—равнительный анализ методик расчета сопротивлени€ электролитических заземлителей

*Ќа правах рекламы

—качать в формате PDF

¬ техническом бюллетене TNP020 06.12.2016 г. Ђѕрименение электролитических заземлителей в грунтах с высоким удельным электрическим сопротивлениемї были рассмотрены назначение, принцип работы, особенности конструкции и монтажа электролитических заземлителей јќ Ђ’акельї. Ѕыл также проанализирован опыт применени€ электролитических заземлителей.

—равнительный анализ методик расчЄта сопротивлени€ электролитических заземлителей

–исунок 1. ћонтаж горизонтального электролитического заземлител€ јќ Ђ’акельї

¬ насто€щем бюллетене будут приведены и рассмотрены основные методики расчЄта «” на основе электролитических заземлителей примен€емые в насто€щее врем€.
ќсновным этапом проектировани€ заземл€ющих устройств €вл€етс€ расчЄт сопротивлени€ растеканию тока с его заземлителей. ќт того, насколько корректно будет произведЄн расчЄт, зависит эффективность «”, а именно его способность отвести электрический ток в землю, обеспечив при этом безопасность персонала и оборудовани€. “ребование к сопротивлению растеканию «” различного назначени€ (защитное, молниезащитное, функциональное, от статического напр€жени€ и пр.) приведены как в федеральных Ќѕƒ, таких как ѕ”Ё, ѕ“ЁЁѕ и пр., так и в ведомственных Ќѕƒ, таких как –ƒ-91.020.00- “Ќ-259-10 ЂЌормы и правила проектировани€ «” объектов магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов организаций системы ќјќ Ђј  Ђ“ранснефтьї, —“ќ √азпром 2-1.11-170-2017 Ђ»нструкци€ по устройству молниезащиты зданий, сооружений и коммуникаций ќјќ Ђ√азпромї и пр.

—равнительный анализ методик расчЄта сопротивлени€ электролитических заземлителей

–исунок 2. ћонтаж вертикального электролитического заземлител€ јќ Ђ’акельї

ћетодик расчЄтов сопротивлени€ растеканию существует большое множество. ќни приведены во всех основных справочниках по электробезопасности. ¬ыбор той или иной методики расчЄта определ€етс€ конфигурацией «” (сетка, контур, р€д и пр.), применением вертикальных/горизонтальных заземлителей или их комбинацией, типом «” (глубинное, прот€жЄнное, поверхностное и пр.) и других факторов. ¬ основе большинства методик лежит расчЄт сопротивлени€ растеканию одиночного горизонтального и/или вертикального заземлител€ с последующим расчЄтом общего сопротивлени€ «” состо€щего из необходимого количества горизонтальных и/или вертикальных заземлителей с учЄтом их экранировани€, т.е. так называемого коэффициента использовани€.  оэффициент использовани€, в свою очередь, зависит от количества, конфигурации «” и рассто€ни€ между заземлител€ми. ≈сли второй этап расчЄтов (расчЄт общего сопротивлени€ «”) при расчЄте «” на основе электролитических заземлителей не должен вызывать сложностей, то на расчЄте сопротивлени€ одиночного вертикального и горизонтального электролитического заземлител€ стоит остановитьс€ подробней.

ћетодики расчЄта электролитических заземлителей

ѕоскольку массовое применение электролитических заземлителей на территории –‘ началось сравнительно недавно (5-10 лет), на насто€щий момент не существует официально рекомендованной методики их расчЄта. ѕо этой причине производители электролитических заземлителей дл€ своих расчЄтов адаптируют прин€тые методики дл€ традиционных заземлителей.  ак правило, адаптаци€ сводитс€ к введению в формулу расчета, так называемого коэффициента солевой обработки грунта —.  оэффициент — может измен€тьс€ в пределах от 1 (солева€ обработка отсутствует) до 0,1 (грунт очень насыщен электролитом). ¬ большинстве случаев рекомендовано примен€ть коэффициент C = 0,2, хот€ некоторые производители его уменьшают до — = 0,125, тем самым Ђповыша€ї эффективность заземлител€.
ѕомимо использовани€ в расчЄтах коэффициента —, в формулах должна учитыватьс€ частична€ замена грунта вокруг электрода. Ёто логично, ведь на растекание тока в земле в первую очередь оказывает вли€ние удельное электрическое сопротивление грунта в месте установки заземлител€. “ехнологи€ применени€ электролитических заземлителей как раз и предусматривает частичное замещение высокоомного грунта на низкоомный наполнитель, так называемый материал оптимизации заземлени€. ќбъЄм замещЄнного грунта напр€мую будет вли€ть на сопротивление растеканию тока заземлител€. ƒл€ вертикальных электродов, как правило, объЄм замещаемого грунта определ€етс€ цилиндром диаметром от 0,15 до 0,60 метра и длиной равной длине электрода L. ƒл€ горизонтальных электродов объЄм замещаемого грунта такой же, как и дл€ вертикальных электродов соответствующей длины. “олько располагаетс€ он в траншее с шириной ≈ 0,3 метра и длиной равной длине электрода L.
¬ таблице 1 представлена нормативна€ база наиболее часто встречающихс€ методик, примен€емых дл€ расчЄта сопротивлени€ электролитических заземлителей (без прив€зки к конкретным производител€м). ћетодики пронумерованы и далее по тексту будут приводитьс€ только ссылки на номер методики.

