Заземление

ЗаземлениеЗАЗЕМЛЕНИЕ, в установках сильного тока устройство электрического соединения с землей токопередающих цепей или расположенных по их соседству металлических частей с целью, в первом случае, улучшения условий работы электрических цепей и обеспечения функционирования защитных аппаратов, во втором случае - уменьшения опасности от поражения током для служебного персонала или посторонних лиц. Конструкция, находящаяся в земле и служащая для введения в нее тока, называется заземлением.

Функции заземления. В технике высоковольтных систем обычно практикуется соединение трансформаторных обмоток на высоковольтной стороне в звезду, при которой имеется нейтральная, или т. н. нулевая, точка (нейтраль) с потенциалом, почти разным при нормальном режиме работы потенциалу земли.

В американских установках большинство нейтральных сетей имеет постоянное заземление, между тем как в германских установках наблюдается тенденция воздерживаться от заземления нейтралей. При заземлении нейтралей обычно не вводят в цепь заземления каких-либо добавочных сопротивлений для ограничения аварийного тока, т. е. устраивают так называемое прямое, или глухое, заземление.

Установки с незаземленными нейтралями на высоковольтной стороне, которые для краткости называют незаземленными системами, или незаземленными сетями, отличаются от заземленных следующими особенностями. а) В случае короткого замыкания на землю аварийный ток в заземленной системе обычно во много раз больше номинального и одного порядка с током при междуфазовом коротком замыкании; в незаземленной системе аварийный ток бывает обычно меньше номинального тока, б) В силу указанного обстоятельства в первом случае место аварии д. б. быстро выключено; это осуществимо при ходовых типах защитных реле с б. или м. высокой степенью селективности. При незаземленной системе иногда бывает возможен довольно длительный режим работы при одной заземленной фазе, что позволяет избежать перерыва в подаче энергии. Селективность осуществима здесь применением реле специальных типов, которые, впрочем, применяются лишь как сигнальные. в) В незаземленных сетях сравнительно небольшой протяженности, если сила аварийного тока не превосходит 5А, происходящее иногда при грозах перекрытие изоляторов искровым разрядом может не вести к вольтовой дуге и не вызывать перебоя работы. У заземленных систем в этом случае неизбежно полное короткое замыкание и выключение линии, г) У незаземленных сетей большого напряжения нередко при авариях имеют место большие перенапряжения от заземляющей дуги, которые часто вызывают вторичные аварии в других фазах и у нулевых точек, приводящие к полному короткому замыканию. У заземленных сетей вторичных аварий от этой причины получиться не может, д) У незаземленных сетей при замыкании на землю происходит повышение напряжения на незаземленных фазах и нулевых точках, независимо от упомянутых перенапряжений заземляющей дуги.

Петерсеном и Баухом были предложены средства (реактор Петерсена, заземляющий трансформатор Бауха), значительно уменьшающие силу тока при аварийном однополюсном замыкании на землю незаземленной сети и устраняющие перенапряжение от заземляющей дуги.

3аземление нулевых точек больших генераторов является почти правилом, причем оно делается через сопротивление (резистор), выбираемое чаще всего с таким расчетом, чтобы при замыкании на землю одной фазы сети, питаемой непосредственно от генератора, ток в цепи заземления данного генератора был порядка от ординарной до тройной величины тока номинальной нагрузки. Практика различных установок сильно варьирует в отношении величины применяемого заземляющего сопротивления.

Помимо указанных выше, заземление нейтралей генераторов преследует также и следующие цели: а) защиту генераторов от перенапряжений, индуктированных со стороны высоковольтных цепей, а также от перенапряжений, могущих возникнуть от разряда между обмотками трансформаторов; б) обеспечение функционирования дифференциальных реле, защищающих обмотки трансформатора в случае повреждения изоляции последнего. Именно это последнее обстоятельство обусловливает верхний предел допустимого сопротивления резистора. Кроме отведения тока в землю при выполнении указанных выше рабочих функций, заземляющие устройства имеют назначение предупредить возможность получения опасных ударов тока как лицами служебного персонала, так и посторонними при случайном прикосновении к заземленной части установки во время прохождения аварийного тока. При этом может иметь место более или менее значительное напряжение на заземленном предмете, если переходное сопротивление заземления имеет слишком большую величину.

