PDF Печать

Расчёт защитного заземления

Защитное заземление — преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоко-проводящих 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 выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали.
          Заземление обязательно во всех электроустановках при напряжении 380В и выше переменного тока, 440 В и выше постоянного тока, а в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и и наружных установках при напряжении 42 В и выше переменного тока, 110 В и выше постоянного тока; при любых напряжениях во взрывоопасных помещениях.
          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.
          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 присоединяют 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 землей 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, соединенных с заземляющим устройством подстанции или распределительным устройством с помощью грозозащитных тросов линий.
          Если сопротивление естественных заземлителей удовлетворяет требуемым нормам R3, 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 50X50, 60X60, 75X75 мм 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 остается 0,5—0,8 м. Расстояние между вертикальными эаземлителями 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 землителями 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.
          Нормируемые сопротивления заземляющих устройств приведены в табл. 1.
          Для электроустановок напряжением до 1000 И значения R3 даны при условии, что удельное сопротивление грунта ?<=Ом*м. При удельном сопротивлении грунта более чем 100 Ом*м разрешается увеличивать вышеуказанные величины в k=?/100, но не более чем в 10 раз.

Таблица 1. Допустимые сопротивления заземляющего устройства в электроустановках до и выше 1000В

Допустимые сопротивления заземляющего устройства...


          Расчетные токи замыкания на землю принимают по данным энергосистемы либо путем расчетов.
          Расчет заземления методом коэффициентов использования производится следующий образом.
          1. В соответствии с ПУЭ устанавливается необходимое сопротивление заземления R3.
          2. Определяют путем замера, расчетом или на основе данных по работающим аналогичным заземлительным устройствам возможное сопротивление растеканию естественных заземлителей Re.
          3. Если Re< R3, то устройство искусственного заземления не требуется.
          Если Re>R3, то необходимо устройство искусственного заземления.
          Сопротивление, Ом, растекания искусственного заземления Rи=R3Re/(Re-R3) Далее расчет ведется по Rи.
          4. Определяют удельное сопротивление грунта ? из табл. 2. При производстве расчетов эти значения должны умножаться на коэффициент сезонности, зависящий от климатических зон и вида заземлителя (табл.3).
          Расчетное удельное сопротивление грунта для стержневых заземлителей (вертикальных заземлителей ?расч.в= kс? для протяженного заземлителя (горизонтальных полос) ?расч.г= k штрих с?.
          5, Определяют сопротивление, Ом, растеканию одного вертикального заземлителя — стержневого круглого сечения (трубчатый или уголковый) в земле (рис. 1):


Рис.1. Расположение вертикального заземлителя


при этом l>>d, t0>>0,5 м;
          для уголка с шириной полки b получают d =0,95b.

Таблица 2. Приближенные значения удельных сопротивлений грунтов и воды ?, Ом*м

Приближенные значения удельных...


          Все размеры даны в метрах, а удельное сопротивление грунта в омах, умноженных на метр (Ом*м).
          Сопротивление, Ом, растеканию вертикального заземлителя можно определить по упрощенным формулам:
          для уголка 50X50X5 мм Rв=0,348 pрасч.в kс;
          для уголка 60X60X6 мм Rв=0,298 pрасч.вkс;
          для уголка 75X75X8 мм Rв= 0,292 pрасч.вkс;
          для трубы диаметром 60 мм l= 2/2,5 м, Rв=0,002 pрасч.вkс.
          6. Установив характер расположения заменителей (в ряд или контуром), определяют число заземлителей nв= Rв/(?вRu). где ?в— коэффициент использования вертикальных заземлителей, зависящий от количества и расстояния между ними (табл. 3,4).

Таблица 3. Признаки климатических зон и значения коэффициента kс

Признаки климатических зон и значения...


          Примерное распределение республик и областей СССР по климатическим зонам следующее.
          I зона: Карельская АССР севернее Петрозаводска, Коми АССР, Архангельская и Кировская области, Заволжье восточнее Казани и Куйбышева, Урал, северные области Казахской ССР, Омская, Новосибирская, Иркутская и Читинская области, южные районы Тюменской области, Хабаровского и Красноярского краев, Приморская и Сахалинская области.
          II зона: Ленинградская область, южная часть Карельской АССР, Вологодская область, центральные районы РСФСР до Волгоградской области на юге, центральные области Казахстана (у Аральского моря и озера Балхаш).
          III зона: Латвийская, Эстонская, Литовская ССР, БССР, УССР (кроме южных областей), Псковская, Новгородская, Смоленская, Брянская, Курская и Ростовская области, южные области Казахстана.
          IV зона: Молдавская ССР, Одесская, Херсонская и Крымская области УССР, Краснодарский и Ставропольский края, Астраханская область, Азербайджанская. Грузинская, Армянская, Узбекская, Таджикская, Киргизская и Туркменская ССР (кроме горных районов).

