|
23 декабря 2010 |
Системы защитного заземления |
В современном здании, в котором находится большое количество различных приёмников электроэнергии, возникает необходимость наличия системы заземления, которая обеспечивает электро- и пожарную безопасность, защиту дорогостоящего электронного оборудования, грозозащиту зданий. Ниже приведены некоторые выдержки из ПУЭ, которые касаются систем заземления и уравнивания потенциалов.
Основные требования ПУЭ по заземлению
Глава 7.1. ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ЖИЛЫХ, ОБЩЕСТВЕННЫХ, АДМИНИСТРАТИВНЫХ И БЫТОВЫХ ЗДАНИЙ
7.1.13. Питание электроприемников должно выполняться от сети 380/220 В с системой заземления ТN-S или ТN-С-S.
При реконструкции жилых и общественных зданий, имеющих напряжение сети 220/127 В или 3 х 220 В, следует предусматривать перевод сети на напряжение 380/220 В с системой заземления ТN-S или ТN-С-S.
7.1.21. При питании однофазных потребителей зданий от многофазной распределительной сети допускается для разных групп однофазных потребителей иметь общие N и РЕ проводники (пятипроводная сеть), проложенные непосредственно от ВРУ, объединение N и РЕ проводников (четырехпроводная сеть с РЕN проводником) не допускается.
7.1.36. Во всех зданиях линии групповой сети, прокладываемые от групповых, этажных и квартирных щитков до светильников общего освещения, штепсельных розеток и стационарных электроприемников, должны выполняться трехпроводными (фазный – L, нулевой рабочий – N и нулевой защитный – РЕ проводники).
- Не допускается объединение нулевых рабочих и нулевых защитных проводников различных групповых линий
- Нулевой рабочий и нулевой защитный проводники не допускается подключать на щитках под общий контактный зажим.
- Сечения проводников должны отвечать требованиям п. 7.1.45.
7.1.68. Во всех помещениях необходимо присоединять открытые проводящие части светильников общего освещения и стационарных электроприемников (электрических плит, кипятильников, бытовых кондиционеров, электрополотенец и т.п.) к нулевому защитному проводнику.
7.1.69. В помещениях зданий металлические корпуса однофазных переносных электроприборов и настольных средств оргтехники класса I по ГОСТ 12.2.007.0-75 «ССБТ. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности» должны присоединяться к защитным проводникам трехпроводной групповой линии (см. п. 7.1.36).
К защитным проводникам должны подсоединяться металлические каркасы перегородок, дверей и рам, используемых для прокладки кабелей.
7.1.70. В помещениях без повышенной опасности допускается применение подвесных светильников, не оснащенных зажимами для подключения защитных проводников, при условии, что крюк для их подвески изолирован. Требования данного пункта не отменяют требований п. 7.1.36 и не являются основанием для выполнения электропроводок двухпроводными.
7.1.87. На вводе в здание должна быть выполнена система уравнивания потенциалов путем объединения следующих проводящих частей:
- Основной (магистральный) защитный проводник;
- Основной (магистральный) заземляющий проводник или основной заземляющий зажим;
- Стальные трубы коммуникаций зданий и между зданиями;
- Металлические части строительных конструкций, молниезащиты, системы центрального отопления, вентиляции и кондиционирования. Такие проводящие части должны быть соединены между собой на вводе в здание.
Рекомендуется по ходу передачи электроэнергии повторно выполнять дополнительные системы уравнивания потенциалов.
7.1.88. К дополнительной системе уравнивания потенциалов должны быть подключены все доступные прикосновению открытые проводящие части стационарных электроустановок, сторонние проводящие части и нулевые защитные проводники всего электрооборудования (в том числе штепсельных розеток).
Для ванных и душевых помещений дополнительная система уравнивания потенциалов является обязательной и должна предусматривать, в том числе, подключение сторонних проводящих частей, выходящих за пределы помещений. Если отсутствует электрооборудование с подключенными к системе уравнивания потенциалов нулевыми защитными проводниками, то систему уравнивания потенциалов следует подключить к РЕ шине (зажиму) на вводе. Нагревательные элементы, замоноличенные в пол, должны быть покрыты заземленной металлической сеткой или заземленной металлической оболочкой, подсоединенными к системе уравнивания потенциалов. В качестве дополнительной защиты для нагревательных элементов рекомендуется использовать УЗО на ток до 30 мА.
