Розрахунок заземлюючих пристроїв

Початковими даними для розрахунку є:

— напруга установки, що заземлюється

— режим нейтралі установки

— величина струму замикання на землю (для установок напругою вище 1000 В)

— питомий опір грунту

— план розташування устаткування, що заземлюється

— характеристика природних заземлителей (опір, кількість і розміри).

Розрахунок захисного заземлення має на меті визначити основні параметри заземлення — кількість, розміри і порядок розміщення одиночних заземлителей і заземлюючих провідників, при яких напруга дотику і кроку в період замикання фази на заземлений корпус не перевищує допустимих значень.

Існують два методи розрахунку заземлюючих пристроїв:

— метод коефіцієнтів використання електродів (враховує однорідну структуру грунту і вживається для розрахунку простих заземлителей)

— метод наведених потенціалів (враховує двошарову структуру грунту і вживається для розрахунку складних заземлителей).

Зазвичай розрахунок проводиться для випадків розміщення електродів в однорідній землі.

Розрахунок заземлення методом коефіцієнтів використання електродів.

1. Визначають допустимий опір заземлюючого пристрою R_д. Для цього можна скористатися рекомендаціями, наведеними в таблиці 1.

2. Питомий опір грунту, в якому розміщуються електроди заземлення ρ_вим, визначають за даними табл. 2 або шляхом вимірювань.

3. Визначають розрахунковий питомий опір грунту ρ з урахуванням кліматичного коефіцієнта:

,

де ψ -кліматичний коефіцієнт питомого опору грунту (табл. 2); (ψ₁ — при великій вологості грунту; ψ₂ — при середній вологості; ψ₃- при сухому грунті.)

4. Визначають опір струму розтікання природних заземлителей R_п (шляхом вимірювань або розрахунку).

Оскільки для природних заземлителей найчастіше використовують трубопроводи або оболонки кабелів, то їх опір можна визначити як опір круглого заземлителя в грунті (див. табл. 3).

Якщо еквівалентний опір всіх природних заземлителей, більше допустимого опору заземлюючого пристрою, паралельно природним заземлителям підключають штучні.

Таблиця 2. – Питомі опори грунтів

Грунт, вода	Питомий опір, Ом • м	Кліматичний коефіцієнт
при вологості 10-12 % до маси грунту	межі коливань	рекомен-дуєме для розрахун-ків	Ψ1	Ψ2	Ψ3
Глина		8—70		1,6	1,3	1,2
Гравій, щебінь	—	—		—	—	—
Кам'янистий грунт	—	500-8000		—	—	—
Льос	—	—		—	—	—
Пісок		400—2500		2,4	1,56	1,2
Садова земля		30—60		—	1,3	1,2
Скелястий грунт	—	104— 107	—	—	—	—
Суглинок		40—150			1,5	1,4
Супісок		150—400			1,5	1,4
Торф		—		1,4	1,1
Чорнозем		9-53		—	1,32	1,2

Примітка. Під питомим електричним опором грунту розуміється опір куба грунту між паралельними гранями з ребром завдовжки 1м.

5. Обчислюють необхідний опір штучних заземлителей R_ш за наявності природних заземлителей

Якщо природні заземлители не використовуються, то необхідний опір штучних заземлителей не повинен перевищувати допустимого опору заземляючого пристрою, тобто .

6. Визначають заздалегідь конфігурацію заземлителя (у ряд, прямокутник і т. д.) з урахуванням можливості розміщення його на відведеній території.

7. Вибирають тип і розміри заземлителей (вертикальних електродів і сполучної смуги або протяжних заземлителей).

8. Визначають опір струму розтікання з одного вертикального заземлителя R_з1 (див. табл. 3).

9. Визначають кількість паралельно сполучених вертикальних заземлителей n':

n' = R_з1 / R_ш η_з ,

де η_з — коефіцієнт використання заземлителей, що враховує взаємне екранування.