“аблица 1 Ч Ќормативна€ база примен€емых методик

є п/п
Ќормативный документ
1 –ƒ 153-39.4-039-99 Ќормы проектировани€ электрохимической защиты магистральных трубопроводов и площадок ћЌ (формула 6.13)
2

–ƒ 153-39.4-039-99 Ќормы проектировани€ электрохимической защиты магистральных трубопроводов и площадок ћЌ (формула 6.5)
3 –ƒ 153-39.4-039-99 Ќормы проектировани€ электрохимической защиты магистральных трубопроводов и площадок ћЌ (формула 6.4)
4

√.ј.ƒулицкий, ј.ѕ. омаревцев. Ёлектробезопасность при эксплуатации электроустановок напр€жением до 1000 ¬: —правочник. (таблица 3.2.)
5 –уководство по проектированию, строительству и эксплуатации заземлений в установках проводной св€зи и радиотрансл€ционных узлов (формула 2.18)
6

–уководство по проектированию, строительству и эксплуатации заземлений в установках проводной св€зи и радиотрансл€ционных узлов (формула 2.19)
7
–уководство по проектированию, строительству и эксплуатации заземлений в установках проводной св€зи и радиотрансл€ционных узлов (формула 2.32)
8
IEEE Std 80-2000 IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding (equation 60)
9
IEEE Std 80-2000 IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding (equation 59)
10
Ќет данных*

* Ч ƒанна€ методика включена в рассмотрение, т.к. примен€етс€ производителем, не смотр€ на то, что не удалось найти источник еЄ происхождени€.

¬ таблице 2 приведены формулы дл€ расчетов, перечисленных в таблице 1 методик, а также услови€ их применени€ и допущени€.

“аблица 2 Ч ‘ормулы, услови€ и допущени€

“аблица 2 Ч ‘ормулы, услови€ и допущени€

є п/п
‘ормула
”слови€ и допущени€
1 **
F02501.png
—опротивление растеканию вертикального глубинного заземлител€ с выходом торца на поверхность земли в коксовой засыпке или другом наполнителе 
2

F02503.png
—опротивление растеканию горизонтального заземлител€ при L > T и La >> D в коксовой засыпке или другом наполнителе 
3 F02504.png
—опротивление растеканию прот€жЄнного горизонтального заземлител€ при L > 12T 
4

F02505.png
—опротивление растеканию вертикального заземлител€ без наполнител€ при L >> d 
5 F02506.png
—опротивление растеканию вертикального электрода в коксовой засыпке или другом наполнителе 
6

F02507.png
—опротивление растеканию горизонтального заземлител€ в наполнителе при L >> d и t << L/4 
7
F02508.png
—опротивление растеканию вертикального электрода в коксовой засыпке или другом наполнителе 
8
F02509.png
—опротивление растеканию вертикального заземлител€ в бетоне или другом наполнителе 
9
F02510.png
—опротивление растеканию вертикального заземлител€ без наполнител€ 
10
F02511.png

F02512.png

—опротивление растеканию вертикального заземлител€ длиной 3 метра в наполнителе диаметром:

(1) Ц 300 мм
(2) Ц 600 мм

** Ч ¬ отличие от формулы в первоисточнике в предлагаемой формуле опущено первое слагаемое, учитывающее удельное электрическое сопротивление материала заземлител€, его сечение и длину, из-за его мизерного вли€ни€ на конечный результат. Ќапример, дл€ заземлител€ выполненного из стальной трубы длиной 3 метра диаметром 60 мм и толщиной стенки 2 мм:

F02502.png

Ќапомним, что в рамках опытной эксплуатации электролитических заземлителей јќ Ђ’акельї в июле 2015 был проведЄн монтаж семи вертикальных 3-метровых электролитических заземлителей серии «ЁЌ-’– в грунт с эквивалентным удельным электрическим сопротивлением 6254 ќмЈм. (см. параграф Ђќпыт применени€ї технического бюллетен€ TNP020 06.12.2016 г.). —опротивление растеканию заземл€ющего устройства после его монтажа составило R = 46 ќм. ѕри этом среднее сопротивление одного электрода колебалось в пределах R1 = 220 ÷ 260 ќм.