Не допускается использовать для саун, ванных и душевых помещений системы местного уравнивания потенциалов.
1.7.103. Общее сопротивление растеканию заземлителей (в том числе естественных) всех повторных заземлений PEN-проводника каждой ВЛ в любое время года должно быть не более 5, 10 и 20 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.
1.7.111. Искусственные заземлители могут быть из черной или оцинкованной стали или медными. Искусственные заземлители не должны иметь окраски.
Траншеи для горизонтальных заземлителей должны заполняться однородным грунтом, не содержащим щебня и строительного мусора.
Не следует располагать (использовать) заземлители в местах, где земля подсушивается под действием тепла трубопроводов и т.п.
1.7.117. Заземляющий проводник, присоединяющий заземлитель рабочего (функционального) заземления к главной заземляющей шине в электроустановках напряжением до 1 кВ, должен иметь сечение не менее: медный – 10 мм², алюминиевый – 16 мм², стальной – 75 мм².
Расчёт заземления
Типовой расчёт сопротивления растеканию электрического тока заземляющего устройства, состоящего из вертикальных заземлителей, выполняется по приведённым ниже формулам:
 |
|
|
|
R – общее сопротивление растеканию электрического тока R1 – сопротивление вертикального заземлителя R2 – сопротивление горизонтального заземлителя ρ – удельное электрическое сопротивление грунта ρ1 – удельное электрическое сопротивление верхнего слоя грунта ρ2 – удельное электрическое сопротивление нижнего слоя грунта n – количество вертикальных заземлителей L1 – длина вертикального заземлителя L2 – длина горизонтального заземлителя L3 – длина соединительной полосы до ввода в здание D – диаметр вертикального заземлителя b – ширина полки горизонтального заземлителя H – глубина верхнего слоя грунта h1 – расстояние до середины вертикального заземлителя h2 – расстояние до середины горизонтального заземлителя k1 – климатический коэффициент для вертикальных заземлителей k2 – климатический коэффициент для горизонтальных заземлителей η – коэффициент использования для вертикальных электродов |
Online расчёт заземления
Климатические коэффициенты для вертикальных и горизонтальных заземлителей
| Заземлитель | Климатическая зона | |||
|---|---|---|---|---|
| I | II | III | IV | |
| Вертикальный | 1,8…2,0 | 1,6…1,8 | 1,4…1,5 | 1,2…1,4 |
| Горизонтальный | 4,5…7,0 | 3,5…4,5 | 2,0…2,5 | 1,5…2,0 |
Климатические зоны России
I — Архангельская, Мурманская, Вологодская, Кировская, Пермская, Свердловская, Сахалинская, Камчатская и Магаданская области, северная половина Западной и Восточной Сибири и Республика Коми, северная часть Хабаровского края и восточная часть Приморского края;
II — Республика Карелия, Ленинградская, Новгородская, Псковская области, южная часть Хабаровского и западная часть Приморского краев;
III — Смоленская, Калининградская, Московская, Калининская, Орловская, Тульская, Рязанская, Ивановская, Ярославская, Горьковская, Брянская, Челябинская, Владимирская, Калужская, Костромская, Амурская области, южная часть Западной и Восточной Сибири, Республика Чувашия, Республика Мордовия, Республика Марий Эл, Республика Татарстан, Республика Башкирия и Республика Удмуртия;
IV — Курская, Астраханская, Куйбышевская, Саратовская, Волгоградская, Оренбургская, Воронежская, Тамбовская, Пензенская, Ростовская, Ульяновская области, Краснодарский край, Северный Кавказ и Закавказье.
