Расчет заземляющею устройства (искусственного заземлителя) методом коэффициента использования

Основные понятия

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя - проводников (электродов), соединённых между собой и находящихся в непосредственном соприкосновении с землёй, и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем.

Заземляющие устройства применяются:

• в системах защитного заземления, являющихся одной из основных мер обеспечения безопас­ности в электроустановках напряжением до и свыше 1000 В;
• для заземления нулевой точки трансформатора при устройстве защитного зануления в 3^х фаз­ных 4^х проводных электрических сетях с глухозаземленной нетралью напряжением до 1000 В;
• для повторного заземления нулевого провода;
• в системах молнезащиты зданий и сооружений.

Различают заземлителиискусственные - специально заглубленные в грунт металлические электроды, полосы, иестественные - находящиеся в земле металлические предметы ранее не пользуемые для иного назначения.

В качестве искусственных заземлителей применяютсявертикальные и горизонтальные электроды. В качестве вертикальных электродов используются стальные трубы с толщиной стенки не менее 3,5 мм и наружным диаметром 5-6 см, угловая сталь с толщиной полок не менее 4 мм, шириной полок 40-60 мм длиной 3-5 м. Применяется также прутковая сталь диаметром не менее 10 мм и длинной до 10 м.

Для связи вертикальных электродов и в качестве самостоятельного горизонтального электрода применяется полосовая сталь сечением не менее 4х12 мм и сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм.

Размещение электродов производится в соответствии с проектом. При этом заземлители не ­следует размещать вблизи горячих трубопроводов и других объектов, вызывающих высыхание почвы, а также в местах, где возможна пропитка грунта нефтью, маслами и т.п., поскольку в таких местах сопротивление грунта резко возрастает.

Для установки вертикальных заземлителей предварительно роют траншею глубиной 0,7-0.8 м, после чего производят забивку труб или уголков, с помощью механизмов - копров, гидропрессов (рис 3.1) Стальные стержни диаметром 10-12 мм длиной 5 м ввёртывают в землю с помощью специального приспособления - электродоэаглубителя, а более длинные заглубляют вибраторами Верхние концы погруженных в грунт вертикальных электродов соединяют стальной полосой с помощью сварки.

В таких же траншеях прокладываются и горизонтальные электроды.

Засыпка траншей должна производится землей, очищенной от щебня, строительного мусора с последующей тщательной трамбовкой, что снижает сопротивление току растекания в земле.

В качестве естественных заземлителей могут использоваться: оставшиеся в земле отрезки во­допроводных и других металлических труб, обсадные трубы артезианских колодцев, скважин, шурфов, металлические и железобетонные конструкции, свннцовые оболочки кабелей Недостат­ками естественных заземлителей являются доступность некоторых из них неэлектрическому персоналу и возможность нарушения непрерывности соединения протяженных заземлителей (на­пример, при ремонтных работах).

В зависимости от места размещения заземлителя относительно заземляемого оборудования различают два типа заземляющих устройств: выносное и контурное.

Выносное заземляющее устройство характеризуется тем, что система заземлителей выне­сена за пределы площадки, здания, где размешено заземляемое оборудование. Этот тип зазем­ляющего устройства применяется при малых токах замыкания на землю в установках до 1000 В.

Достоинством выносного заземляющего устройства является возможность выбора места раз­мещения электродов заземлителя, вне площадки, здания.

Выносная система искусственных заземлителей может быть выполнена в виде ряда н контура (рис 3.2)

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что электроды размешаются по периметру площадки, здания, где размещено заземляемое оборудование (рис. 3.3)

В предлагаемой методике расчета рассматриваются вертикальные искусственные заземлители. соединенные горизонтальной полосой.

3.2 Порядок расчёта искусственного заземлителя.

Установить состав грунта, в котором предполагается разместить заземлитель.