Теория и расчет заземлителей. При прохождении тока по заземлителю и земле возникают определенные напряжения между ним и различными точками на поверхности земли. Если рассматривать зависимость напряжения между заземлителем и точкой поверхности в функции от расстояния между ними, то оказывается, что она при все увеличивающемся расстоянии стремится к определенному пределу. Практически этот предел достигается уже на расстоянии 20 м от заземлителя. Соответствующее напряжение и называют напряжением заземлителя, а частное от деления этого напряжения на силу тока - сопротивлением заземления (обратная ему величина представляет проводимость заземления). Сопротивление заземления обусловлено не контактным сопротивлением между заземлителем и почвой, а самой почвой. Градиент потенциала на поверхности земли обычно бывает наибольшим у самого заземлителя, т. к. здесь получается наибольшая плотность тока; плотность тока постепенно убывает до нуля по мере отдаления от заземления. Почва обычно бывает неоднородного строения по глубине заложения заземлителя, и при расчетах заземления приходится значительно упрощать постановку вопроса, считая почву обладающею повсюду одинаковым удельным сопротивлением. В этом случае получается полная аналогия между электростатическим полем в условии протекания тока через заземлитель и чисто электростатическим полем, которое окружало бы расположенный в однородном диэлектрике проводник, представляющий по форме данный заземлитель, соединенный вместе со своим зеркальным изображением относительно поверхности земли. Исходя из этой аналогии можно составить формулы, дающие сопротивление заземления для нескольких простых типов заземлителей (табл. 1).

Расчет простейших заземлителей

Как видно из формул, для трубы сопротивление заземления незначительно убывает при увеличении диаметра сверх 25 мм и длины сверх 2 м (фиг. 1). На фиг. 2 показана зависимость сопротивления заземления пластин от их поверхности (сопротивление почвы 7000 Ω-см), а на фиг. 3 - то же для полосового заземления (полоса 40 х 2 мм заложена на глубине 305 мм в почву с сопротивлением 9300 Ω-см).

для трубы сопротивление заземления незначительно убывает при увеличении диаметра сверх 25 мм и длины сверх 2 м

Зависимость сопротивления заземления пластин от их поверхности

Зависимость сопротивления заземления пластин от их поверхности для полосового заземления

В тех случаях, когда для понижения сопротивления заземления приходится соединять между собой ряд простых заземлителей, имеет место взаимное экранирование, вследствие которого проводимость параллельно соединенных заземлителей получается меньше их суммы.

Отношение первой величины к последней, т. е. к сумме, называется КПД сложного заземлителя; коэффициент этот определяется экспериментально либо на основании измерений модели заземления, погруженной в электролитическую ванну, либо испытаниями. Систематических данных в отношении КПД заземления в литературе не имеется; формулы, выражающие КПД заземлителей, в большинстве случаев дают неточные результаты.

Удельные сопротивления почв

При промерзании почвы сопротивление верхних слоев возрастает, что ставит в невыгодные условия полосовое заземление сравнительно с заземлением при помощи труб. При песчаном грунте сопротивление заземления одной трубы может доходить до 2000 Ω. В некоторых случаях ноги железных мачт заделаны в бетон. При этом сопротивление немногим отличается от сопротивления при непосредственном помещении ног в землю. Сама по себе почвенная и колодезная вода имеет удельное сопротивление такого же порядка, что и у обычных почв. Для увеличения проводимости почв иногда прибегают к засыпке вокруг заземлителей каменной соли, шлаков, и т. д., при чем в эксплуатации необходимо регулярное наблюдение за сопротивлением заземления, в виду постепенно происходящего выщелачивания засыпанных веществ.

Заземляющий трос, соединяющий между собой опоры линий передачи, помимо функций защиты от перенапряжений и, отчасти, механического усиления опор, играет важную роль в отношении уменьшения общего сопротивления заземления; при этом в случае замыкания на землю часть аварийного тока ответвляется от заземления данной мачты. Приближенно эквивалентное сопротивление Rз заземления системы мачт, соединенных тросом, м. б. вычислено по формуле Рюденберга:

zazemlenie f1

что приблизительно равно zazemlenie f2, если величина zazemlenie f3 мала по сравнению с единицей (R - сопротивление заземления каждой мачты, г - сопротивление троса в пролетах между мачтами).