Коэффициенты использования ηв и ηг для многоэлектродных заземлителей состоящих из стержней (труб или уголков)
|
Отношение расстояния между |
Вертикальные заземлители | Горизонтальные заземлители | ||
|---|---|---|---|---|
| Количество | ηв | Количество | ηг | |
| 1 | 2 | 0,84-0,87 | 4 | 0,66–0,72 |
| 3 | 0,76-0,80 | 6 | 0,58–0,65 | |
| 5 | 0,67-0,72 | 10 | 0,52–0,58 | |
| 10 | 0,56-0,62 | 20 | 0,44–0,50 | |
| 15 | 0,51–0,56 | 40 | 0,38–0,44 | |
| 20 | 0,47-0,52 | 60 | 0,36–0,42 | |
| 2 | 2 | 0,47-0,52 | 4 | 0,76–0,80 |
| 3 | 0,85–0,88 | 6 | 0,71–0,75 | |
| 5 | 0,79–0,83 | 10 | 0,66–0,71 | |
| 10 | 0,72–0,77 | 20 | 0,61–0,66 | |
| 15 | 0,66–0,73 | 40 | 0,55–0,61 | |
| 20 | 0,65–0,70 | 60 | 0,52–0,58 | |
| 3 | 2 | 0,93–0,95 | 4 | 0,84–0,86 |
| 3 | 0,90–0,92 | 6 | 0,78–0,82 | |
| 5 | 0,85–0,88 | 10 | 0,74–0,78 | |
| 10 | 0,79–0,83 | 20 | 0,68–0,73 | |
| 15 | 0,76–0,80 | 40 | 0,64–0,69 | |
| 20 | 0,74–0,79 | 60 | 0,62–0,67 |
Рекомендуемые расчётные значения удельного электрического сопротивления верхнего слоя земли (не более 50 м)
| Удельное электрическое сопротивление верхних слоёв земли | ρ, Ом/м |
|---|---|
|
Песок (при t > 0°С): |
|
|
сильно увлажненный |
10 – 60 |
|
умеренно увлажненный |
60 – 130 |
|
влажный |
130 – 400 |
|
слегка влажный |
400 – 1500 |
|
сухой |
1500 – 4200 |
|
Суглинок: |
|
|
сильно увлажненный (при t > 0°С) |
10 – 60 |
|
промерзший слой (при t = -5°С) |
60 – 190 |
|
Глина (при t > 0°С) |
20 – 60 |
|
Торф: |
|
|
при t = 0°С |
40 – 50 |
|
при t > 0°С |
10 – 40 |
|
Солончаковые почвы (при t > 0°С) |
15 – 25 |
|
Щебень: |
|
|
сухой |
> 5000 |
|
мокрый |
> 3000 |
|
Дресва (при t > 0°С) |
5500 |
|
Гранитное основание (при t > 0°С) |
22500 |
Минимальные размеры заземляющих электродов из распространенных материалов с точки зрения коррозионной и механической стойкости
| Материал | Покрытие | Профиль | Минимальный размер | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Диаметр мм | Площадь сечения мм2 | Толщина мм | Толщина покрытия мкм | |||
| Сталь | Черный1 металл без антикоррозионного покрытия | Прямоугольный2 | 150 | 5 | ||
| Угловой | 150 | 5 | ||||
| Круглые стержни для заглубленных электродов3 | 18 | |||||
| Круглая проволока для поверхностных электродов4 | 12 | |||||
| Трубный | 32 | 3,5 | ||||
| Горячего оцинкования5 или нержавеющая5,6 | Прямоугольный2 | 90 | 3 | 70 | ||
| Угловой | 90 | 3 | 70 | |||
| Круглые стержни для заглубленных электродов3 | 16 | 70 | ||||
| Круглая проволока для поверхностных электродов4 | 10 | 507 | ||||
| Трубный | 25 | 2 | 55 | |||
| В медной оболочке | Круглые стержни для заглубленных электродов3 | 15 | 2000 | |||
| С электрохимическим медным покрытием | Круглые стержни для заглубленных электродов3 | 14 | 100 | |||
| Медь | Без покрытия5 | Прямоугольный | 50 | 2 | ||
|
Круглый провод для поверхностных электродов4 |
258 | |||||
| Трос | 1,8 для каждой проволоки | 25 | ||||
| Трубный | 20 | 2 | ||||
| Луженая | Трос | 1,8 для каждой проволоки | 25 | 5 | ||
| Оцинкованная | Прямоугольный9 | 50 | 2 | 40 |
Минимальное поперечное сечение заземляющих проводников проложенных в земле
| Наличие защиты | Механически защищённые | Механически не защищённые |
|---|---|---|
| Защищённые от коррозии | 2,5 мм2 Cu; 10 мм2 Fe | 16 мм2 Cu; 16 мм2 Fe |
| Не защищённые от коррозии | 25 мм2 Cu; 50 мм2 Fe |
- 1 Срок службы при скорости коррозии в нормальных грунтах 0,06 мм в год составляет 25 – 30 лет.
