Расчет защитного заземления

Расчет защитного заземления

 

         Защитное заземление – преднамеренное  электрическое соединение с землей  или её эквивалентом металлических  нетокопроводящих частей электроустановок, которые могут оказаться под  напряжением.

         Защитное заземление применяется в сетях напряжением до 1000 В переменного тока – трехфазные трехпроводные с изолированной нейтралью; однофазные двухпроводные, изолированные от земли; двухпроводные сети постоянного тока с изолированной средней точкой обмоток источника тока; в сетях свыше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали.

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

          При выносном заземляющем устройстве заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки.

          При контурном заземляющем  устройстве электроды заземлителя размещают по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки.

         В открытых электроустановках  корпуса присоединяются непосредственно к заземлителю проводами. В зданиях прокладывается магистраль заземления, к которой присоединяют заземляющие провода. Магистраль заземления соединяют с заземлителем  не менее чем в двух местах.

         В качестве заземлителей в  первую очередь следует использовать  естественные заземлители в виде проложенных под землёй металлических коммуникаций (за исключением трубопроводов для горючих и взрывчатых веществ, труб теплотрасс), металлических конструкций зданий, соединенных с землей, свинцовых оболочек кабелей, обсадных труб артезианских колодцев, скважин, шурфов и т.д.

          В качестве  естественных заземлителей подстанций и распределительных устройств рекомендуется использовать заземлители опор отходящих воздушных линий электропередачи, соединенные с заземляющим устройством подстанции или распределительным устройством с помощью грозозащитных тросов линий.

          Если сопротивление естественных заземлителей требуемому сопротивлению растеканию тока удовлетворяет, то устройство искусственных заземлителей не требуется.

          Когда естественные  заземлители отсутствуют или использование их не дает  нужных результатов, применяют искусственные заземлители: стержни из угловой стали размером  50х50, 60х60, 75х75 с толщиной стенки не менее 4 мм, длиной 2,5-3 м; стальные трубы диаметром 50-60 мм, длиной 2,5-3 м с толщиной стенки не менее 3,5 мм, прутковая сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м и более.

          Заземлители  забивают в ряд  или по контуру на такую  глубину, при которой от верхнего  конца заземлителя до поверхности земли остаётся 0,5–0,8м. Расстояние между вертикальными заземлителями  должно быть не менее 2,5-3 м.

         Для соединения вертикальных заземлителей между собой применяют стальные полосы  толщиной не менее 4 мм и сечением не менее 48 мм² или стальной провод диаметром не менее 6 мм. Полосы (горизонтальные заземлители) соединяют с вертикальными заземлителями сваркой.

         Магистрали заземления внутри  зданий с электроустановками  напряжением до 1000 В, выполняют стальной полосой сечением не менее 100 мм² или сталью круглого сечения той же проводимости. Ответвления от магистрали к электроустановкам выполняют стальной полосой сечением не менее 24 мм² или круглой сталью диаметром  не менее 5 мм.

          Значения расчетных токов замыкания  на землю принимаются по данным  энергосистемы, либо путем расчетов.

Расчет заземления производится следующим образом.

1. В соответствии с ПУЭ устанавливается необходимое сопротивление заземления R_З.
2. Определяют путем замера, расчетом или на основе данных по работающим аналогичным заземлительным устройствам возможное сопротивление растеканию естественных заземлителей R_Е.
3. Если R_Е<R_З, то устройство искусственного заземления не требуется.

       Если R_Е>R_З, то необходимо устройство искусственного заземлителя.

Сопротивление (Ом) растекания  искусственного заземления

Далее расчет ведется  по R_И.   

                                                       

Рис.1. Расположение вертикального заземлителя в земле

                                                         

4. Определяют удельное сопротивление грунта из таблицы 55. При производстве расчетов эти значения должны умножаться на коэффициент сезонности, зависящий от климатических зон и вида заземлителя (таблица 56).

       Расчетное удельное сопротивление грунта для стержневых заземлителей (вертикальных заземлителей) ρ_расч.в = к_с ρ_табл ;

для протяженного заземлителя (горизонтальных полос) ρ_расч.г = к'_с ρ_табл.