Влияние экранирующих колец на распределение потенциалов у подножия мачты башенного типаДля уменьшения опасности от градиента потенциала по поверхности почвы производится закладка вспомогательных экранирующих электродов, например, колец или полос, соединяемых с мачтой и зарываемых в землю на надлежащей глубине. При помощи таких мероприятий возможно в несколько раз уменьшить напряжение прикосновения, и, т. о., отпадает необходимость уменьшения сопротивления заземления посредством дополнительной закладки труб и т. п., что вызывало бы в некоторых случаях громадные затраты. Измерения на ряде мачт и моделей показали, что напряжение между мачтой и точкой на поверхности земли, отстоящей на 1 м от мачты, м. б. уменьшено более чем в четыре раза при применении 2 колец. На фиг. 4 показано влияние экранирующих колец на распределение потенциалов у подножия мачты башенного типа по оси OF: кривая а - без экранирующих колец; b - с одним экранирующим кольцом на глубине 30 см, диаметр кольца - 300 см; с - с двумя экранирующими кольцами на глубине 30 и 50 см, диаметр колец - 250 и 410 см (экспериментальные данные по измерениям в электролите).

Наиболее удобное заземление представляют трубы, вследствие легкости забивки в обычном грунте. Наименьший подходящий диаметр трубы - 25 мм, при больших диаметрах проводимость заземления увеличивается лишь незначительно и затрудняется забивка, а при меньших - труба может гнуться. Иногда трубу (на верхнем конце) снабжают пробкой или кольцом, а нижний конец делается в виде острия. В обычной земле можно обходиться без заострения. Верхний конец иногда оставляют без пробки, причем, при повреждении его от ударов кувалды, его спиливают. Оцинковка труб не является необходимой. Длина труб д. б. достаточной, чтобы нижняя часть трубы достигала области почвенных вод. Полосовое заземление зарывается обычно не глубоко и д. б. в этом случае рассчитано на промерзший грунт. В некоторых случаях оно одновременно выполняет и функции экранирующих электродов. Листы теперь мало употребляются, т. к. они, вследствие малой толщины, легко разъедаются, требуют глубокого зарывания и дают малую проводимость заземления. Стоимость устройства заземления может быть весьма низкой, если эта работа ведется одновременно с земляными работами по строительству.

Правила выполнения заземления. По нормам IX Всесоюзного электротехнического съезда, заземления должны быть рассчитаны и устроены так, чтобы напряжение прикосновения не превосходило: а) в сухих закрытых помещениях – 150V, б) в помещениях сырых и с едкими парами и жидкостями - 60V, в) на воздушных линиях передачи (в зависимости от местности и характера установки) значения допускаемых напряжений указаны в табл. 3.

Значение допускаемых напряжений

В установках с заземленной нейтралью, для распределительных устройств станций и подстанций, а также для воздушных линий передач с железными и железобетонными опорами, проходящих по местностям с густым населением, заземление рассчитываются на ток однополюсного замыкания на землю. В остальных случаях (малонаселенная территория или подстанция без постоянно присутствующего персонала) заземление рассчитываются на ток, достаточный для отключения автоматов защиты, или на ток, в 2,5 раза превосходящий номинальный ток предохранителей в данной установке. Расчет производится во всех случаях по установившемуся току короткого замыкания. Для линий передач на деревянных опорах и без заземляющего троса никаких заземляющих приспособлений не требуется. В установках с незаземленной нейтралью как внутри помещения, так и на открытых подстанциях и линиях передачи заземления должны быть рассчитываемы на емкостный ток всей сети при замыкании на землю одной фазы. Нормы рекомендуют заземлять все металлические части, не находящиеся под напряжением, как, например: кожуха машин и приборов, вторичные обмотки измерительных трансформаторов, рукоятки, рычаги, металлические каркасы, свинцовые оболочки и броню кабеля, арматуру изоляторов.

