального заземлителя,

– коэффициент использования горизонтального заземлителя. Значения коэффициентов использования приведены в табл. 2-7.

Таблица 2

Коэффициенты использования вертикальных электродов,

размещенных в ряд, без учета влияния полосы связи,

Число электродов	при отношении расстояния между электродами к длине электрода
	1	2	3
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	0,76-0,80
20	0,47-0,50	0,65-0,70	0,74-0,79

Таблица 3

Коэффициенты использования вертикальных электродов,

размещенных по контуру, без учета влияния полосы,

Число электродов	при отношении расстояния между электродами к длине электрода
	1	2	3
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	0,70-0,74
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

Таблица 4

Коэффициенты использования соединительной полосы

_{в ряду вертикальных электродов,}

Отношение расстояния между электродами к длине электрода	при числе электродов в ряду
	4	10	20	30
1	0,77	0,62	0,42	0,31
2	0,89	0,75	0,56	0,46
3	0,92	0,82	0,68	0,58

Таблица 5

Коэффициенты использования соединительной полосы

в контуре вертикальных электродов,

Отношение расстояния между электродами к длине электрода	при числе электродов в ряду
	4	10	20	30	50	70
1	0,45	0,34	0,27	0,24	0,21	0,20
2	0,55	0,40	0,32	0,30	0,28	0,26
3	0,70	0,56	0,45	0,41	0,37	0,35

Таблица 6

Коэффициенты использования параллельно уложенных полос (ширина полки в = 20-40 мм)

Длина каждой полосы	Число параллельных полос	Расстояние между параллельными полосами, м
		1	2,5	5	10	15
15	2	0,55	0,65	0,75	0,80	0,85
	5	0,37	0,49	0,60	0,73	0,79
	10	0,25	0,37	0,49	0,64	0,72
25	2	0,50	0,60	0,70	0,75	0,80
	5	0,35	0,45	0,55	0,66	0,73
	10	0,23	0,31	0,43	0,57	0,66
50	2	0,45	0,55	0,65	0,70	0,75
	5	0,33	0,40	0,48	0,58	0,65
	10	0,20	0,27	0,35	0,46	0,53

Таблица 7

Коэффициенты использования лучевых заземлителей

Длина луча, м	Число лучей
	3		4
	Диаметр проводника луча, мм
	10	20	10	20
2,5	0,76	0,74	0,63	0,61
5	0,78	0,76	0,67	0,65
10	0,81	0,79	0,70	0,69
15	0,82	0,80	0,72	0,70
30	0,84	0,82	0,75	0,73

Примечание: при применении для лучей полосовой стали эквивалентный диаметр принимается равным в/2, где в – ширина полосы.

Исходя из вышеизложенного, сопротивление заземлителя с учетом коэффициентов использования определяется:

– для вертикальных электродов

,

– для горизонтальных электродов

,

– для лучевого заземлителя

где – сопротивление растекания одного вертикального электрода, одного горизонтального электрода, одного луча; – число электродов луча.

При сложном сочетании заземлителей значения берутся из таблиц. Сложный заземлитель чаще всего выполняется из вертикальных и горизонтальных элементов. При этом возникает взаимодействие полей растекания тока вертикальных электродов не только между собой, но и с полями горизонтальных электродов. Степень их взаимодействия учитывается двумя коэффициентами использования – вертикальных и горизонтальных электродов и

а сопротивление группового заземлителя определяется выражением

.