Расчет заземляющих устройств

Для заземления электроустановок различных назначений и напряжений следует применять одно общее заземляющее устройство с наименьшим сопротивлением (см. рисунок 4.3).

В установках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединяют нейтрали трансформаторов и генераторов, должно быть не более 4 Ом. Для трансформаторов и генераторов мощностью 100 кВ-А и менее заземляющие устройства могут иметь сопротивление до 10 Ом. Такие же пределы значений сопротивления установлены для заземляющих устройств, предназначенных для заземления электрооборудования в установках напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью.

Напряжение, под которым может оказаться человек, аналитически определить невозможно, оно зависит от множества факторов (в частности, от соотношения заземления у приемников и источников электроэнергии).

Если численные значения сопротивлений обоих заземлений невелики, то на значение напряжения, под которым может оказаться человек, влияет соотношение параметров сети и ряд других факторов. Поэтому для сетей напряжением до 1000 В не нужно определять точное значение сопротивления заземлителей.

Если заземляющее устройство одновременно используется в электроустановках напряжением выше 1000 В с малыми токами замыканиями на землю (500 А и менее), то сопротивление заземляющего устройства

R < 125/1,

где R — наибольшее, с учетом сезонных колебаний, сопротивление заземление, Ом;

I — расчетный ток замыкания на землю, А.

Если же заземляющее устройство одновременно используется в электроустановках напряжением выше 1000 В с большими токами замыкания на землю (более 500 А), то сопротивление заземляющего устройства в любое время года не должно превышать 0,5 Ом. При этом необходимо так размещать элементы искусственного заземлителя (трубы, прутковая сталь, стальные полосы и др.), чтобы обеспечить по возможности равномерное распределение электрического потенциала на площади занятой электрооборудованием (контуры вокруг зданий, выравнивание потенциалов у входов, въездов и т.п.).

Для заземляющих устройств любого назначения необходимо использовать в первую очередь естественные заземлители и заземляющие проводники.

Если естественных заземлителей нет или их использование не дает требуемых результатов, то применяют искусственные заземлители в виде стержней из угловой и прутковой стали, стальных полос. Выбор угловой и стали зависит от характера грунта и способа забивки стержней. Длину стержней и глубину их заложения выбирают в зависимости от климатических условий.

Для всех групп грунтов, кроме вечномерзлых и скальных, рекомендуется применять для заземлителей прутковую сталь диаметром 12 мм.

В качестве искусственных заземляющих проводников применяют прутковую и полосовую сталь, размеры которой должны быть не менее указанных в таблице 4.2.

Голые заземляющие проводники, проложенные в земле, выполняют одновременно роль заземлителей.

Минимальные размеры стальных заземлителей

Таблица 4.2

Наименование	Размер заземлителя в зависимости от места прокладки
	внутри здания	вне здания открыто	в земле
Круглая сталь диаметром, мм
Полосовая сталь: сечение, мм^2толщина, мм
Угловая сталь (толщина полос), мм		2,5

Сопротивление заземляющих устройств растеканию зарядов зависит от удельного сопротивления грунта, так как основное сопротивление растеканию зарядов оказывает грунт.

Приближенные средние значения удельных сопротивлений грунта р, Ом•м, приведены ниже:

Грунт.................................................................. 1 • 10²

Песок.................................................................. 7-10²

Супесь................................................................ 3 10²

Чернозем............................................................ 2-10²

Суглинок, каменистая глина (верхний слой

толщиной 1...3 м — глина, глубже — гравий) 1 • 10²

Глина................................................................ 0,4-10²

Торф................................................................. 0,2-10²

Эти значения подлежат умножению на коэффициент К_м зависящий от климатических зон и вида заземлителя (таблица 5.3).

Таблица 4.3 Характеристика климатических зон и значения К„

Параметр	I	И	III	IV
Средняя многолетняя температура, °С: низшая (январь) высшая (июль)	-20...-15 + 16... + 18	-15...-10 + 18...+22	-10...0 +22...+24	0...+5 +24...+26
Среднее годовое количество осадков, см				30...50
Продолжительность периода замерзания грунтовых вод, дни	170...190			—
Параметр	I	II	III	IV
Коэффициент Км при заземлителях и глубине заложения: вертикальных 0,5... 0,8 м горизонтальных 0,8 м	1,8...2 4,5... 7	1,5...1,8 3,5...4,5	1,4...1,6 2...2,5	1,2...1,4 1.5...2

Если удельное сопротивление грунта в наиболее неблагоприятное время года превышает 2-10² Ом-м, то сооружение искусственных заземлителей требует проведения дополнительных мероприятий.

Рассчитывать сопротивление естественных заземлителей растеканию зарядов можно лишь весьма приближенно. Приведенные в таблица 4.4 и 4.5 значения следует пересчитывать пропорционально р и умножать на коэффициент К_ы (см. таблица 4.3).