Коефіцієнт використання заземлителей вибирають залежно від кількості заземлителей і відношення відстані між ними до їх довжини по рис.3:

для вертикальних стрижньових або кутових, розташованих в один ряд, – по (мал. 3, а), по контуру - (мал. 3, б).

Для паралельних смугових - (мал. 3, д—ж) - залежно від довжини смуг, їх кількості і відстані між смугами (t — 30...80 см; b= 2...4 см).

Для променевих - (мал. 3, з)залежно від довжини і кількості променів (t =30...80 см; b = 2, см).

Кількість вертикальних заземлителей для визначення η можна прийняти як R_з1 / R_ш.

Таблиця 3 - Формула визначення R_з1

Тип заземлителя	Схема	Формула визначення Rзl Ом
Стрижньовий або трубчастий: у поверхні грунту
у грунті
Кутовий: у поверхні грунту
Продовження табл. 3
у грунті
Протяжний круглого перетину (стрижень, труба, оболонка кабелю) на поверхні грунту
Протяжний круглого перетину в грунті
Протяжний смуговий на поверхні грунту
у грунті

Примітка: розмірність всіх лінійних величин, використовуваних у формулах даної таблиці – м.

10. Отриману кількість заземлителей округляють до цілого числа n у бік збільшення і знаходять фактичний коефіцієнт використання вертикальних заземлителів η_в

11. Визначають довжину горизонтального електроду (смуги або прутка), вживаного для зв'язку вертикальних електродів:

— при розташуванні заземлителей по контуру l = 1,05 * а * n;

— при розташуванні заземлителів в ряд l =1,05 * а * (n — 1),

де а — відстань між вертикальними електродами, м, (мал. 3, а – г); (звичайно відношення відстані між вертикальними електродами до їх довжини приймають рівним а / l = 1; 2; 3);

n — кількість вертикальних електродів (див. п. 10).

12. Визначають опір струму розтікання горизонтального електроду R_г по відповідній формулі (див. табл. 3).

13. Еквівалентний опір струму розтікання штучних заземлителей

R′_ш = R_з1 R_г / (R_з1 η_г + R_г n η_в),

де η_г — коефіцієнт використання горизонтального електроду з

урахуванням вертикальних електродів (мал. 3, в при розташуванні вертикальних електродів в ряд і мал. 3, г при розташуванні їх по контуру).

Отриманий опір штучних електродів не повинен перевищувати потрібного, тобто R′_ш < R_{ш .}

Опір заземлителів у вигляді горизонтальної сітки з вертикальними електродами (див. мал. 4) можна обчислити по виразу, наведеному в пункті 16**.

Якщо заземлитель є горизонтальною сіткою без вертикальних електродів, то його опір визначають за допомогою формули Оллендорфа — Лорана (п. 17**), а при деяких його конфігураціях – по формулі п. 18**.

14. Розраховують еквівалентний опір

15. Обчислюють загальний опір заземлення R_з, яке складається з суми опору заземлителей струму розтікання і опору заземляючих провідників R_пр

Опір заземлюючих провідників (R_пр) враховується при великій їх протяжності, коли опір цих провідників порівняно великий, а необхідний опір заземляючого пристрою малий, і при великих струмах замикання на землю. Опір заземляючих провідників визначають по формулах табл. 3.

Загальний опір заземлення не повинен перевищувати допустимий опір, тобто

16. **Опір розтіканню, Ом, складного заземлителя у вигляді горизонтальної квадратної сітки з квадратними осередками однакового розміру і рівномірним розміщенням вертикальних електродів по контуру (периметру) заземлителя (рис.4, а) можна визначити по наступній формулі:

,

де А — коефіцієнт, значення якого рівне:

при

при

t_в— глибиназанурення в землю верхнього кінця вертикального електроду, м;

S — площа, займана заземлителем, м²;

L_г — сумарна довжина горизонтальних електродів, м;

l_в — довжина вертикального електроду, м.

t_ВІДН - відносна глибина занурення в землю вертикальних електродів,м.

