Расчет заземляющих устройств


7. Уточняется необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом проводимости горизонтальных соединительных электродов из выражений

Расчет заземляющих устройств

или

Расчет заземляющих устройств

где Расчет заземляющих устройств — сопротивление растеканию горизонтальных электродов, определенное в п. 6.
8. Уточняется число вертикальных электродов с учетом коэффициентов использования по табл. 12-4 или 12-5:

Расчет заземляющих устройств

Окончательно принимается число вертикальных электродов из условий размещения.
9. Для установок выше 1000 В с большими токами замыкания на землю проверяется термическая стойкость соединительных проводников по формуле (12-5).

Пример 12-1. Требуется рассчитать заземление подстанции 110/10 кВ со следующими данными: наибольший ток через заземление при замыканиях на землю на стороне 100 кВ 3,2 кА; наибольший ток через заземление при замыканиях на землю на стороне 10 кВ 42 А; грунт в месте сооружения подстанции — суглинок; климатическая зона 2; дополнительно в качестве заземления используется система тросы — опоры с сопротивлением заземления 1,2 Ом.


Решение
1. Для стороны 110 кВ требуется сопротивление заземления 0,5 Ом. Для стороны 10 кВ по формуле (12-6)

Расчет заземляющих устройств

где расчетное напряжение на заземляющем устройстве принято равным 125 В, так как заземляющее устройство используется также для установок подстанции до 1000 В. Таким образом, в качестве расчетного принимается сопротивление Расчет заземляющих устройств.
2. Сопротивление искусственного заземлителя рассчитывается с учетом использования системы тросы — опоры;

Расчет заземляющих устройств

3. Рекомендуемое для предварительных расчетов удельное сопротивление грунта в месте сооружения заземлителя — суглинке по приведенным выше данным составляет 100 ОмЧм. Повышающие коэффициенты для климатической зоны 2 по табл. 12 2 принимаются равными 4,5 для горизонтальных протяженных электродов при глубине заложения 0,8 м и 1,8 для вертикальных стержневых электродов длиной 2—3 м при глубине заложения их вершины 0,5—0,8 м.
Расчетные удельные сопротивления:
для горизонтальных электродов


Расчет заземляющих устройств
для вертикальных электродов
Расчет заземляющих устройств
4. Определяется сопротивление растеканию одного вертикального электрода — уголка № 50 длиной 2,5 м при погружении ниже уровня земли на 0,7 м по формуле из табл. 12-3:

Расчет заземляющих устройств

где Расчет заземляющих устройств

Расчет заземляющих устройств

5. Определяется примерное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования Расчет заземляющих устройств:

Расчет заземляющих устройств

6. Определяется сопротивление растеканию горизонтальных электродов — полос 40 X 4 мм2, приваренных к верхним концам уголков. Коэффициент использования соединительной полосы в контуре при числе уголков порядка 100 и отношении Расчет заземляющих устройств по табл. 12-7 равен: Расчет заземляющих устройств.
Сопротивление растеканию полосы по формуле из табл. 12-3


Расчет заземляющих устройств

7. Уточненное сопротивление вертикальных электродов

Расчет заземляющих устройств

8. Уточненное число вертикальных электродов определяется при коэффициенте использования Расчет заземляющих устройств, принятом из табл. 12-5 при n=100 и Расчет заземляющих устройств:

Расчет заземляющих устройств

Окончательно принимается 117 уголков.
Дополнительно к контуру на территории подстанции устраивается сетка из продольных полос, расположенных на расстоянии 0,8—1 м от оборудования, с поперечными связями через каждые 6 м. Дополнительно для выравнивания потенциалов у входов и въездов, а также по краям контура прокладываются углубленные полосы. Эти неучтенные горизонтальные электроды уменьшают общее сопротивление заземления; проводимость их идет в запас.
9. Проверяется термическая стойкость полосы 40 X 4 мм2. Минимальное сечение полосы из условий термической стойкости при к. з. на землю по формуле (12-5) при приведенном времени прохождения тока к. з. Расчет заземляющих устройств


Расчет заземляющих устройств

Таким образом, полоса 40 X 4 мм2 условию термической стойкости удовлетворяет.

