Определение расчетного тока замыкания на землю

Током замыкания на землю называется ток, проходящий через место замыкания на землю, то есть место случайного электрического соединения токоведущей части непосредственно с землей или нетоковедущими проводящими конструкциями или предметами, не изолированными от земли.

В электросетях напряжением выше 1000 В с изолированной нейтралью обмоток источника тока, то есть с малым током замыкания на землю (сети до 35 кВ включительно) расчетный ток зависит от наличия в нейтрали аппаратов, компенсирующих емкостный ток сети.

Для сети с изолированной нейтралью без компенсирующих устройств это будет емкостный ток однофазного замыкания на землю, приближенно он может быть определен по формуле

(1)

где U – линейное напряжение сети, кВ;

l кл и l вл – длины электрически связанных кабельных и воздушных линий, км.

В установках с компенсацией емкостных токов в качестве расчетного тока принимают:

1) для заземляющих устройств, к которым присоединены компенсирующие аппараты, ток, равный 1,25 номинального тока этих аппаратов I_ном;

2) для установок с малыми токами замыкания на землю, то есть с изолированной нейтралью, допускается принимать ток срабатывания релейной защиты от однофазных замыканий на землю. В этом случае ток замыкания на землю должен быть не менее 1,5 кратного тока срабатывания релейной защиты или трехкратного номинального тока предохранителя.

Определение требуемого правилами сопротивления

Заземляющего устройства

Наибольшие допустимые значения Rз.у., установленные ПУЭ, составляют:

а) для установок до 1000 В:

- 10 Ом при суммарной мощности генераторов или трансформаторов, питающих данную сеть, не более 100 кВА;

- 4 Ом - во всех остальных случаях;

б) для установок выше 1000 В:

- 0,5 Ом при эффективно заземленной нейтрали (т.е. при больших токах замыкания на землю);

- 250/ I_з 10 Ом при изолированной нейтрали (т.е. при малых токах замыкания на землю) и условии, что заземлитель используется только для установок напряжением выше 1000 В;

- 125/ I_з 10 Ом при изолированной нейтрали и условии, этот заземлитель используется одновременно для установок напряжением до 1000 В.

В этих выражениях I_з – расчетный ток замыкания на землю, А.

При расчете заземлителя в однородной земле способом коэффициентов использования, имея данные наибольших допустимых их значений, находят допустимое сопротивление заземлителя из выражения

(2)

а также из выражения ,

где φ₃ – потенциал заземлителя, В;

α₁ – коэффициент напряжения прикосновения;

α₂ – коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий падение напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек.

Заменив в первых двух уравнениях φ₃ его значением, получаем искомое сопротивление заземлителя, Ом:

По напряжению прикосновения по напряжению шага

Меньшее значение R₃ и будет расчетным сопротивлением заземлителя.

Коэффициент напряжения прикосновения α₁ находится по таблице приложения или расчетным путем, например, для одиночного стержневого вертикального заземлителя:

, (3)

где l - длина заземлителя, м;

d – диаметр стержневого электрода, м.

Коэффициент напряжения прикосновения выбирается с учетом падения напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек,

(4)

где R_осн – сопротивление растеканию ног человека, его можно определить следующим образом: если площадь подошвы одной ноги принять равной 0,0225 м², то диаметр эквивалентного ей диска будет 0,17 м, а сопротивление растеканию тока составит:

.

Полагая, что ступни ног отстоят одна от другой на расстоянии шага, получим искомое сопротивление растеканию основания:

. (5)

по напряжению шага

(6)

где β₁ - коэффициент шага.

Для одиночного стержневого вертикального заземлителя

, (7)

где а– шаг человека, м;

r– радиус стержневого электрода, м;

l- длина электрода, м;

β₂- коэффициент напряжения шага, учитывающий падение напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек:

;

. (8)

При выборе коэффициентов α₂ и β₂ определяют, считая, что ρ – расчетное удельное сопротивление основания, на котором стоит человек (пола, гравийной засыпки или грунта), Ом^.м; R_h - сопротивление тела человека, принимаемое равным 1000 Ом.

При расчетах сложного заземлителя в двухслойной земле (способ наведенных потенциалов) коэффициент α₁находят из выражения

,(9)

или по упрощенной формуле:

, (10)

где М – параметр, зависящий от отношения удельных сопротивлений верхнего (ρ₁) и нижнего (ρ₂) слоев земли;

Таблица 1.1

	0,5	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0	10,0
М	0,36	0,5	0,62	0,69	0,72	0,75	0,77	0,79	0,8	0,82

L_В – длина вертикального электрода;

L_Г – суммарная длина горизонтальных электродов, м;

S – площадь, занимаемая заземлителем, м².

Коэффициент α₂ вычисляют по формуле

, (11)

где ρ₁ – расчетное удельное сопротивление внешнего слоя земли Ом^.м.