Защитное заземление — преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоко-проводящих частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением.

          Защитное заземление применяется в сетях напряжением до 1000 В переменного тока — трехфазные трехпроводные с изолированной нейтралью; однофазные двухпроводные, изолированные от земли; двухпроводные сети постоянного тока с изолированной средней точкой обмоток источника тока; в сетях выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали.

          Заземление обязательно во всех электроустановках при напряжении 380В и выше переменного тока, 440 В и выше постоянного тока, а в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и и наружных установках при напряжении 42 В и выше переменного тока, 110 В и выше постоянного тока; при любых напряжениях во взрывоопасных помещениях.
          В зависимости от места размещения заземлителей относительно заземляемого оборудования различают два типа заземляющих устройств: выносное и контурное.
          При выносном заземляющем устройстве заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование.
          При контурном заземляющем устройстве электроды заземлителя размещают по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки.
          В открытых электроустановках корпуса присоединяют непосредственно к заземлителю проводами. В зданиях прокладывается магистраль заземления, к которой присоединяют заземляющие провода. Магистраль заземления соединяют с заземлителем не менее чем в двух местах.
          В качестве заземлителей в первую очередь следует использовать естественные заземлители в виде проложенных под землей металлических коммуникаций (за исключением трубопроводов для горючих и взрывчатых веществ, труб теплотрасс), металлических конструкций зданий, соединенных с землей, свинцовых оболочек кабелей, обсадных труб артезианских колодцев, скважин, шурфов и т. д.
          В качестве естественных заземлителей подстанций и распределительных устройств рекомендуется использовать заземлители опор отходящих воздушных линий электропередачи, соединенных с заземляющим устройством подстанции или распределительным устройством с помощью грозозащитных тросов линий.
          Если сопротивление естественных заземлителей удовлетворяет требуемым нормам R₃, то устройство искусственных заземлителей не требуется.
          Когда естественные заземлители отсутствуют или использование их не дает нужных результатов, применяют искусственные заземлители: стержни из угловой стали размером 50X50, 60X60, 75X75 мм с толщиной стенки не менее 4 мм, длиной 2,5—3 м; стальные трубы диаметром 50—60 мм, длиной 2,5—3 м с толщиной стенки не менее 3,5 мм; прутковая сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м и более.
          Заземлители забивают в ряд или по контуру на такую глубину, при которой от верхнего конца заземлителя до поверхности земли остается 0,5—0,8 м. Расстояние между вертикальными эаземлителями должно быть не менее 2,5-3 м.
          Для соединения вертикальных заземлителей между собой применяют стальные полосы толщиной не менее 4 мм и сечением не менее 48 мм² или стальной провод диаметром не менее 6 мм. Полосы (горизонтальные заземлители) соединяют с вертикальными землителями сваркой.
          Магистрали заземления внутри зданий с электроустановками напряжением до 1000 В выполняют стальной полосой сечением не менее 100 мм² или сталью круглого сечения той же проводимости. Ответвления от магистрали к электроустановкам выполняют стальной полосой сечением не менее 24 мм² или круглой сталью диаметром не менее 5 мм.
          Нормируемые сопротивления заземляющих устройств приведены в табл. 1.
          Для электроустановок напряжением до 1000 И значения R₃ даны при условии, что удельное сопротивление грунта ?<=Ом*м. При удельном сопротивлении грунта более чем 100 Ом*м разрешается увеличивать вышеуказанные величины в k=?/100, но не более чем в 10 раз.

Таблица 1. Допустимые сопротивления заземляющего устройства в электроустановках до и выше 1000В

          Расчетные токи замыкания на землю принимают по данным энергосистемы либо путем расчетов.
          Расчет заземления методом коэффициентов использования производится следующий образом.
          1. В соответствии с ПУЭ устанавливается необходимое сопротивление заземления R₃.
          2. Определяют путем замера, расчетом или на основе данных по работающим аналогичным заземлительным устройствам возможное сопротивление растеканию естественных заземлителей R_e.
          3. Если R_e< R₃, то устройство искусственного заземления не требуется.
          Если R_e>R₃, то необходимо устройство искусственного заземления.
          Сопротивление, Ом, растекания искусственного заземления R_и=R₃R_e/(R_e-R₃) Далее расчет ведется по R_и.
          4. Определяют удельное сопротивление грунта ? из табл. 2. При производстве расчетов эти значения должны умножаться на коэффициент сезонности, зависящий от климатических зон и вида заземлителя (табл.3).
          Расчетное удельное сопротивление грунта для стержневых заземлителей (вертикальных заземлителей ?_расч.в= k_с? для протяженного заземлителя (горизонтальных полос) ?_расч.г= k штрих _с?.
          5, Определяют сопротивление, Ом, растеканию одного вертикального заземлителя — стержневого круглого сечения (трубчатый или уголковый) в земле (рис. 1):

          для уголка с шириной полки b получают d =0,95b.

Таблица 2. Приближенные значения удельных сопротивлений грунтов и воды ?, Ом*м

          Все размеры даны в метрах, а удельное сопротивление грунта в омах, умноженных на метр (Ом*м).
          Сопротивление, Ом, растеканию вертикального заземлителя можно определить по упрощенным формулам:
          для уголка 50X50X5 мм R_в=0,348 pрасч.в kс;
          для уголка 60X60X6 мм R_в=0,298 p_{расч.вkс};
          для уголка 75X75X8 мм R_в= 0,292 p_расч.вk_с;
          для трубы диаметром 60 мм l= 2/2,5 м, R_в=0,002 p_расч.вk_с.
          6. Установив характер расположения заменителей (в ряд или контуром), определяют число заземлителей n_в= R_в/(?_вR_u). где ?_в— коэффициент использования вертикальных заземлителей, зависящий от количества и расстояния между ними (табл. 3,4).