По результатам примера 12-1 можно видеть, что при достаточно большом количестве вертикальных электродов горизонтальные электроды, соединяющие верхние концы вертикальных, весьма слабо влияют на результирующее расчетное сопротивление контура заземления. При этом также обнаруживается дефект существующей методики расчета для случаев, когда требуется достаточно малое сопротивление контура. В выполненном примерном расчете этот дефект выявился в том, что учет дополнительной проводимости контура от горизонтальной соединительной полосы привел не к уменьшению потребного количества вертикальных электродов, а наоборот, к его увеличению примерно на 5%. На основании этого можно рекомендовать в подобных случаях рассчитывать необходимое количество вертикальных электродов без учета дополнительной проводимости соединительных и других горизонтальных полос, полагая, что их проводимость будет идти в запас надежности.

Источник: www.websor.ru

Сопротивление, которое оказывает току в земле участок почвы от заземлителя до точек с нулевым потенциалом называют, сопротивлением растеканию тока.

Сопротивление растеканию заземлителя определяется как отношение напряжения между заземлителем и точками земли с нулевым потенциалом Uз, В, к току замыкания Iз, А:


Rа=Uз/Iз 

Поскольку человек практически не может одновременно касаться заземленного корпуса оборудования или заземляющих проводников (их сопротивлением, как незначительным, пренебрегают) и точки на почве с нулевым потенциалом, которая находится на расстоянии 20 м, то напряжение прикосновения Uпр всегда меньше Uз. Если бы даже такое прикосновение оказалось возможным, то и в этом случае благодаря сопротивлению обуви и одежды напряжение, под которым оказался человек, всегда было бы меньше Uз: Uпр = Кпр×Iз

Uпр = Кпр×Iз

Между двумя точками поверхности земли на участке растекания тока также имеет место разность потенциалов. Человек, проходя по участку растекания, сделав шаг, условно принятый 0.8 м, попадает под некоторую разность потенциалов, называемую шаговым напряжением (Uш). При этом через тело человека (в основном через ноги) протекает ток поражения, который может достигать значений опасных для человека.где, Кпр – коэффициент прикосновения, имеющий значение меньше единицы.

По мере удаления от заземлителя шаговое напряжение уменьшается. Снижение напряжения прикосновения и шагового напряжения достигается уменьшением сопротивления заземлителя, следовательно, и тока, протекающего через тело человека. В установках напряжением выше 1 кВ применяются замкнутые контуры заземлителей, состоящие из одного или нескольких рядов стальных стержней, забитых в землю, соединенных на сварке стальной полосой и расположенных в пределах защищаемого объекта. Таким образом, выравниваются потенциалы смежных точек поверхности.


Выше были указаны сопротивления растеканию в электроустановках напряжением до 1 кВ. Здесь отметим требуемые сопротивления растеканию в электроустановках напряжением выше 1 кВ. Так, в установках с большими токами замыкания на землю (выше 500 А) сопротивление растеканию заземляющего устройства должно быть не более 0.5 Ом. В сетях с малыми токами замыкания на землю (6, 10, 20 кВ) значения сопротивления растеканию должны быть не более:

  • при общем заземляющем устройстве для установок напряжением до 1 кВ и более:

Rз≤125/Iз

  • при использовании заземляющего устройства только для установок напряжением выше 1 кВ:

Rз≤250/Iз

где Iз – расчетный ток однофазного замыкания на землю, Rз не должно быть больше 10 Ом.

Значения Iз обычно задаются энергоснабжающими организациями при выдаче технических условий на присоединение к их сетям. Приближенное значение расчетного тока Iз может быть определено из следующих выражений:

    • для кабельной сети: Iз=UI/10
    • для воздушной сети: Iз=UI/350

где U — напряжение сети, кВ; l – общая длина сети, км.

