Расчет защитного заземления

Заземление - преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентном металлических частей электроустановок.

Защитное заземление - заземление нетоковедущих частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением вследствие каких-либо ава­рийных ситуаций. Используется для обеспечения электробезопасности. Рабочее заземление - заземление токоведущих частей электроустановок. Необходимо для обеспечения нормальной работы.

Заземляющее устройство (ЗУ) - совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Заземлитель - один или несколько соединенных между собой проводников, в соприкосновении с землей. Заземляющий проводник - проводник, соединяющий заземляемые части электроустановки с заземлителем.

Защитное заземление предназначено для устранения опасности поражения человека электрическим током в случае прикосновения к корпусу или другим электропроводящим (металлическим) нетоковедущим в нормальном режиме работы частям электроустановки, которые могут в результате аварии оказаться под опасным напряжением.

При аварийных ситуациях на корпусе электроустановки может оказаться полное напряжение сети U_{ф (}обычно 220 В), а ток, возникающий при касании человеком незаземленной электроустановки и проходящий через его тело, может превышать пороговый фибрилляционный ток (0, 1 А).

При наличии защитного заземления ток распределяется по двум ветвям – через заземлитель и через тело человека. В этом случае величина тока, проходящего через человека, определяется сопротивлениями защитного заземлителя R_з и человека R_ч (для расчетов R_ч принимается равным 1000 Ом). Для обеспечения безопасности необходимо, чтобы большая часть тока прошла через заземлитель, для чего необходимо обеспечить соотношение R_з<< R_ч.

Расчет заземляющих устройств

Для расчета ЗУ необходимо иметь: электрические характеристики установки, план размещения электрооборудования; допустимые значения напряжений прикосновения и шага; расчетный ток замыкания на землю.

Кроме того, необходимо знать:

- форму, размеры, материал и предполагаемое заглубление вертикальных стержней заземлителя;

- измеренное удельное сопротивление грунта ρ на участке размещения ЗУ;

- климатические условия региона по которым выбираются соответствующие коэффициенты К_мв и К_мг

Расчет ЗУ выполняется по характеристикам электроустановки (рабочему напряжению, мощности трансформатора и пр.) в следующем порядке:

1. Вначале выбирают допустимое сопротивление ЗУ R_Д, Ом.

2. Затем по формуле (1) рассчитывают сопротивление одиночного стержневого заземлителя:

R_ос=0, 366∙ρ∙К_мв/l_c (lg + lg4∙h_c+l_c/4∙h_c-l_c), Ом (1), где h_с=t_о+0, 5∙l_с, м (2)

Здесь К_мв - коэффициент климатических условий, определяется для стержней в зависимости от климатической зоны и влажности грунта; l_с и d_с соответственно длина и наружный диаметр стержня, м; h_с – глубина заложения стержня, м, равная расстоянию от поверхности земли до середины стержня, определяется по формуле (2). Для заземлителей из уголковой стали эквивалентный диаметр стержня принимают по формуле: d_с =0, 95∙b, м, (3) где b – ширина полок уголка, м.

3. Определяют ориентировочное количество стержней: n_х= R_ос/ R_{. (}4)

4. Находят требуемое количество вертикальных заземлителей n= R_ос/ (η_в∙ R_з), (5)

где η_в – коэффициент использования вертикальных заземлителей, выбирается из табл. 3 с учетом отношения a/l_с (расстояния а между стержнями к их длине l_с), предполагаемого размещения соединительных полос и ориентировочного количества стержней n_х. Полученное значение n округляется до ближайшего целого числа.

5. Суммарное сопротивление стержней: R_с= , Ом (6)

6. Сопротивление соединительной полосы: R_n= , Ом (7)

Здесь η_г коэффициент использования гор-ого заземлителя, выбирается из таблицы аналогично η_в;

l_n – длина полосы, м. определяется по формуле (8) при рядном расположении заземлителей или (9) при контурном: l_n=1. 05∙а∙n, м; (8) l_n=1. 05∙а∙ (n-1), м (9) b_n – ширина полосы, м; t_о –глубина заложения полосы, м.

7. Общее сопротивление контура заземления: R=R_с∙ R_n/ R_с+ R_n, Ом (10)

8. Сравнивают расчетные значения общего сопротивления R с допустимым значением R_Д. В случае, если R > R_Д увеличивают количество стержней n или их длину l_с, либо уменьшают расстояние а между ними и производят перерасчет, начиная с п. 4.