Определить приближённое значение удельного сопротивления грунта, Ом*м

Таблица 3.1

Приближённые значения удельных сопротивлений различных грунтов r

Грунт	Удельное сопротивление Ом*м
Возможные приделы колебаний	Рекомендуется для расчётов
Песок Супесок Суглинок Глина Чернозём	400-700 150-400 40-150 8-70 9-530

Определить уточнённое значение удельного сопротивления грунта для вертикальных электродов:

*м

где

k – коэффициент, учитывающий влажностное состояние грунта и тип электрода

k определить по таблице 3.2.

k_с- коэффициент, учитывающий сезонные свойства грунта при нормальной влажности земли и тип электрода.

k_с определить по таблице 3.3

Таблица 3.2

Значения коэффициента k

Тип применения электронов	Земля влажная (выпадает большое количество осадков)	Земля нормальной влажности	Земля сухая (количество осадков ниже нормы)
Вертикальный электрод l=3 м l=5 м	1,15 1,1	1,0 1,0	0,92 0,95
Горизонтальная полоса l=10 м l=50 м	1,7 1,6	1,0 1,0	0,75 0,8

Таблица 3.3

Значения коэффициентов К_c

Тип применяемых электродов	Климатические зоны Рф
Вертикальные электроды длиной 3 м, глубина заложения их вершины 0,7-0,8м   То же при длине электродов 5м   То же при применении горизонтальных полос длиной 10м   То же при длине полосы 50м	1,65     1,35     5,5   4,5	1,45     1,25     3,5   3,0	1,3     1,15     2,5   2,0

Определить предварительно конфигурацию заземляющего устройства – ряд, контур с учетом возможного его размещения на отведенной территории.

Определить сопротивление одиночного электрода:

где d - диаметр электрода (трубы, стержня), м;

Pрасч – уточненное значение удельного сопротивления грунта. Ом • м;

t - глубина заложения электрода, равная расстоянию от поверхности земли до середины электрода, м;

l - длина электрода, м.

Определить приближенное количество вертикальных электродов, считая, что сопротивление заземлителя достигается только ими:

где R_з - наибольшее допустимое сопротивление заземляющих устройств электроустановок. Ом;

Значение R_з в соответствии с Правилами эксплуатации электроустановок потребителей [8] при­ведены в таблице 3.4.

h - коэффициент использования заземлителей; h определять по таблице 3.5. Предварительно для расчета принять среднее значение h для выбранного отношения расстояния между вертикаль­ными электродами а к их длине l.

Таблица 3.4.

Наибольшие допустимые сопротивления заземляющих устройств электроустановок

Характеристика электроустановки и заземляющею объекта	Удельное сопротивление грунта,л, Ом-м	Сопротив­ление, Ом
Электроустановки на напряжение до 1000 В искусственный заземлнтельс отсоединенными естественными заземлителями, к которому присоеди­нены нейтрали генераторов и транс­форматоров, а также повторные заземлнтелн нулевого провола в сетях с заземленной нейтралью на напряже­ние, В
660/380	До 100 более 100	0,15*r
380/220	До 100 более 100	0,3*r
220/127	До 100 более 100	0,6*r

Таблица 3.5

Значения коэффициента использования h

Коэффициент использования верти­кальных электродов, размещенных в ряд без учета влияния полосы связи	Коэффициент использования вертикальных электродов, размещенных по контуру без учета влияния полосы связи
Отношение расстояния между верти­кальными электроламп к их длине н	Число электродов	h	Отношение расстояния между верти­кальными электроламп к их длине н	Число электродов	h

Продолжение таблицы 3.5

		0,84-0,87			0,66-0,72
	0,76-0,80		0,58-0,65
	0,67-0,72		0,52-0,58
	0,56-0,62		0,44-0,50
	0,51-0,56		0,38-0,44
	0,47-0,50		0,36-0,42
		0,90-0,92			0,76-0,80
	0,85-0,88		0,71-0,75
	0,79-0,83		0,66-0,71
	0,72-0,77		0,61-0,66
	0,66-0,73		0,55-0,61
	0,65-0,70		0,52-0,58
		0,93-0,95			0,84-0,86
	0,90-0,92		0,78-0,82
	0,85-0,88		0,74-0,78
	0,79-0,83		0,68-0,73
	0,76-0,80		0,64-0,69
	0,74-0,79		0,62-0,67

