Расчет защитного заземления

Исходные данные для расчета:

· суммарная мощность трансформаторов или генератора, питающих сеть, к которой подключена электроустановка, и режим работы нейтрали;

· план электроустановки с указанием основных размеров и размещения оборудования;

· формы и размеры электродов, из которых предусмотрено соорудить групповой заземлитель, а также предполагаемая глубина погружения их в землю;

· данные измерений удельного сопротивления грунта на участке, где должен быть сооружен заземлитель, сведения о погодных условиях, при которых проводились эти измерения, и характеристика климатической зоны;

· данные о естественных заземлителях: какие сооружения могут быть использованы для этой цели; схема; размеры; конструкция элементов, которые будут использованы в качестве заземлителей.

Сопротивление растеканию тока естественных заземлителей R_е определяют расчетом по формулам, полученным для искусственных заземлителей аналогичной формы, или непосредственным измерением, а если естественные заземлители находятся на глубине промерзания, то результат измерения или вычисления умножают на коэффициент безопасности.

Требуемое значение сопротивления заземляющего устройства определяют исходя из нормированного значения.

Расчет требуемого значения сопротивления искусственного заземлителя выполняется в следующей последовательности.

1. Определяем сопротивление одиночного трубчатого заземлителя

(1.1)

или

(1.2)

где – расчетное значение удельного сопротивления однородного грунта, = , Ом см; – глубина забивки заземляющего устройства, см; – удельное сопротивление грунта (определяется по

табл. 1.1); – коэффициент безопасности, зависящий от климатической зоны (табл. 1.2); и d – соответственно длина и диаметр заземлителя, см.

Таблица 1.1Удельное сопротивление однородного грунта

Вид грунта	Удельное сопротивление грунта для предварительных расчетов, Ом см
Глина	0,5 104
Чернозем	2 104
Суглинок	1 104
Песок	5,0 104

Тип заземлителя	Значение по климатическим зонам
I	II	III	IV
Стержневые электроды длиной 1,8–5,0 м при глубине залегания 0,5–0,8 м	2,0…1,4	1,8…1,3	1,4…1,2	1,0…0,8

Таблица 1.2Значения повышающего коэффициента по климатическим зонам для нормальной влажности грунта

2. Определяем число заземлителей, шт.

(1.3)

где R_доп – допустимое сопротивление заземляющего устройства, Ом.

3. Уточняем число заземлителей, шт., с учетом коэффициента использования заземления n_з,

(1.4)

где h _и – коэффициент использования заземлителя, определяется по табл. 1.3.

Таблица 1.3Коэффициент использования h _и для вертикальных заземлителей

Для заземлителей, расположенных в ряд	Для заземлителей, расположенных по контуру
Отношение расстояния к длине заземлителя a/	Число труб, n	h и	Отношение расстояния к длине заземлителя a/	Число труб, n	h и
		0,910			0,780
	0,860		0,730
	0,810		0,680
	0,740		0,630
	0,690		0,58
	0,670		0,580

4. Определяем общее сопротивление вертикальных заземлителей , Ом,

. (1.5)

5. Определяем длину полосы L, см, соединяющей трубы:

• для заземлителей, расположенных в ряд

; (1.6)

• для заземлителей, расположенных по контуру

. (1.6а)

6. Определяем сопротивление полосы R_п, Ом, уложенной на глубину h_п

, (1.7)

или

, (1.8)

где В – ширина полосы, см, принимаем равной диаметру заземляющих труб, т.е. В = d.

7. Определяем сопротивление полосы R_п, Ом, с учетом экранирования

(1.9)

где h _п – коэффициент использования полосы, определяем по табл. 1.4.

Таблица 1.4 Коэффициент использования заземлителя для полосы

Отношение расстояния между заземлителями к их длине a/	Для заземлителей, расположенных в ряд	Для заземлителей, расположенных по контуру
Число труб n, шт.	Коэффициент использования h п	Число труб n, шт.	Коэффициент использования h п
		0,890		0,550
	0,860		0,480
	0,790		0,430
	0,750		0,400
	0,569		0,320
	0,460		0,300
	0,360		0,280
	0,270		0,270

8. Определяем сопротивление растеканию сложного заземления, Ом,

(1.10)

Примеры решения задач

Задача 1.1. Определить сопротивление растеканию сложного заземления, состоящего из вертикальных стержневых заземлителей и горизонтальной полосы, соединяющей их в контур. Их размеры и размещение в земле показаны на рис. 1.1, R_доп = 4 Ом.

Рис. 1.1. Размещение сложного заземлителя в земле

Решение. По условиям задачи определяем:

• сопротивление трубчатого заземлителя

Ом;

• число заземлителей, шт.,

;

– число заземлителей с учетом коэффициента использования заземлителя n_з, шт.,

– общее сопротивление вертикальных заземлителей

Ом;

– длину полосы

см;

– сопротивление полосы R_п, уложенной на глубину h_п,

Ом;

– сопротивление полосы R'_п с учетом экранирования, Ом,

Ом;

– сопротивление растеканию сложного заземлителя

Ом.

Полученная величина сопротивления растеканию контура заземления ниже нормативного значения (R_доп = 4 Ом).

Задача 1.2.Рассчитать повторное заземление у конца воздушной линии напряжением 380/220 В с глухозаземленной нейтралью. Мощность питающего трансформатора – 100 кВА, грунт – чернозем; климатическая зона – III.

Решение. В соответствии с ПУЭ [11] сопротивление повторного заземления при мощности питающего трансформатора 100 кВА не должно превышать 10 Ом. Удельное сопротивление чернозема принимаем равным 2 10² Ом м. Повышающий коэффициент y для III климатической зоны и вертикальных заземлителей составляет 1,4; для горизонтальных – 2 (см. табл. 1.2).

В качестве вертикальных заземлителей принимаем уголок 60 х 60 х 6 мм длиной 2,5 м. Сопротивление одиночного заземлителя растеканию зарядов с учетом преобразования формулы (1.2) определяем как

Ом.

Количество заземлителей вычисляем по выражениям (1.3), (1.4): n = 84/10 = 8,4 шт.; с учетом коэффициента использования h _о = 0,68 (табл. 1.3), n =12,35 » 13 шт.

Намечаем размещение вертикальных заземлителей по периметру замкнутого контура на расстоянии друг от друга порядка 5 м (а = 5 м, а/ =2), расчетное сопротивление вертикальных заземлителей R_{о.у.расч.} = 84/13 = 6,46 Ом.

Далее по формуле (1.6а) определяем длину соединяющей полосы L = 1,05 5 13 = 68,25 м, с учетом ответвления от контура до опоры принимаем L = 70 м. В качестве соединяющей все вертикальные заземлители полосы используем круглую сталь диаметром 8 мм. Глубину заложения горизонтальных соединений принимаем h_п = 0,5 м.

Сопротивление полосы R_П = 0,366/70 2? 10² lg2 70²/0,008 0,5 = 6,4 Ом [см. формулу (1.8)].

Коэффициент использования горизонтального заземлителя h _п = 0,344 (табл. 1.4).

Следовательно, действительное сопротивление растеканию зарядов горизонтальных заземлителей определяется по формуле (1.9)

Ом.

Сопротивление всего заземляющего контура определяем по формуле (1.10)

Ом.

Полученная величина R_СТ меньше нормативного значения (R_доп = 10 Ом).