Заземления сетей высокого и низкого напряжения рекомендуется выполнять отдельно, на расстоянии не менее 10 м друг от друга. Не допускается использование водопровода общего пользования для заземления, вследствие возможности получения на нем высоких потенциалов. Заземляющие провода д. б. рассчитаны на проходящий ток короткого замыкания и иметь сечение во всяком случае не менее 6 мм2 для меди и 12 мм2 для железа. Сборные заземляющие шины должны иметь сечения соответственно 16 мм2 и 25 мм2. Сечения в 50 мм2 для меди и 100 мм2 для железа считаются достаточными для всех случаев.

Если не представляется возможным при расчете заземления определить распределение потенциалов вокруг места заземления, то следует пользоваться следующими коэффициентами, на которые должно разделить напряжение соприкосновения, чтобы получить максимальное допускаемое напряжение заземлителя: 1) на центральных станциях, подстанциях и вообще в сухих помещениях - 0,5; 2) в тех же помещениях, но при наличии изолирующих резиновых половиков – 0,1; 3) на линии передачи без применения выравнивающих металлических контуров - 0,6.

Заземлители (трубы, железные и медные полосы и пластины) должны иметь достаточную толщину (не менее 3 мм при применении меди и оцинкованного железа); каждая труба должна иметь диаметр не менее 35 мм и длину - 2 м. Установленные заземления нуждаются в периодической проверке в отношении величины сопротивления. Эти контрольные измерения следует производить не менее двух раз в год - зимой и летом.

Нормы союза германских электротехников для линий незаземленных или заземленных через очень высокое сопротивление дают следующую приближенную формулу для определения тока заземления:

zazemlenie f4


Измерение сопротивления заземлениягде V - номинальное линейное напряжение в kV, I - длина линии, передачи в км. Эти нормы рекомендуют заземление в виде оцинкованных железных или луженых медных пластин, труб или лент. Поверхность пластин д. б. не менее 1 м2 с одной стороны, а толщина - не менее 3 мм. Допускается также использование неоцинкованного железа, причем толщина и поверхность таких электродов д. б. достаточными для обеспечения хорошего контакта в случае химического воздействия почвы. Полосовое железо для заземления рекомендуется брать сечением не менее 50 мм2 и длиной 10 м. Размеры труб такие же, как и по нормам IX Всесоюзного электротехнического съезда. Для уменьшения переходного сопротивления рекомендуется добавлять в почву некоторое количество соли. При недостаточности одного заземления устраивают комбинацию ряда заземлителей (сложный заземлитель), большей частью из труб, соединяя их тросами или полосами.

Измерение сопротивления заземления. Для измерения сопротивления заземления необходимо иметь два вспомогательных электрода, не слишком близко отстоящих один от другого и от испытуемого заземлителя (фиг. 5). Пропуская ток поочередно через каждую пару электродов из цепи, не имеющих других мест заземления, и измеряя его величину, а также напряжение, получают данные для составления трех уравнений с тремя неизвестными (индивидуальные сопротивления электродов). Решая их, получают искомое сопротивление. По данным опыта,

zazemlenie f5

Откуда

zazemlenie f6

Для измерения сопротивлений заземления применяются и другие способы, где источником тока являются элемент, индуктор или даже земля. Из этих методов следует отметить метод измерения мостом Кольрауша; применяя этот способ, для создания пульсирующего тока пользуются зуммером, т. к. при постоянном токе обычно происходит мешающая измерениям поляризация. В одно из плеч моста включается измеряемая пара сопротивлений заземления. При всех указанных выше методах приходят к тем же трем уравнениям с тремя неизвестными. При отсутствии третьего электрода с достаточно низким сопротивлением, для получения недостающего второго уравнения применяют метод Вихерта; в этом случае третьим контактом с землей может служить зонд. Измерения этим способом хотя и просты, но недостаточно точны вследствие поляризации. Наиболее совершенными приборами являются измерители сопротивления, основанные на нулевом методе и снабженные сильным индуктором переменного тока, дающим уже при двух оборотах рукоятки в секунду частоту от 30 до 40 пер/сек. (измеритель заземления Сименса и Гальске, и др.). При такой частоте совершенно отсутствует явление электролиза почвы, и получаемые величины сопротивления имеют устойчивый характер.