Малюнок 3. Графіки коефіцієнтів використання заземлителів.

Малюнок 4. Складні заземлители в однорідній землі:

а — у вигляді горизонтальної квадратної сітки з квадратними осередками однакового розміру і рівномірним розміщенням вертикальних електродів по контуру (периметру) заземлителя.

б — у вигляді горизонтальної сітки з осередками різної форми і розмірів.

До такого вигляду може бути приведений будь-якій складний заземлитель у вигляді горизонтальної сітки з різним розташуванням горизонтальних і приблизно рівномірним розміщенням вертикальних електродів (наприклад заземлитель, показаний на рис.4, б).

17. **Опір заземлителя в однорідній землі, виконаного у вигляді сітки з горизонтальних електродів (без вертикальних), визначається також по формулі:

Ця формула відома як формула Оллендорфа — Лорана.

18. **Опір контурного заземлителя в однорідній землі, виконаного у вигляді горизонтальної прямокутної гратки з прутків круглого перетину діаметром d, м, розміщеною в землі на глибині t, м, можна визначити по формулі, Ом:

,

де L_г — сумарна довжина всіх провідників, створюючих

гратку, м;

m — коефіцієнт, залежний від конфігурації гратки, співвідношення її сторін і кількості осередків. Значення m для деяких типів прямокутних граток наведені в табл.4.

Таблиця 4. Значення коефіцієнта m.

Конструкція гратки	Відносини сторін гратки
1,0	1,5	2,0	3,0	4,0
	1,71	1,76	1,86	2,10	2,34
	3,67	3,41	3,31	3,29	3,35
	4,95	5,16	5,44	6,00	6,52
	4,33	4,43	4,73	5,04	5,61

	8,55	8,94	9,40	10,3	11,11

Завдання.

Розрахувати захисне заземлення електроустановки. Дані для розрахунку приведені в таблиці 5. Вимірювання проводилися при сухому грунті.

Таблиця 5. - Варіанти завдань до розрахунку захисного заземлення

№ варіанту	U, В	Режим нейтралі	W кВа	lк, км	lп, км	Грунт	ψвим Ом*м	Rп, Ом	S, м^2
		ефект. заземл.	-	-	-	глина		-	63х40
	6000/400	ізол. н.				пісок			7х4
		ізол. н.	-			суглинок		-	20х40
		ізол. н.		-	-	супісок			-
		ізол. н.		-	-	глина			-
		ефект. заземл.	-	-	-	пісок		-	62х90
	6000/400	ізол. н.				суглинок			12х6

Продовження табл. 5
		ізол. н.	-			супісок		-	30х15
		ізол. н..		-	-	глина		-	-
		ізол. н.		-	-	пісок		-	120х100
		ефект. заземл	-	-	-	суглинок		-	50х80
	6000/400	ізол. н.				супісок			15х10
		ізол. н..	-			глина		-	25х50
		ізол. н.		-	-	пісок		-	-
		ізол. н.		-	-	суглинок			-
		ефект. заземл	-	-	-	супісок		-	60х60
	6000/400	ізол. н..				глина		-	12х6
		ізол. н.	-			пісок		-	21х63
		ізол. н.		-	-	суглинок		-	-
		ізол. н.		-	-	супісок			-
		ефект. заземл.	-	-	-	глина		-	-
	6000/400	изол. н.				пісок			15х10
		ізол. н.	-			суглинок		-	140х100
		ізол. н.		-	-	супісок		-
		ізол. н.		-	-	глина			-
		ефект. заземл.	-	-	-	пісок		-	60х70
	6000/400	ізол. н.				суглинок		-	7х4
		ізол. н.	-			супісок		-	30х20
		ізол. н..		-	-	глина		-	100х120
		ізол. н.		-	-	пісок		-	-

Дата добавления: 2014-11-20