Как уже было сказано, для заземления используются естественные и искусственные заземлители.

Сопротивление растеканию тока заземлителя в первую очередь зависит от удельного сопротивления грунта ρ, приведенного в табл. 1. Наиболее удобно и экономично в качестве естественных заземлителей использовать железобетонные фундаменты и конструкции зданий и сооружений

Таблица 1. Удельные сопротивления грунта.

Расчет заземляющих устройств

Сопротивление растеканию тока железобетонных фундаментов Rф можно определять по формуле, Ом,

Расчет заземляющих устройств
где ρ – удельное электрическое сопротивление грунта, Ом*м; Sф – площадь ограниченная периметром здания на уровне дневной поверхности земли, м2.Сопротивление растеканию тока железобетонных фундаментов Rф можно определять по формуле, Ом,


Стальные водопроводные трубы без антикоррозийного покрытия со сварными стыками и свинцовые оболочки кабелей (если они имеются) тоже следует использовать в качестве естественных заземлителей. Кабели с алюминиевой оболочкой использовать в качестве заземлителя не разрешается.

Для предварительных расчетов можно пользоваться данными о сопротивлении растеканию водопроводных труб, приведенные в таблице 2 для ρ = 100 Ом*м и в таблице 3 для кабелей.

Таблица 2. Сопротивление растеканию тока металлических трубопроводов, проложенных на глубине 2 м при ρ = 100 Ом*м.

Расчет заземляющих устройств

Таблица 3. Сопротивление растеканию тока свинцовых оболочек кабелей при ρ = 100 Ом*м, проложенных на глубине 0,7 м.

Расчет заземляющих устройств

Значения удельного сопротивления, принятые по таблице 1, необходимо умножать на коэффициент сезонности (промерзания и увлажнения), приведенный в таблице 4 и зависящий от климатической зоны, где сооружается объект. Москва и Санкт-Петербург относятся к зоне 2.

Таблица 4. Коэффициент сезонности для заземлителя

Расчет заземляющих устройств

Если оболочки кабелей являются единственным заземлителем и в траншее проложено несколько кабелей (их должно быть не менее двух), то общее сопротивление растеканию с учетом их взаимного экранирования:


Rз, к=Rо, k / nk

где Rо, k – сопротивление растеканию тока оболочки одного кабеля; nk — число кабелей в одной траншее.

В тех случаях, когда сопротивление растеканию естественных заземлителей превышает требуемое ПУЭ, необходимо создать дополнительно искусственное заземление с сопротивлением, равным:

Расчет заземляющих устройств

где Rз,н — значение нормируемого сопротивления растеканию, Ом.

В тех случаях, когда элементы заземления погружаются в грунт ниже глубины промерзания, коэффициент сезонности не вводится и ρ принимается по таблице 1 без изменений.

Сопротивление растеканию тока неизолированного стального трубопровода Rс,тр наряду с показателями табл. 2 можно определять по формуле:

Расчет заземляющих устройств

Сопротивление обсадной трубы Rо,с скважины равно:

Расчет заземляющих устройств

где l – длина трубы, м, но не более 200 м; h – глубина заложения трубы от поверхности земли, м; d – диаметр трубы, м.Сопротивление обсадной трубы Rо,с скважины равно:

Формулы для определения сопротивления растеканию одиночных заземлителей (электродов) приведены в таблице 5.

Таблица 5. Сопротивления одиночных заземлителей, Ом.


Расчет заземляющих устройств

Примечание. Условные обозначения: l – длина электрода, м; d – внешний диаметр электрода, м; h – глубина заложения от поверхности земли (для вертикального электрода расстояние от поверхности земли до середины электрода), м; b – ширина полосового электрода (для угловой стали – ширина полки), м.