Таблица 3. Признаки климатических зон и значения коэффициента k_с

          Примерное распределение республик и областей СССР по климатическим зонам следующее.
          I зона: Карельская АССР севернее Петрозаводска, Коми АССР, Архангельская и Кировская области, Заволжье восточнее Казани и Куйбышева, Урал, северные области Казахской ССР, Омская, Новосибирская, Иркутская и Читинская области, южные районы Тюменской области, Хабаровского и Красноярского краев, Приморская и Сахалинская области.
          II зона: Ленинградская область, южная часть Карельской АССР, Вологодская область, центральные районы РСФСР до Волгоградской области на юге, центральные области Казахстана (у Аральского моря и озера Балхаш).
          III зона: Латвийская, Эстонская, Литовская ССР, БССР, УССР (кроме южных областей), Псковская, Новгородская, Смоленская, Брянская, Курская и Ростовская области, южные области Казахстана.
          IV зона: Молдавская ССР, Одесская, Херсонская и Крымская области УССР, Краснодарский и Ставропольский края, Астраханская область, Азербайджанская. Грузинская, Армянская, Узбекская, Таджикская, Киргизская и Туркменская ССР (кроме горных районов).

Таблица 4. Коэффициенты использования ?_в вертикальных электрордов из труб, уголков или стержней, размещенных в ряд без учета влияния полосы связи

          Количество вертикальных заземлителей для определения нюв можно принять равным R_в/R_и. 7. При устройстве простых заземлителей в виде короткого ряда вертикальных стержней расчет на этом можно закончить и не определять проводимость соединяющей полосы, поскольку длина ее относительно невелика (в этом случае фактически сопротивление заземляющего устройства будет несколько завышено).
          При устройстве заземлителей по контуру из ряда вертикальных заземлителей целесообразно учитывать и сопротивление растеканию полос (горизонтальный заземлитель). Для этого на площади установки заземления намечают, как будут размещены вертикальные заземлители n_в и определяют длину, м, соединительной полосы l_г=1,05 n_вa, где a – расстояние между вертикальными (обычно отношение расстояния между вертикальными заменителями к их длине принимают равным a/l=1;2;3).

Таблица 5. Коэффициенты использования ?_в вертикальных электродов из труб, уголков, стержней, размещенных по контуру без учета влияния полосы связи

          8. Определяют сопротивление, Ом, растеканию горизонтального заземлителя. Для стержневого круглого сечения (рис. 26):

          Здесь l>d; t>>4?. Для полосы шириной b получают d =0,5b. Действительное сопротивление, Ом, растеканию горизонтального заземлителя с учетом коэффициента использования R?_г= R_г/?_г, где ?_г — коэффициент использования горизонтального заземлителя определяется по табл. 6, 7.
          9. Уточняется сопротивление, Ом, растеканию заземлителей с учетом сопротивления горизонтального заземлителя R?_в = R?_гR_и/(R?_г-R_и) 10. Определяют уточненное количество вертикальных заземлителей. Здесь n?_в округляется в сторону увеличения n_в= R_в/(?_вR?_в).

Таблица 6. Коэффициенты использования ?_г горизонтального полосового электрода (трубы, уголки, полосы и т. д.) при размещении вертикальных электродов в ряд

Таблица 7. Коэффициент использования ?_г горизонтальною полосового электрода (трубы, уголки, полосы и т. д.) при размещении вертикальных электродов по контуру

Пример 34
          Определить необходимое число уголков размером 50Х50Х Х5 мм длиной 3 м для устройства заземления трансформаторной подстанции. Заземлитель горизонтальный — стальная полоса 40X4 мм. Расстояние между уголками 4,5 м. Уголки забиты по контуру подстанции. Глубина заложения горизонтального заземлителя 0,7 м. Грунт — песок с удельным сопротивлением p_гр =300 Ом*м. Климатическая зона II. Нормируемое сопротивление заземляющего устройства R_зн=4 Ом.
Решение

          1. Согласно ПУЭ допустимое сопротивление заземляющего устройства с учетом удельного сопротивления грунта p_гр, равно

          3. Количество вертикальных заземлителей n_в= R_в/(?_вR_з)=139,6/(0,6*12) = 19,38, где ?_в — коэффициент использования вертикальных заземлителей с учетом интерполяции по табл. 5,равный 0,6.
          Считают, что число труб при этом 139,6/12=12. Принимают к установке 20 уголков.
          4. Длина горизонтального заземлителя (полосы) l_г=1,05*n_в*а=1,05*4,5*20=94,5 м.
          5. Сопротивление растеканию горизонтального заземлителя

6. Действительное сопротивление растеканию горизонтального заземлителя с учетом коэффициента использования R?_г= R_г /*?_г= 26,98/0,295=91,5 Ом. ?_г=0,295 (см. табл. 7).
          7. Сопротивление растеканию заземлителей с учетом сопротивления горизонтального заземлителя R?_в=( R?_г R₃)/( R?_г-R₃)=91,5-12/91,5-12=13,8 Ом.
          8. Уточненное количество вертикальных заземлителей n_в= R_в/(?_вR?_в) = 139,6/(0,6*13,8) = 16,8. Принимаем к установке 17 вертикальных заземлителей (уголков).