- 2 Прокат или нарезанная полоса со скругленными краями.
- 3 Заземляющие электроды рассматриваются как заглубленные, когда они установлены на глубине более 0,5 м.
- 4 Заземляющие электроды рассматриваются как поверхностные, когда они установлены на глубине не более 0,5м.
- 5 Может также использоваться для электродов уложенных (заделанных) в бетоне.
- 6 Применяется без покрытия.
- 7 В случае использования проволоки, изготовленной методом непрерывного горячего цинкования, толщина покрытия в 50 мк принята в соответствии с настоящими техническими возможностями.
- 8 Если экспериментально доказано, что вероятность повреждения от коррозии и механических воздействий мала, то может использоваться сечение 16 мм2.
- 9 Нарезанная полоса со скругленными краями.
Классический способ измерения сопротивления заземления
Схема установки для измерения сопротивления растеканию электрического тока. 
Классический способ измерения сопротивления растеканию (Рис. 1) состоит в измерении напряжения и тока в соответствии со схемой (метод вольтметра – амперметра). Пользуясь формулами закона Ома: R = U / I, мы можем определить сопротивление заземления электрода R. Например, если напряжение равно 10 В и ток равен 1 А, то R = U / I = 10 / 1 = 10 Ом. Измерительная система состоит из источника переменного тока, амперметра, вольтметра и двух металлических электродов, забиваемых в землю. Недостатки подобного метода – невысокая точность вследствие наличия в земле различных коммуникаций, большая трудоёмкость, сложность проведения измерений в зимнее время.
Минимальное расстояние до измерительных электродов |
Прибор для измерения сопротивления |
||||||||||||||||||||||||
|
|
Альтернативный способ измерения сопротивления
Существует альтернативный (Рис. 2) способ измерения сопротивления растеканию (журнал «Новости ЭлектроТехники» №5(17) 2002). Сущность этого метода состоит в измерении фазного напряжения электрической сети и напряжения на калибровочном сопротивлении в соответствии со схемой. Искомое сопротивление заземляющего устройства определяют по следующей формуле:
Rзу = Rкр(Uф-Uкр)/Uкр,
где:
Rзу – сопротивление заземляющего устройства
Rкр – сопротивление калибровочного резистора (50 – 100 Ом)
Uф – фазное напряжение
Uкр – напряжение на калибровочном резисторе
Калибровочный резистор должен иметь мощность рассеяния порядка нескольких сотен ватт. Точность этого метода составляет +10%, т.е. результат измерений всегда будет либо точным, либо с небольшим запасом по безопасности.
Указанный метод утверждён в качестве официального в Республике Беларусь (РД 02150.007-99).
Уронов Л.Г.
ООО «ТехноСфера», 2010 г.
ВСЕ СТАТЬИ
Расчет заземляющих устройств сводится главным образом к расчету собственно заземлителя, так как заземляющие проводники в большинстве случаев принимаются по условиям механической прочности и устойчивости к коррозии. Исключение составляют лишь установки с выносным заземляющим устройством. В этих случаях рассчитывают последовательно сопротивление соединительной линии и сопротивление заземлителя, чтобы суммарное сопротивление не превышало расчетного.
Расчет сопротивления заземлителя проводится в следующем порядке:
1. Устанавливается необходимое по ПУЭ допустимое сопротивление заземляющего устройства 
. Если заземляющее устройство является общим для нескольких электроустановок, то расчетным сопротивлением заземляющего устройства является наименьшее из требуемых.