Искусственные заземлители, как правило, устраиваются из нескольких электродов (иногда из довольно значительного их количества), соединенных стальной полосой. В этом случае приходится учитывать влияние взаимоэкранирования стержневых и протяженных заземлителей, которые как бы повышают сопротивление растеканию тока. Это обстоятельство учитывается введение в расчетные формулы коэффициентов использования, зависящих от количества стержневых электродов и их расположения.Примечание. Условные обозначения: l – длина электрода, м; d – внешний диаметр электрода, м; h – глубина заложения от поверхности земли (для вертикального электрода расстояние от поверхности земли до середины электрода), м; b – ширина полосового электрода (для угловой стали – ширина полки), м.

Задавшись предварительной длиной протяженного заземлителя, определяют его сопротивление:

Расчет заземляющих устройств

Далее определяется требуемое общее сопротивление Rcт вертикальных электродов (стержней):

Расчет заземляющих устройств

где ηст – количество стержней, Rс, о – сопротивление одиночного электрода; ηст, ηн – коэффициенты использования стержневых и протяженных заземлителей (см. табл. 6 и 7).

Таблица 6. Коэффициенты использования стержневых и протяженных заземлителей при размещении в ряд.

Расчет заземляющих устройств

Примечание. При увеличении расстояния между стержнями коэффициенты использования возрастают, что объясняется уменьшением взаимоэкранирования.

Таблица 7. Коэффициенты использования стержневых и протяженных заземлителей при размещении их по периметру замкнутого контура.Примечание. При увеличении расстояния между стержнями коэффициенты использования возрастают, что объясняется уменьшением взаимоэкранирования.

Расчет заземляющих устройств

Если число стержней сильно отличается от принятого предварительно, то расчет следует повторить.

Ниже приведен пример расчета заземляющего устройства

Расчет заземляющих устройств

Расчет заземляющих устройств

Источник: electro-faq.ru

Естественное заземление

Во времена, когда перечень электробытовой техники в жилище ограничивался одним телевизором, холодильником и стиральной машиной, заземляющие устройства использовались редко. Защита от утечки тока возлагалась на естественные заземлители, такие как:

  • неизолированные металлические трубы;
  • обсадка водяных скважин;
  • элементы металлических заборов, уличные фонари;
  • оплетка кабельных сетей;
  • стальные элементы фундаментов, колонн.

Использование обсадной скважины в качестве естественного заземлителя

Лучший вариант естественного заземления — водопроводная магистраль из стали. За счет своей большой длины водопроводы сводят к минимуму сопротивление току растекания. Эффективность водопроводов достигается еще и благодаря их прокладке ниже уровня сезонного промерзания, а потому на их защитные качества не влияют ни жара, ни холод.

Металлические элементы подземных железобетонных изделий подходят для заземлительной системы, если соответствуют следующим требованиям:

  • имеется достаточный (по нормам Правил устройства электроустановок) контакт с глинистой, супесчаной или влажной песчаной основой;
  • при строительстве фундамента арматура на двух или более участках была выведена наружу;
  • металлические элементы имеют сварные соединения;
  • сопротивление арматуры соответствует регламенту ПУЭ;
  • имеется электросвязь с шиной заземления.

Обратите внимание! Из всего перечня указанных выше естественных заземлений рассчитываются только подземные железобетонные конструкции.

Эффективность функционирования естественного заземления устанавливается на основе измерений, проведенных уполномоченным лицом (представителем Энергонадзора). На основе проведенных замеров специалист даст рекомендации относительно необходимости установки дополнительного контура к естественному контуру заземления. Если естественная защита отвечает требованиям нормативов, Правила устройства электроустановки указывают на нецелесообразность дополнительного заземления.

Железобетонный фундамент в качестве естественного заземлителя

Расчеты для устройства искусственного заземления

Абсолютно точный расчет заземления произвести практически невозможно. Даже профессиональные проектировщики оперируют приблизительным количеством электродов и дистанциями между ними.