ƒл€ сравнени€ представленных методик проведЄм расчЄты сопротивлени€ растеканию «” на основе вертикальных 3-метровых электролитических заземлителей серии «ЁЌ-’– с нормируемым сопротивлением Rнорм = 50 ќм и сопоставим расчЄтные данные с данными полученными в полевых услови€х при проведении опытной эксплуатации.
–асчЄт многоэлектродного «” выполним по формуле:

F02513.png

где, n Ц количество заземлителей, шт; R1 Ц сопротивление растеканию одного заземлител€, ќм; h Ц коэффициент использовани€ (табличные данные); Rнорм Ц допустимое сопротивление «”, ќм; ] [ Ц округление в большую сторону

–асчЄт общего сопротивлени€ «” выполним по формуле:

F02514.png

»сходные данные дл€ расчЄтов представлены в таблице 3.

“аблица 3 Ч »сходные данные дл€ расчетов

ѕеременна€

ѕараметр

«начение

ѕримечание

C
 оэффициент солевой обработки
0,2
ƒл€ методик є 3 и є 4 производитель рекомендует примен€ть коэффициент 0,125
π
ћатематическа€ константа
3.141592Е

ρ
Ёквивалентное удельное электрическое сопротивление грунта, ќмЈм
6254

ρмоз
”дельное электрическое сопротивление наполнител€, ќмЈм
0.5

L
ƒлина электрода, м
3

La 
ƒлина наполнител€ в скажине/траншее, м
3

D
ƒиаметр скважины замещаемого грунта, м
0.15
0.25
0.35
0.60
–азные производители
используют различные
диаметры
скважин
d
ƒиаметр электрода, м
0.06

T
√лубина заложени€ электрода, м
0.7
ƒл€ расчЄта горизонтального заземлител€

—редн€€ глубина установки электрода, м
L/2=1.5
ѕараметр примен€етс€ в методике є 5

Ќа рисунках 3, 4 представлены схемы размещени€ электролитических заземлителей в грунте.

P3img

–исунок 3. —хема размещени€ заземлител€ по методикам є 1, 4, 5, 7, 8, 9, 10

—равнительный анализ методик расчЄта сопротивлени€ электролитических заземлителей

–исунок 4. —хема размещени€ заземлител€ по методикам є 2, 3, 6

—равнение результатов полученных по различным методикам

–езультаты расчЄтов «” по различным методикам дл€ различных диаметров скважин представим в таблицах 4 и 5 дл€ вертикальных и горизонтальных заземлителей соответственно.

“аблица 4 Ч –езультаты расчЄтов «” на основе вертикальных заземлителей

—равнительный анализ методик расчЄта сопротивлени€ электролитических заземлителей

ѕрочерки в €чейках означают, что данна€ методика не позвол€ет произвести расчЄт дл€ указанного диаметра скважины, что справедливо можно отнести к минусам рассматриваемой методики.

 ак видно из таблицы, результаты, полученные по методике є 5, в 3 раза превышают значени€, полученные по другим методикам.  роме того, расчЄтные значени€ сопротивлений заземлител€ выполненные по данной методике при увеличении диаметра скважины с наполнителем (увеличение объЄма низкоомного наполнител€ вокруг заземлител€) не привод€т к уменьшению их сопротивлени€, что противоречит теории заземл€ющих устройств. “о же можно сказать о методике є 6 дл€ расчЄта горизонтальных заземлителей. ћожно предположить, что примен€емые в методиках формулы содержат ошибки (опечатки).

“аблица 5 Ч –езультаты расчЄтов «” на основе горизонтальных заземлителей

—равнительный анализ методик расчЄта сопротивлени€ электролитических заземлителей

–езультаты, полученные в ходе расчЄта сопротивлени€ по другим методикам, наход€тс€ в пределах допустимых отклонений (≤10-15% от фактически измеренного сопротивлени€). —ледует также отметить, что методики є 1 и є 7 при очевидном существенном различии в примен€емых формулах дают результаты, отличающиес€ друг от друга на дес€тые доли во всЄм диапазоне диаметров скважин и соизмеримы с фактическими результатами замеров.

¬ таблице 6 отражена возможность учЄта ключевых параметров в расчЄтах по используемым методикам.