5. Определяют сопротивление (Ом) растеканию одного вертикального заземлителя: для стержневого круглого сечения (трубчатый или уголковый) в земле

при этом l >>d, t₀ >> 0,5 м ;

для уголка с шириной  полки b d = 0,95b

       Сопротивления  растекания вертикального заземлителя  можно определить по упрощенным  формулам (Ом):

 

для уголка 50×50×5 мм R_в = 0,348 ρ_расч.в к_с ;

для уголка 60×60×6 мм R_в = 0,298 ρ_расч.в к_с ;

для уголка 75×75×8 мм R_в = 0,292 ρ_расч.в к_с ;

для трубы диаметром 60 мм;  m = 2 ÷ 2,5 мм; R_в = 0,302 ×ρ_расч.в ×к_с.

6. Установив характер расположения заземлителей (подряд или контуром), определяют число вертикальных заземлителей

,

где η_в – коэффициент использования вертикальных заземлителей, зависящий от количества заземлителей и расстояния между ними (табл. 57,58)

Количество вертикальных заземлителей для определения η_в можно принять равным R_в / R_и .

7. При устройстве простых заземлителей в виде короткого ряда вертикальных стержней расчет на этом можно закончить и не определять проводимость соединяющей полосы, поскольку длина её относительно невелика (в этом случае фактически величина сопротивления заземляющего устройства будет несколько завышена).

    При  устройстве заземлителей по контуру из ряда вертикальных заземлителей целесообразно учитывать и сопротивление растеканию полос (горизонтальный заземлитель). Для этого на площади установки заземления намечают, как будут размещены вертикальные заземлители n_в и определяют длину соединительной полосы (м) l_Г = 1,05n_ва , где а – расстояние между вертикальными заземлителями (обычно отношение расстоояния между вертикальными заземлителями к их длине принимают равным a/l = 1;2;3).

8. Определяют сопротивление растеканию горизонтального заземлителя. Для стержневого круглого сечения (Рис. 27) (Ом)

 

      

Рис. 2. Расположение горизонтального заземлителя в земле

 

Здесь l > d; l >> 4t'. Для полосы шириной b, d = 0,5b. Действительное сопротивление (Ом) растекания горизонтального заземлителя с учетом коэффициента использования

,

где η_Г – коэффициент использования горизонтального заземлителя определяется по таблице 59, 60.

 

9. Уточняется сопротивление (Ом) растеканию заземлителей с учетом сопротивления горизонтального заземлителя

10. Определяют уточненное количество вертикальных заземлителей. Здесь n'_в округляется в сторону увеличения

 

 

Пример  расчета защитного заземления. 

 

Определить необходимое  число уголков размером 50x50x5 мм длиной 2,5 м для устройства заземления трансформатора в четырехпроводной сети напряжением 380/220В. Заземлитель протяженный – стальная полоса 40x4 мм. Расстояние между уголками 2,5 м. Уголки забиты в ряд. Глубина заложения протяженного заземлителя 0,7 м.

Грунт – глина с  удельным сопротивлением 40 . Климатическая зона II. Нормируемое сопротивление заземляющего устройства 4 Ом

 

Решение

1. Удельное сопротивление  грунта с учетом коэффициента  сезонности по таблице 56.

для вертикальных заземлителей ρ_расч.в = к_с ρ_табл =

для горизонтального  заземлителя ρ_расч.в = к′_с ρ_{табл =}

2. Сопротивление растеканию вертикального заземлителя

,

где d = 0,95b ;  b – ширина полки уголка, мм;

 

3. Количество вертикальных  заземлителей

,

где R_З – необходимое сопротивление заземления по норме, Ом;

  η_в = 0,7 – коэффициент использования вертикальных заземлителей по табл. 57.

Принимаем к установке 7 уголков.

4. Длина горизонтального  заземлителя (полосы)

·

Принимаем l_Г = 19 м.

5. Сопротивление растеканию горизонтального заземлителя

,

 

где d = 0,5b= 0,5·0,04 = 0,02.

Ом

6. Действительное сопротивление растекания горизонтального заземлителя

при η_Г = 0,67 (табл. 59)

7. Сопротивление растеканию  заземлителей с учетом сопротивления  горизонтального заземлителя

8. Уточненное количество  вертикальных заземлителей

Принимаем к установке шесть  вертикальных заземлителей (уголков).