Причина сложности расчетов состоит в большом количестве внешних факторов, каждый из которых оказывает существенное влияние на систему. К примеру, нельзя предсказать точный уровень влажности, не всегда известна фактическая плотность грунта, его удельное сопротивление и так далее. В связи с неполной определенностью вводных данных итоговое сопротивление организованного контура заземления в конечном счете отличается от базового значения.

Разницу в проектируемых и реальных показателях нивелируют за счет монтажа дополнительных электродов или путем увеличения длины стержней. Тем не менее, предварительные расчеты важны, так как позволяют:

  • отказаться от лишних трат (или хотя бы уменьшить их) на покупку материалов, на земляные работы;
  • подобрать наиболее подходящую конфигурацию заземлительной системы;
  • выбрать правильный план действий.

Расчет контура заземления для защиты электрооборудования

Для облегчения расчетов существует разнообразное программное обеспечение. Однако чтобы разобраться в их работе, необходимы определенные познания о принципах и характере вычислений.

Компоненты защиты

Защитное заземление включает электроды, установленные в землю и соединенные электросвязью с заземляющей шиной.

В системе имеются такие элементы:

  1. Металлические стержни. Один или несколько металлических стержней направляют ток растекания в грунт. Обычно в качестве электродов используют отрезки длинномерного металла (трубы, уголок, круглые металлические изделия). В некоторых случаях используется листовая сталь.
  2. Металлический проводник, объединяющий несколько заземлителей в единую систему. Обычно в этом качестве используют установленный по горизонтали проводник в виде уголка, прута или полосы. Металлическую связь приваривают к концам закопанных в землю электродов.
  3. Проводник, соединяющий находящийся в грунте заземлитель с шиной, которая имеет связь с защищаемым оборудованием.

Два последних элемента называются одинаково — заземляющий проводник. Оба элемента выполняют идентичную функцию. Различие кроется в том, что металлосвязь находится в грунте, а проводник подключения заземления к шине располагается на поверхности. В связи с этим к проводникам предъявляются неодинаковые требования по устойчивости к коррозии.

Устройство треугольного контура заземления

Принципы и правила вычислений

Грунт — один из составляющих элементов системы заземления. Его параметры имеют важное значение и участвуют в расчетах так же, как и длина металлических деталей.

При проведении расчетов используют формулы, указанные в Правилах устройства электроустановок. Применяются переменные данные, собираемые установщиком системы, и постоянные параметры (есть в таблицах). К постоянным данным относится, например, сопротивление грунта.

Определение подходящего контура

Прежде всего необходимо выбрать форму контура. Конструкция обычно выполняется в виде определенной геометрической фигуры или простой линии. Выбор конкретной конфигурации зависит от размеров и формы участка.

Проще всего реализовать линейную схему, так как для монтажа электродов понадобится выкопать лишь одну прямую траншею. Однако установленные в линию электроды станут экранировать, что ухудшит положение с током растекания. В связи с этим при расчетах линейного заземления применяется поправочный коэффициент.

Наиболее распространенной схемой для создания защитного заземления выступает треугольная форма контура. По вершинам геометрической фигуры устанавливают электроды. Металлические штыри должны быть достаточно отдалены друг от друга, чтобы не препятствовать рассеиванию поступающих в них токов. Для обустройства защитной системы частного дома считается достаточным три электрода. Для организации эффективной защиты необходимо еще и правильно подобрать длину стержней.

Выбор схемы заземляющего контура

Расчет параметров проводников

Длина металлических стержней важна, поскольку влияет на эффективность системы защиты. Имеет значение и длина элементов металлосвязи. Кроме того, от длины металлических деталей зависят расход материала и общие затраты на обустройство заземления.

Сопротивление вертикальных электродов определяется их длиной. Другой параметр — поперечные размеры — не влияет существенным образом на качество защиты. И все же сечение проводников регулируется Правилами устройства электроустановок, так как данная характеристика важна с точки зрения устойчивости к коррозии (электроды должны служить 5 – 10 лет).