“аблица 6 Ч —водна€ таблица сравнени€ методик

—равнительный анализ методик расчЄта сопротивлени€ электролитических заземлителей

¬ыводы

ѕо результатам проведЄнного анализа можно сделать следующие выводы:
1. ƒл€ расчЄта сопротивлени€ растеканию вертикальных электролитических заземлителей целесообразно использовать методики є 1, 7, 8. ƒл€ расчЄта сопротивлени€ растеканию горизонтальных электролитических заземлителей целесообразно использовать методику є 2. ƒанные методики в полной мере учитывают особенности применени€ электролитических заземлителей (замещение грунта) и €вл€ютс€ наиболее гибкими (учЄт в расчЄтах любого количества наполнител€). Ќесмотр€ на то, что использовать методику є 1 рекомендуетс€ дл€ глубинных заземлителей (L>10м), расчЄты показывают, что она применима и дл€ более коротких, поверхностных заземлителей.
2. ћетодики є 5, 6 показали результаты несоизмеримые с результатами расчЄтов по другим методикам и фактическим замерам сопротивлени€.  роме того, расчЄтные значени€ сопротивлений, выполненные по данной методике, при увеличении диаметра скважины с наполнителем не привод€т к уменьшению сопротивлени€, что не логично. ƒанные методики не рекомендуютс€ к применению.
3. ¬ методиках є 3, 4, 9 не учитываетс€ применение наполнител€, следовательно, не учитываетс€ изменение его объЄма при изменении диаметра скважины. ¬еро€тно, данный факт должен быть компенсирован занижением коэффициента солевой обработки —=0,125 вместо —=0,2.  роме того методика є 3 рекомендована только дл€ расчЄта горизонтальных прот€жЄнных заземлителей с длиной заземлител€ L>12T.
4. ¬ методике є 10 формула не учитывает ничего кроме удельного электрического сопротивлени€ грунта и двух возможных диаметров скважины D=300 мм или D=600 мм.  роме того, не установлен Ќѕƒ на который может ссылатьс€ эта методика.
“аким образом, дл€ расчЄта «” на основе вертикальных электролитических заземлителей рекомендуетс€ пользоватьс€ методиками:

1. –ƒ 153-39.4-039-99 ЂЌормы проектировани€ электрохимической защиты магистральных трубопроводов и площадок ћЌї (формула 6.13);
2. –уководство по проектированию, строительству и эксплуатации заземлений в установках проводной св€зи и радиотрансл€ционных узлов (формула 2.32);
3. IEEE Std 80-2000 IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding (equation 60).

ƒл€ расчЄта «” на основе горизонтальных электролитических заземлителей рекомендуетс€ пользоватьс€ методикой –ƒ 153-39.4-039-99 Ќормы проектировани€ электрохимической защиты магистральных трубопроводов и площадок ћЌ (формула 6.5).
 омпани€ Ђ’акельї дл€ расчЄта сопротивлени€ электролитических вертикальных и горизонтальных заземлителей использует рекомендуемые в данном бюллетене методики с применением программных средств.

Ћитература:
1. –уковод€щий документ –ƒ 153-39.4-039-99 ЂЌормы проектировани€ электрохимической защиты магистральных трубопроводов и площадок ћЌї, ћ. Ц 1999. Ц 110 с.
2. √.ј. ƒулицкий, ј.ѕ.  омаревцев. Ёлектробезопасность при эксплуатации электроустановок напр€жением до 1000 ¬. —правочник. Ц ћ.: ¬оенное издательство, 1988. Ц 128 с.
3. –уководство по проектированию, строительству и эксплуатации заземлений в установках проводной св€зи и радиотрансл€ционных узлов, ÷Ќ»» св€зи, 1971. Ц 68 с.
4. IEEE Std 80-2000 IEEE Guide for Safety in AC Substation Grounding.

  • ƒата публикации: 04.09.2023
  • 190
ќќќ Ђƒ≈Ћќ¬џ≈ —»—“≈ћџ —¬я«»ї
ќтраслевой информационно-аналитический портал, посв€щЄнный энергетике Ѕеларуси. јктуальные новости и событи€. ѕодробна€ информаци€ о компани€х, товары и услуги.
220013
–еспублика Ѕеларусь
ћинск
ул. ул. Ѕ. ’мельницкого, 7, офис 310
+375 (17) 336 15 55 , +375 (25) 694 54 56 , +375 (29) 302 40 02 , +375 (33) 387 08 05
+375 (17) 336 15 56
info@energobelarus.by
ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

191611654
5
5
1
150
150