3аземление антенны3аземление антенны - часть радиосети за удлиняющими или укорачивающими волну антенны устройствами или за генераторами, которая наиболее тесно связывается с землей. Всякий диполь - двусторонний вибратор или резонатор - м. б. приведен к одностороннему при замене одной из его половин большой емкостью; при этом распределение потенциала и тока вдоль последнего не изменится: у соединения вибратора и резонатора с емкостью расположатся пучность тока и узел потенциала (фиг. 6). Условие V = 0 требует, чтобы присоединяемая емкость была достаточно велика: в этих целях используется или противовес или проводник очень большой емкости с потенциалом, равным нулю, - земля.

3аземление в простейшем виде (одиночное) осуществляется обычно зарытыми на уровне грунтовых вод, являющихся полупроводником, медной или из оцинкованного железа пластиной, газовыми трубами, цилиндрами и др. Такое заземление пригодно для любительских приемных и маломощных передающих радиостанций, так как на каждый А тока необходимо иметь поверхность соприкосновения около 50 см2; проводимость такого заземления около 0,1 мо на каждый м2. При заземлении газовыми трубами рекомендуется улучшать проводимость окружающей породы насыпкой внутрь трубы легко растворяющейся в воде соли, диффундирующей после забивки трубы в землю сквозь специально высверливаемый в трубе ряд отверстий. На судовых и вагонных радиостанциях заземление достигается припайкой заземляющего провода к металлической стенке корпуса корабля или вагона. В городских радиолюбительских установках в качестве заземления используют стальные остовы здания, водопроводные трубы, газопровод и т. д. Если почва достаточно сырая, то в качестве заземления служит и медная сетка, брошенная непосредственно на землю (часто применяется в переносных станциях).

Многократное заземление устраивается в профессиональных передающих установках с целью большего уменьшения потерь 3. (фиг. 7): при его устройстве проводимость растет пропорционально числу электродов, если последние располагаются не слишком тесно; поэтому разнос электродов должен быть таков, чтобы расстояния друг от друга ближайших электродов составляли не менее десятикратного диаметра последних (взят пример заземления в форме цилиндра).

Многократное заземление

Рекомендуется опускать электроды в почву под краем антенны. При большой мощности установок требуется устройство нескольких кольцевых рядов, причем число электродов в каждом д. б. пропорционально расстоянию от центра (фиг. 8).

При большой мощности установок требуется устройство нескольких кольцевых рядов

Регулируемые заземленияРегулируемые заземления. Если в многократном заземлении при нескольких кольцах распределение тока вследствие неоднородности почвы, несимметрии расположения или иных причин оказывается неравномерным, то необходимо выравнивать его посредством включения переменных самоиндукций в проводники, ведущие от антенны к электродам (фиг. 9). Так как и в этом случае наибольший поток электрического смещения располагается у конца антенны, то взамен отдельных заземлений в этом месте хорошо зарывать в землю сплошную ленту, соединенную со всеми ведущими проводами; весьма важно отличное соединение земляного электрода с ведущей проволокой; необходима пайка, при чем для большей долговечности следует принять меры, чтобы не получилось гальванической пары при соприкосновении с влажной почвой. Несомненная выгода устройства ряда колец явствует из сравнения кривых на фиг. 10: кривая а дает величину сопротивления заземления при устройстве одного кольца одиночных заземлений радиусом около 10 м; кривая b - двух параллельно включенных и подравненных катушкой самоиндукции кольцевых рядов электродов, из которых один имеет радиус около 10 м, а другой - около 40 м. Выравнивание распределения тока м. б. произведено путем включения как самоиндукции, так и конденсаторов. Неудобством выравнивания является необходимость настройки катушек заземления для каждой длины волны отдельно. На фиг. 11 дана схема многократного заземления для антенны Александерсона, установленной на Нью-Брунсвикской радиостанции: сеть одиночных заземлений выведена в шести пунктах из-под земли и соединяется с передатчиком шестью надземными хорошо изолированными проводниками. Каждый из них дает обратный путь тому току, который соответствует току смещения между кольцом электродов, от которого он выведен наружу, и противолежащей частью антенны; пункты многократного заземления следует выбирать так, чтобы по каждому выводу шел один и тот же ток (например, 1/6 общего тока). Сравнение заземления с противовесом и некоторые расчеты заземления.

