Obliczanie urządzenia uziemiającego
Obliczenia urządzeń uziemiających ograniczają się do określenia przejściowej rezystancji propagacji prądu ziemnozwarciowego z elektrod uziemiających, która zależy od rezystancji warstw gleby ρ... Rezystancja warstw gleby zależy od ich składu, wilgotności zawartość, poziom wód gruntowych i temperatura. Najdokładniej ρ można określić przez bezpośredni pomiar in situ przy użyciu jednej z istniejących metod. Wartości zalecane do obliczeń wstępnych dla różnych gleb oraz współczynniki wzrostu przy zamarzaniu podane są w podręcznikach.
Po wykonaniu uziemienia należy zmierzyć jego rezystancję, a jeśli odbiega od normy, zmniejsza się ją, dodając liczbę uziemionych elektrod lub zwiększając przewodność gleby, wprowadzając do niej żużel, sól lub inne substancje.
Po wykonaniu obliczeń dla uziomów sztucznych wstępnie określa się, czy będzie wystarczająca ilość uziomów naturalnych, a dopiero potem obliczana jest wymagana rezystancja uziomów sztucznych
gdzie Rclaim — rezystancja sztucznie uziemionych elektrod, Rec — taka sama, naturalna, Rzu — rezystancja normalna.
Uziemniki spawane są taśmą stalową 40x4 mm lub tym samym prętem. Paski te są układane w ziemi na głębokości 0,7 m i tworzą wspólny obwód uziemiający.
Stalowy pręt o długości 5 m umieszczony w zwykłej glebie (glebie gliniastej) przy ρ = 100 om x m ma rezystancję styku równą 22,7 oma. Aby uzyskać standardową rezystancję rozproszenia pojedynczej elektrody uziemiającej 22,7 omów, oblicza się rezystancję pętli, na którą składa się rezystancja elektrod pionowych Rc i poziomych w postaci połączonej równolegle listwy łączącej Rd.
Ryż. 1. Urządzenia uziemiające: a — linie prądowe równolegle połączonych elektrod uziemiających, b — obwód uziemiający niezależnej stacji transformatorowej, c — ta sama rozdzielnia zabudowana — 1 — elektrody uziemiające, 2 — wewnętrzna pętla uziemiająca
Odległość między elektrodami powinna wynosić co najmniej ich długość, aby uniknąć zjawiska ich wzajemnego ekranowania (rys. 1a), co prowadzi do wzrostu rezystancji uziemionego układu elektrod. Kontur jest wykonany w formie prostokąta, który obejmuje instalację elektryczną (na przykład podstację wolnostojącą lub podstację). Jeżeli instalacja elektryczna jest wbudowana w budynek, to obwód uziemiający jest wykonywany zdalnie i jest połączony z obwodem wewnętrznym (wewnątrz budynku) co najmniej dwoma pasami (ryc. 1. b, c).
W instalacjach z izolowanym przewodem neutralnym i niskimi prądami uziemiającymi za wystarczające uważa się przekrój przewodów uziemiających: miedź 25, aluminium 35, stal 120 mm2... Minimalny przekrój przewodów odgromowych z drutu okrągłego lub taśmowego musi wynosić co najmniej 100 m2 w instalacjach do 1000 V i 120 mm2 w instalacjach powyżej 1000 V.
Dla instalacji elektrycznych o napięciu powyżej 1000 V o małych prądach uziemiających rezystancja uziemiacza musi spełniać warunek
gdzie Uz przyjmuje się jako 250 V, jeżeli uziemiacz jest stosowany tylko w instalacjach o napięciu powyżej 1000 V, a Uh = 125 V, gdy uziemiacz jest stosowany jednocześnie w instalacjach o napięciu do 1000 V,
Azs — znamionowy prąd ziemnozwarciowy, A.
W obliczeniach urządzeń uziemiających stosuje się następujące uproszczone wzory, które określają rezystancję sztucznych elektrod uziemiających:
— dla elektrody prętowej wklęsłej o średnicy 10-12 mm i długości około 5 m
— dla kątowej elektrody stalowej 50x50x5 mm i długości 2,5-2,7 m
— dla elektrody wykonanej z rury o średnicy 50-60 mm i długości 2,5 m
W instalacjach o napięciu do 1000 V właściwy dobór urządzeń uziemiających zapewnia również warunki do szybkiego i niezawodnego odłączenia odcinka sieci (instalacji elektrycznej) w przypadku zwarcia.