При соблюдении прочих условий существует правило: чем больше металлических изделий участвует в схеме, тем выше безопасность контура. Работы по организации заземления довольно трудоемкие: чем больше заземлителей, тем больше земляных работ, чем длиннее стержни, тем глубже их нужно забивать.

Расчет количества вертикальных заземлителей

Что выбрать: количество электродов или их длину — решать организатору работ. Однако на этот счет есть определенные правила:

  1. Стержни необходимо устанавливать ниже горизонта сезонного промерзания по крайней мере на 50 сантиметров. Это позволит отстранить сезонные факторы от влияния на эффективность системы.
  2. Дистанция между вертикально установленными заземлителями. Расстояние определяется конфигурацией контура и длиной стержней. Для выбора правильной дистанции нужно воспользоваться соответствующей справочной таблицей.

Нарезанный металлопрокат вбивают в грунт на 2,5 – 3 метра при помощи кувалды. Это довольно трудоемкая задача, даже если учесть, что из указанной величины нужно вычесть примерно 70 сантиметров глубины траншеи.

Экономное расходование материала

Выбор оптимальной схемы заземлителя

Так как сечение металла — не самый важный параметр, рекомендуется приобретать материал с наименьшей площадью сечения. Однако при этом нужно оставаться в пределах минимально рекомендуемых значений. Наиболее экономичные (но способные выдержать удары кувалды) варианты металлоизделий:

  • трубы диаметром 32 миллиметра и толщиной стенок от 3 миллиметров;
  • уголок равнополочный (сторона — 50 или 60 миллиметров, толщина — 4 или 5 миллиметров);
  • круглая сталь (диаметр от 12 до 16 миллиметров).

В качестве металлосвязи оптимальным выбором станет полоса из стали толщиной 4 миллиметра. В качестве альтернативы подойдет 6-миллиметровый стальной прут.

Обратите внимание! Горизонтальные стержни приваривают к вершинам электродов. Поэтому к расчетной дистанции между электродами следует добавить еще 18 – 23 сантиметра.

Наружный участок заземления можно изготовить из 4-миллиметровой полосы (ширина — 12 миллиметров).

Экономичный вариант устройства заземляющего контура

Формулы для расчетов

Далее расскажем о том, как рассчитать заземление по формулам, и приведем пример расчетов. Выбираем формулу, исходя из типа заземлителей.

Формула для расчета сопротивления системы заземления току растекания

Подойдет универсальная формула, с помощью которой рассчитывают сопротивление вертикального электрода.

Формула расчета вертикального заземлителя

При проведении вычислений не обойтись без справочных таблиц, где указаны примерные значения. Данные параметры определяются составом грунта, его средней плотностью, способностью задерживать воду, климатическим поясом.

Устанавливаем нужное количество стержней, не принимая во внимание показатель сопротивления горизонтального проводника.

Формула для расчета числа вертикальных электродов

Вычисляем данные по горизонтальной части заземлительной системы.

Вычисление параметров заземляющего проводника

Определяем уровень сопротивления вертикального стержня на основе показателя сопротивления заземлителя горизонтального типа.

Определение уровня сопротивления вертикального электрода

На основании полученных результатов приобретаем нужное количество материала и планируем начало работ по созданию системы заземления.

Заключение

Поскольку самое высокое сопротивление грунта отмечается в сухое и морозное время, организацию заземлительной системы лучше всего запланировать именно на этот период. В среднем сооружение заземления занимает 1 – 3 рабочих дня.

До засыпки траншеи землей следует проверить работоспособность заземлительных устройств. Оптимальная среда для проверки должна быть как можно более сухой, в почве не должно быть много влаги. Поскольку зимы не всегда бывают бесснежными, проще всего заняться строительством системы заземления в летний период.

Источник: 220.guru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.