Таблица 4. Коэффициенты использования ?в вертикальных электрордов из труб, уголков или стержней, размещенных в ряд без учета влияния полосы связи

Коэффициенты использования нюв вертикальных электрордов из труб...


          Количество вертикальных заземлителей для определения нюв можно принять равным Rв/Rи. 7. При устройстве простых заземлителей в виде короткого ряда вертикальных стержней расчет на этом можно закончить и не определять проводимость соединяющей полосы, поскольку длина ее относительно невелика (в этом случае фактически сопротивление заземляющего устройства будет несколько завышено).
          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 nв и определяют длину, м, соединительной полосы lг=1,05 nвa, где a – расстояние между вертикальными (обычно отношение расстояния между вертикальными заменителями к их длине принимают равным a/l=1;2;3).

Таблица 5. Коэффициенты использования ?в вертикальных электродов из труб, уголков, стержней, размещенных по контуру без учета влияния полосы связи

Коэффициенты использования ?в вертикальных электрордов из труб...


          8. Определяют сопротивление, Ом, растеканию горизонтального заземлителя. Для стержневого круглого сечения (рис. 26):


Рис. 26. Расположение горизонтального заземлителя


          Здесь l>d; t>>4?. Для полосы шириной b получают d =0,5b. Действительное сопротивление, Ом, растеканию горизонтального заземлителя с учетом коэффициента использования R?г= Rг/?г, где ?г — коэффициент использования горизонтального заземлителя определяется по табл. 6, 7.
          9. Уточняется сопротивление, Ом, растеканию заземлителей с учетом сопротивления горизонтального заземлителя R?в = R?гRи/(R?г-Rи) 10. Определяют уточненное количество вертикальных заземлителей. Здесь n?в округляется в сторону увеличения nв= Rв/(?вR?в).

Таблица 6. Коэффициенты использования ?г горизонтального полосового электрода (трубы, уголки, полосы и т. д.) при размещении вертикальных электродов в ряд

Коэффициенты использования ?г...


Таблица 7. Коэффициент использования ?г горизонтальною полосового электрода (трубы, уголки, полосы и т. д.) при размещении вертикальных электродов по контуру

Коэффициенты использования ?г...


 

Пример 34
          Определить необходимое число уголков размером 50Х50Х Х5 мм длиной 3 м для устройства заземления трансформаторной подстанции. Заземлитель горизонтальный — стальная полоса 40X4 мм. Расстояние между уголками 4,5 м. Уголки забиты по контуру подстанции. Глубина заложения горизонтального заземлителя 0,7 м. Грунт — песок с удельным сопротивлением pгр =300 Ом*м. Климатическая зона II. Нормируемое сопротивление заземляющего устройства Rзн=4 Ом.
Решение

          1. Согласно ПУЭ допустимое сопротивление заземляющего устройства с учетом удельного сопротивления грунта pгр, равно


          2. Сопротивление растеканию вертикального заземлителя


          3. Количество вертикальных заземлителей nв= Rв/(?вRз)=139,6/(0,6*12) = 19,38, где ?в — коэффициент использования вертикальных заземлителей с учетом интерполяции по табл. 5,равный 0,6.
          Считают, что число труб при этом 139,6/12=12. Принимают к установке 20 уголков.
          4. Длина горизонтального заземлителя (полосы) lг=1,05*nв*а=1,05*4,5*20=94,5 м.
          5. Сопротивление растеканию горизонтального заземлителя


          6. Действительное сопротивление растеканию горизонтального заземлителя с учетом коэффициента использования R?г= Rг /*?г= 26,98/0,295=91,5 Ом. ?г=0,295 (см. табл. 7).
          7. Сопротивление растеканию заземлителей с учетом сопротивления горизонтального заземлителя R?в=( R?г R3)/( R?г-R3)=91,5-12/91,5-12=13,8 Ом.
          8. Уточненное количество вертикальных заземлителей nв= Rв/(?вR?в) = 139,6/(0,6*13,8) = 16,8. Принимаем к установке 17 вертикальных заземлителей (уголков).