Определить уточненное значение удельного сопротивления грунта для соединительной полосы

где k' и k’_c - коэффициенты, определяемые для полосы аналогично k и k_c для вертикальных стержней (см. табл. 3.2 и 3.3)

Определить длину соединительной горизонтальной полосы, осуществляющей связь между вер­тикальными электродами, расположенными в ряд, контур:

^.,1

L=(n-1)*а - при расположении вертикальных стержней в ряд,

L=п*а - при расположении вертикальных стержней в контур.

где: a - расстояние между вертикальными электродами, м. Расстояние определить в зависимости от принятого отношения a 1

Рассчитать сопротивление соединительной полосы:

где: b - ширина полосы, м

t - глубина заложения полосы, м

Уточнить сопротивление полосы с учетом коэффициента использования, учитывающего взаим­ное влияние полос и вертикальных стержней:

где h’ - коэффициент использования полосы, h’ определить по таблицам 3.6,3.7.

Таблица 3.6.

Коэффициент использования h’ соединительной полосы в ряду из вертикальных электродов

Отношение расстояния между электродами к их длине a/l	Число вертикальных электродов
	0,77	0,74	0,67	0,62	0,42	0,31	0,21
	0,89	0,86	0,79	0,75	0,56	0,46	0,36
	0,92	0,90	0,85	0,82	0,68	0,58	0,49

Таблица 3.7

Коэффициент использования h’ соединительной полосы вконтуре

из вертикальных электродов

Отношение расстояния между электродами к их длине a/l	Число вертикальных электродов
	0,45	0,40	0,36	0,34	0,27	0,24	0,21
	0,55	0,48	0,43	0,40	0,32	0,30	0,28
	0,70	0,64	0,60	0,56	0,45	0,41	0,37

Определить сопротивление вертикальных стержней с учётом сопротивления полосы

Уточнить число стержней - электродов с учётом коэффициента использования h для верти­кальных электродов:

h определить по таблице 3.5 для предварительного количества вертикальных электродов.

Уточнить конфигурацию заземляющего устройства. Изменение сопротивления заземлителя в связи с увеличением или уменьшением длины соединительной полосы не учитывать.

Литература

1. СНиП 2.04.09-84. Пожарная автоматика зданий и сооружений - М.: Стройиздат. 1985 -24 с.

2. Иванов Е.Н. Расчёт и проектирование систем пожарной защиты – М.: Химия. 1977-376 с.

3. Методические указания к расчету освещения предприятий текстильной

промышленности ВНИИОТ Иваново, 1974 -39с.

4. Справочная книга для проектирования электрического освещения. Под Ред. Г М Кноррннга – Л.: Энергия, 1976. - 382 с.

5. Отраслевые нормы искусственного освещения предприятий текстильной отрасли промышленности –М.: НИИТЭИЛЕГПРОМ, 1985 - 90с.

6. СНиП 23-05-95 Естественное и искусственное освещение – М.: Информрекламиздат, 1995 -35с.

7. Найфельд М.Р. Заземление, защитные меры электробезопасности – М.: Энергия, 1971 -312с.

8. Правила эксплуатации электроустановок потребителей. - М.: Энергоатомиздат, 1992 -288с.

Содержание

стр.

1. Расчёт спринклерных установок автоматического пожаротушения…….……3

2. Расчёт искусственного освещения (светящие линии и полосы)……………..12

3. Расчёт заземляющего устройства (искусственного заземления) методом коэффициента использования…………………………………………………….37

Видзон Е.З., Соколов В.Б., Трегубов А.Н.

Расчёты средств защиты человека от опасных

И вредных факторов среды. Методические указания.

Уч.-изд. Л. 3,0. Тираж 50. Подписано в печать 10.11.98. Заказ 329