Регулируемые заземления

Схема многократного заземления для антенны Александерсона, установленной на Нью-Брунсвикской радиостанции

3аземление в технике связи - устройство, состоящее из проводника (земляного провода), один конец которого соединен с заземляемой частью установки (телеграфной, телефонной), а другой - спаян с заземляющим электродом (заземлителем), закапываемым в грунт ниже уровня грунтовых вод и глубины промерзания грунта. 3аземление играет большую роль в технике связи. Устройство двух заземлений, расположенных на соседних станциях (телеграфных, телефонных с местной батареей) дает двоякую выгоду:

1) заменяет обратный провод между станциями, т. е. вторую половину линии; 2) уменьшает сопротивление линии вдвое, так как сопротивление участка почвы между заземляющими электродами практически равно 0. На телефонных станциях системы центральной батареи заземление положительного (плюсового) полюса батареи принято как правило (во избежание электролиза металлических частей и контактов сооружения); оно преследует следующие цели: 1) устранение перехода тока с одной пары цепей на другую, т. к. побочные токи будут замыкаться через батарею и ее землю, не попадая в цепь другого абонента; 2) устранение скрытых повреждений проводов и более легкое отыскание их; 3) получение более надежного сигнала «занято»; 4) экономию проводов и предохранителей при монтаже станций. 3аземление принято устраивать у столбов: контрольных, станционных, кабельных и мачтовых. На контрольных и станционных столбах заземление необходимо для испытания и нахождения поврежденного участка, а на кабельных и мачтовых, помимо того, исправное заземление защищает от повреждения грозой кабель и мачтовые сооружения. Исправность заземления должна испытываться ежегодно при ремонте, и неудовлетворительные заземления по сопротивлению д. б. немедленно переустроены. Неисправная земля требует излишнего расхода энергии, ухудшает действие аппаратов, громоотводов и ослабляет телефонную передачу.

Конструкция заземления. Земляной провод должен иметь хорошую токопроводимость, а потому необходимо, чтобы его часть, закапываемая в грунт, была из нержавеющего металла. Земляной провод д. б. по возможности из цельной проволоки, а не из кусков, т. к. скрутки имеют большое сопротивление. Если цельной проволоки нет, то отдельные куски д. б. соединены британскими спайками. Материал для земляного проводника - медь или оцинкованное железо. Форма его - проволока, шина или кабель. Материал электрода - луженая медь, оцинкованное железо или свинец. Форма заземляющего электрода - пластина (лист), труба, круг из оцинкованной проволоки. Вспомогательными электродами могут служить: медная пластина или медная проволока диаметром 1—2 мм, железный стержень (щуп) или лом (вокруг которых почва хорошо смачивается), газо- и водопровод и в некоторых случаях - свинцовая оболочка подземных кабелей. Рекомендуется применять электроды и земляной провод из одного и того же металла; место их соединения необходимо пропаять самым тщательным образом.

В технике связи СССР применяются следующие конструкции заземлений, определяемые гл. образом разновидностью употребляемых заземляющих электродов. 1) Медный луженый лист (фиг. 12) в форме квадрата, со стороной 1 м и толщиной 2 мм. К его углам припаивается медный провод диаметром 3—5 мм, и лист зарывают в землю. Если трудно добраться до грунтовой воды, то применяют «засыпку», т. е. электрод покрывают со всех сторон слоем кокса или древесного угля толщиной 5 см в виду способности их притягивать и удерживать влагу. Засыпка требует примерно 100 кг угля. В гористых местностях, где также бывает трудно достичь влажного грунта, устраивают заземляющий электрод с большим числом разветвлений, направляя их в разные стороны, чтобы увеличить поверхность соприкосновения металла с почвой. Приведенная на фиг. 12 конструкция применяется для заземления небольших станций. 2) Бухта железной оцинкованной проволоки диаметром 4—6 мм (фиг. 13).