Сопротивление (Ом) растеканию зарядов металлических трубопроводов, уложенных на глубине 2 м (удельное сопротивление грунта р = 1•10² Oм•м)

Таблица 4.4

Длина подземного участка трубы, м	При диаметре трубы, мм
	0,35	0,28	0,13
	0,25	0,2	0,17
	0,20	0,17	0,15

Сопротивление (Ом) растеканию зарядов оболочек кабелей, уложенных на глубине 0,7 м (удельное сопротивление грунта р = 1-10² Ом-м)

Таблица 4.5

Длина подземного участка кабеля, м	При сечении кабеля, мм^2
	16...35	50...95	120 и выше
		1,5	1,1
	1,8	1,4
	1,4	1Д	0,8
	1,2	0,9	0,7

Если в траншее находится несколько кабелей, то общее сопротивление их свинцовых оболочек растеканию зарядов Rк с учетом взаимного экранирующего влияния рассчитывается по формуле

R_к=R_о,к/√n

где Ro∙к — сопротивление растеканию зарядов свинцовой оболочки одного кабеля, Ом; п — число кабелей в траншее.

Общее сопротивление естественных заземлителей растеканию зарядов:

где Re — сопротивления стержневых заземлителей; R_n — сопротивление протяженного заземлителя, объединяющего стержневые заземлители в общий заземлитель, Ом. В том случае, когда естественные заземлители одинаковы,

R_e =R₀ /n,

где Ro — сопротивление одиночного заземлителя; п — число заземлителей.

Если сопротивление растеканию зарядов естественных заземлителей R_e > R, где R — максимально допустимое сопротивление заземляющего устройства, то сопротивление искусственных заземлителей

Так как проводимость искусственных заземлителей складывается из проводимости вертикально погруженных заземлителей URb и проводимости горизонтально проложенных заземлителей 1/R,, то

Сопротивление одиночного заземлителя Roc определяется по известной формуле для стержневого заземлителя

где / — длина стержня, м; d — внешний диаметр, м; t — глубина заложения стержня, равная расстоянию от поверхности земли до середины стержня, м.

Число заземлителей

n = R_o.c/(ηR₃)

где ц — коэффициент использования заземлителя.

Сопротивление растеканию зарядов одиночных заземлителей в виде труб Ron диаметром 50 мм и длиной 2,5 м, забиваемых на глубину 0,7 м, можно вычислить по упрощенной формуле

R_om≈0,3ρK_M

Эквивалентный диаметр заземлителей из угловой стали:

d = 0,95b,

где b — ширина полок уголка.

Если пользоваться упрощенной формулой, то сопротивление одиночного стержня длиной 2,5 м может быть принято равным:

для уголка 50x50x5 мм

R_oy =0,318 ρК_м

для уголка 60x60x6 мм

R_oy =0,298 ρК_м, для уголка 75x75x8 м

R_oy=Q,292ρK_M.

Определить сопротивление горизонтальных заземлителей растеканию зарядов можно по формулам

где R_m, R_rk — сопротивление соответственно полосового и круглого горизонтальных заземлителей, Ом; р — удельное сопротивление грунта, Ом • м; l — длина заземлителя, м; b — ширина полосового заземлителя, м; d — диаметр круглого заземлителя, щ t — глубина заложения заземлителей, м.

Определение общего сопротивления всего заземляющего контура требует учета взаимного экранирующего влияния одиночных вертикальных заземлителей и горизонтальных соединительных полос. Для этого служат коэффициенты использования η_в и η_г, приведенные в таблица 4.6.

Таблица 4.6

Коэффициенты использования вертикальных заземлителей т\_в и горизонтальных соединительных полос

Таблица 4.6

Число вертикальных заземлителей	Значения коэффициентов при отношении а/1 *
	ηв	ηг	ηв	ηг	ηв	ηг
При расположении полос по периметру замкнутого контура
6	0,62	0,4	0,73	0,48	0,8	0,64
	0,55	0,34	0,69	0,4	0,76	0,56
	0,43	0,24	0,6	0,3	0,68	0,41
	0,38	0,2	0,54	0,26	0,64	0,35
	0,35	0,19	0,52	0,24	0,62	0,33
При расположении полос вряд
	0,78	0,8	0,86	0,92	0,91	0,95
	0,7	0,74	0,81	0,86	0,87	0,9
	0,59	0,62	0,75	0,75	0,81	0,82
	0,54	0,5	0,7	0,64	0,78	0,74
	0,49	0,42	0,68	0,56	0,77	0,68
	0,43	0,31	0,65	0,46	0,75	0,58

* а — расстояние между вертикальными заземлителями; l — длина вертикального заземлителя.

Сопротивление растеканию зарядов вертикальных заземлителей R _в с учетом их экранирующего влияния:

где R_ob — сопротивление одиночного вертикального заземлителя, Ом; η_в — коэффициент использования вертикальных заземлителей.

Сопротивление растеканию зарядов горизонтальных полос, связывающих между собой вертикальные заземлители, с учетом экранирующего влияния полос:

где R_г.п — сопротивление растеканию зарядов горизонтальной полосы, Ом, без экранирующего влияния на нее; η_г — коэффициент использования горизонтальных соединительных полос.

Контрольные вопросы

1. Что подразумевается под защитным заземлением и как оно выполняется?

2. Что называется занулением, как оно выполняется?

3. В каких электроустановках применяют защитное отключение и как оно устроено?

4. Какое сопротивление заземляющего устройства должно быть в электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью?

5. Что нужно знать для расчета сопротивления естественных заземлителей растеканию зарядов?

Глава 5. МЕРЫ ЗАЩИТЫ, ПРЕДУСМАТРИВАЕМЫЕ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ И МОНТАЖЕ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Дата добавления: 2014-12-27