Цель расчета защитного заземления.

Расчет защитного заземления

Расчет заземления производится для того чтобы определить сопротивление сооружаемого контура заземления при эксплуатации, его размеры и форму. Как известно, контур заземления состоит из вертикальных заземлителей, горизонтальных заземлителей и заземляющего проводника.

Вертикальные заземлители вбиваются в почву на определенную глубину. Горизонтальные заземлители соединяют между собой вертикальные заземлители. Заземляющий проводник соединяет контур заземления непосредственно с электрощитом.

Размеры и количество этих заземлителей, расстояние между ними, удельное сопротивление грунта – все эти параметры напрямую влияют на сопротивление заземления.

Заземление служит для снижения напряжения прикосновения до безопасной величины. Благодаря заземлению опасный потенциал уходит в землю, тем самым защищая человека от поражения электрическим током.

Величина тока стекания в землю зависит от сопротивления заземляющего контура. Чем сопротивление будет меньше, тем величина опасного потенциала на корпусе поврежденной электроустановки будет меньше.

Заземляющие устройства должны удовлетворять возложенным на них определенным требованиям, а именно величины сопротивление растекания токов и распределения опасного потенциала.

Поэтому основной расчет защитного заземления сводится к определению сопротивления растекания тока заземлителя. Это сопротивление зависит от размеров и количества заземляющих проводников, расстояния между ними, глубины их заложения и проводимости грунта.

Исходные данные для расчета заземления

1. Основные условия, которых необходимо придерживаться при сооружении заземляющих устройств это размеры заземлителей.

1.1. В зависимости от используемого материала (уголок, полоса, круглая сталь) минимальные размеры заземлителей должны быть не меньше:

а) полоса 12х4 – 48 мм²;

б) уголок 4х4;

в) круглая сталь – 10 мм²;

г) стальная труба (толщина стенки) – 3.5 мм.

Минимальные размеры арматуры применяемые для монтажа заземляющих устройств

1.2. Длина заземляющего стержня должна быть не меньше 1.5 – 2 м.

1.3. Расстояния между заземляющими стержнями берется из соотношения их длины, то есть: a = 1хL; a = 2хL; a = 3хL.

В зависимости от позволяющей площади и удобства монтажа заземляющие стрежни можно размещать в ряд, либо в виде какой ни будь фигуры (треугольник, квадрат и т.п.).

Цель расчета защитного заземления.

Основной целью расчета заземления является определить число заземляющих стержней и длину полосы, которая их соединяет.

Начальные условия.

Расстояние от подстанции РУ 0,4кВ до наиболее удаленного участка Lmax=*****м (по исходным данным).

Система заземления с глухозаземленной нейтралью.

(ПУЭ 1.7.5. Глухозаземленная нейтраль - нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная непосредственно к заземляющему устройству. Глухозаземленным может быть также вывод источника однофазного переменного тока или полюс источника постоянного тока в двухпроводных сетях, а также средняя точка в трехпроводных сетях постоянного тока.)

Заземлитель трубчатый d_з =5,8 см, L = 3000 мм, соединенные стальным прутом d=1 см, трубы заглублены на t_о=70 см.

По ПУЭ общее сопротивление заземляющей сети должно быть не более *****Ом (обоснование в ПУЭ 1.7.101. Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генератора или трансформатора или выводы источника однофазного тока, в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока)

Грунт глинистый, имеет удельное сопротивление ρ= ****** Ом*м (см. таблица 1)

Сопротивление заземляющего контура будет рассчитываться из условия, что R_{З общ}не более ***Ом (см.выше по ПУЭ) по формуле:

где R_З.общ- общее сопротивление заземляющей сети, Ом,

R_зк- общее сопротивление заземляющего контура, Ом,

R_мк- сопротивление магистрального кабеля, Ом,

R_К - сопротивление кабеля приемников (двигателей), Ом.

Общее сопротивление заземляющего контура R_ЗК Ом, определяется по формуле:

где R₀ – сопротивление растекания тока одного вертикального заземлителя (стержня), Ом; R_г – сопротивление растекания, соединительного стального прута, Ом; – коэффициент использования для соединительного стального прута ( =0,6); n - число трубчатых заземлителей; - коэффициент использования трубчатого заземлителя ( =0,6).