В технике связи СССР применяются следующие конструкции заземлений

Этот способ применяется при устройстве заземления у контрольных столбов. Бухта проволоки зарывается у основания столба. По выходе из почвы конец проволоки (земляной провод) прибивают вдоль столба скобками и выводят немного выше верхушки столба в виде спирали с острием. 3) 3аземление у абонента телефонной станции. К громоотводу, установленному у окна, присоединяют медный провод сечением 1,5 мм2 и пропускают его через отверстие в раме окна, снабженное воронкой и втулкой, наружу, где припаивают его к железному проводу; последний ведут по стене при помощи скоб и оканчивают в земле на уровне грунтовых вод (примерно на глубине 2—3 м) бухтой проволоки. При наличии водопровода земляной провод припаивают к водопроводной трубе. 4) 3аземление больших станций. Конструкция его до сих пор не установлена. Следует лишь отметить, что вследствие ответственного назначения таких станций устройством одного заземления не ограничиваются, а прибегают чаще всего к устройству трех и более заземлений.

Расчетные формулы. В литературе по технике связи существует ряд терминов, имеющих одно и то же значение, как, например: сопротивление перехода, сопротивление распространения, сопротивление земных контактов. Под этими терминами подразумевают сопротивление, преодолеваемое током при его переходе с электрода в почву. В общем оно д. б. незначительным по величине, и чем оно меньше, тем лучше. Величина его не должна превосходить: 1) 5 Ω для обыкновенных рабочих заземлений, 2) 1 Ω - для рабочих заземлений в автоматических телефонных станциях. В больших станциях это сопротивление колеблется в пределах от 0,1 до 0,5 Ω. Величина сопротивления перехода с течением времени изменяется в зависимости: 1) от величины и формы поверхности заземляющего электрода, 2) от химического состава почвы и 3) от степени влажности почвы и от удельного сопротивления ее. Из значений сопротивления и размеров заземляющего электрода можно приближенно вычислить ожидаемое сопротивление перехода. Для прямоугольных земляных пластин или полос, со сторонами а и b, при чем b>а, Уппенборн дал следующую формулу для сопротивления перехода W (в Ω):

zazemlenie f7

Здесь ϱ - удельное сопротивление почвы, zazemlenie f8. На фиг. 14 (сопротивление в Ω заземляющего электрода в форме пластины в функции от размеров последней) кривая I представляет сопротивления для пластины длиной 100 см при переменной ширине от 10 до 100 см, и ϱ =10000 Ω-см.

Кривая I представляет сопротивления для пластины длиной 100 см при переменной ширине от 10 до 100 см

Кривая II справедлива для квадратных пластин, поверхность которых равновелика поверхности прямоугольника. График указывает, что прямоугольная форма электродов до 0,5 м2 выгоднее квадратной и что выгоднее также вместо одного электрода в 1 м2 взять 3 прямоугольные пластины по 10x100 см (0,3 м2), т. к. будем иметь 90/3 Ω против 37. На фиг. 15 кривая I представляет вычисленные тем же способом значения сопротивлений перехода для полосового оцинкованного железа шириной 25 мм, для длин от 100 до 1000 см. График указывает, что такое полосовое железо длиной в 5 м имеет почти то же сопротивление (38 Ω), как и 1 м2 большой пластины (37 Ω). Еще более незначительными сопротивлениями перехода обладают круглые проволоки, для которых имеет место уравнение (форма электрода - цилиндр):

zazemlenie f9

где d - диаметр и l - длина проволоки, n=l/d.

На фиг. 15 кривая II представляет сопротивление 5-мм оцинкованной железной проволоки. Для других форм заземляющих электродов сопротивления перехода определяются следующими формулами.

Кривая II представляет сопротивление 5-мм оцинкованной железной проволоки

Шар (диаметр — d):

zazemlenie f10

Круглое кольцо (толщина = d, диаметр = D)

zazemlenie f11

Диск (диаметр = d):

zazemlenie f12

Все вышеуказанные формулы считаются приближенными для случая, когда электроды лежат глубоко под поверхностью земли; если же они находятся на поверхности земли, то сопротивление перехода удваивается по сравнению с величиной, определенной формулой. Размеры в формулах даны в см; ϱ для грунтовой (речной) воды или мокрой почвы составляет около 101 Ω-см, для сухой почвы - около 106 Ω-см, для морской воды - около 102 Ω-см.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 8 - 1929 г.