Сопротивление растекания тока одного вертикального заземлителя (стержня):

где – ρ_экв - эквивалентное удельное сопротивление грунта, Ом·м; L – длина стержня, м; d – его диаметр, м; Т – расстояние от поверхности земли до середины стержня, м.

Расстояние от поверхности земли до середины стержня можно найти по формуле:

Так как удельное сопротивление грунта зависит от его влажности, для стабильности сопротивления заземлителя и уменьшения на него влияния климатических условий, заземлитель размещают на глубине не менее 0.7 м.

Удельное сопротивление грунта Таблица 1
Грунт	Удельное сопротивление грунта, Ом·м
Торф
Почва (чернозем и др.)
Глина
Супесь
Песок при грунтовых водах до 5 м
Песок при грунтовых водах глубже 5 м

Значение сезонного климатического коэффициента сопротивления грунта Таблица 2
Тип заземляющих электродов	Климатическая зона
I	II	III	IV
Стержневой (вертикальный)	1.8 ÷ 2	1.5 ÷ 1.8	1.4 ÷ 1.6	1.2 ÷ 1.4
Полосовой (горизонтальный)	4.5 ÷ 7	3.5 ÷ 4.5	2 ÷ 2.5	1.5
	Климатические признаки зон
Средняя многолетняя низшая температура (январь)	от -20+15 по С	от -14+10 по С	от -10 до 0 по С	от 0 до +5 по С
Средняя многолетняя высшая температура (июль)	от +16 до +18 по С	от +18 до +22 по С	от +22 до +24 по С	от +24 до +26 по С

Количество стержней заземления без учета сопротивления горизонтального заземления находится по формуле:

где – Ψ - сезонный климатический коэффициент (таблица 2); R_н - нормируемое сопротивление растеканию тока заземляющего устройства, определяется исходя из правил ПТЭЭП (Таблица 3).

Наибольшее допустимое значение сопротивления заземляющих устройств (ПТЭЭП) Таблица 3
Характеристика электроустановки	Удельное сопротивление грунта ρ, Ом·м	Сопротивление Заземляющего устройства, Ом
Искусственный заземлитель к которому присоединяется нейтрали генераторов и трансформаторов, а также повторные заземлители нулевого провода (в том числе во вводах помещения) в сетях с заземленной нейтралью на напряжение, В:
660/380	до 100
свыше 100	0.5·ρ
380/220	до 100
свыше 100	0.3·ρ
220/127	до 100
свыше 100	0.6·ρ

Как видно из таблицы нормируемое сопротивления для нашего случая должно быть не больше ****** Ом. Поэтому Rн принимается равным Rн = ******* Ом.

Реальное сопротивление растеканию, соединительного стального прута R_Г, Ом находится по формуле:

где ρ – удельное сопротивление грунта, Ом*см (1 Ом * м =100 Ом * см)

l_пр- длина соединительного стального прута, см (это периметр контура в виде квадрата, т.е.4*Lmax)

d – диаметр соединительного прута, см

t₀– заглубление трубчатого заземлителя, см

Определим сопротивление вертикального заземлителя с учетом сопротивления растеканию тока горизонтальных заземлителей:

Реальное полное количество вертикальных заземлителей определяется по формуле:

η_в – коэффициент спроса вертикальных заземлителей (таблица 4).

Коэффициент использования показывает как влияют друг на друга токи растекания с одиночных заземлителей при различном расположении последних. При соединении параллельно, токи растекания одиночных заземлителей оказывают взаимное влияние друг на друга, поэтому чем ближе расположены друг к другу заземляющие стержни тем общее сопротивление заземляющего контура больше.

Полученное при расчете число заземлителей округляется до ближайшего большего.

R_MK – сопротивление заземляющей жилы магистрального кабеля находится по формуле:

где γ – удельная проводимость заземляющей жилы кабеля ( для аллюминия γ=37, для меди γ=53) , ;

L – длина магистрального провода до наиболее удаленного объекта, м;

S – сечение заземляющей жилы кабеля ( самое большое), мм².

R_К - сопротивление кабеля приемников (двигателей),Ом находится по формуле:

где L_K- длина кабеля до наиболее удаленного объекта, м; γ – удельная проводимость, м/(Ом*мм²); S – сечение заземляющей жилы, мм²