2. Определяется необходимое сопротивление искусственного заземлителя с учетом использования естественного заземлителя, включенного параллельно, из выражений
или
где 
— расчетное сопротивление заземляющего устройства по п. 1; 
— сопротивление искусственного заземлителя; 
— сопротивление естественного заземлителя.
3. Определяется расчетное удельное сопротивление грунта с учетом повышающих коэффициентов, учитывающих высыхание грунта летом и промерзание его зимой.
При отсутствии точных данных о грунте можно воспользоваться табл. 12-1, где приведены средние данные по сопротивлениям грунтов, рекомендуемые для предварительных расчетов.
| Таблица 12-1 Удельное сопротивление грунтов | |||
|---|---|---|---|
| Наименование грунта | Удельное сопротивление  |
Наименование грунта | Удельное сопротивление |
| Глина (слой 7—10 м, далее скала, гравий) Глина каменистая (слой 1—3 м, далее гравий) Земля садовая Известняк Лесс Мергель Песок Песок крупнозернистый с валунами Скала |
70 100 50 2000 250 2000 500 1000 4000 |
Суглинок Супесок Торф Чернозем Вода: грунтовая морская прудовая речная |
100 300 20 30 50 |
Примечание: Удельные сопротивления грунтов определены при влажности 10-20% к массе и на глубине 1,5 м.
Повышающие коэффициенты k для различных климатических зон приведены в табл. 12-2 для горизонтальных и вертикальных электродов.
4. Определяется сопротивление растеканию одного вертикального электрода 
по формулам из табл. 12-3. Эти формулы даны для стержневых электродов из круглой стали или труб. При применении углов для вертикальных электродов в качестве диаметра подставляется эквивалентный диаметр уголка
где b — ширина сторон уголка.
| Таблица 12-2 Значения коэффициента k для различных климатических зон | ||||
|---|---|---|---|---|
| Данные, характерезующие климатические зоны и тип применяемых электродов |
Климатические зоны | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| 1. Климатические признаки зон: Средняя многолетняя температура (январь), °С Средняя многолетняя высшая температура (июль), °С Среднее количество осадков, см Продолжительность замерзания вод, дни 2. Коэффициент k а) при применении стержневых электродов длиной 2—3 м и глубине заложения их вершин 0,5—0,8 м б) при применении протяженных электродов и глубине заложения их вершин 0,8 м |
От -20 до -15 Oт +16 до +18 40 190—170 1,8-2,0 4,5-7,0 |
От -14 до -10 От +18 до +22 50 150 1,5-1,8 3,5-4,5 |
От -10 до 0 От +22 до +24 50 100 1,4-1,6 2,0—2,5 |
От 0 до +5 От +24 до +26 30-50 0 1,2-1,4 1,5-2,0 |
5. Определяется примерное число вертикальных заземлителей n при предварительно принятом коэффициенте использования 
:
где 
— необходимое сопротивление искусственного заземлителя.
Коэффициенты использования вертикальных заземлителей даны в табл. 12-4 в случае расположения их в ряд и в табл. 12-5 в случае размещения их по контуру без учета влияния горизонтальных электродов связи.
6. Определяется сопротивление растеканию горизонтальных электродов 
по формулам из табл. 12-3. Коэффициенты использования горизонтальных электродов 
для предварительно принятого числа вертикальных электродов принимаются по табл. 12-6 при расположении их в ряд и по табл. 12-7 при расположении их по контуру.
| Таблица 12-4 Коэффициенты использования вертикальных электродов | ||
|---|---|---|
| Отношение расстояния между вертикальными электродами к их длине |
Число вертикальных электродов в ряду |  |
| 1 | 2 3 5 10 15 20 |
0,84—0,87 0,76—0,80 0,67—0,72 0,56—0,62 0,51—0,56 0,47—0,50 |
| 2 | 2 3 5 10 15 20 |
0,90—0,92 0,85—038 0,79—0,83 0,72—0,77 0,66—0,73 0,65—0,70 |
| 3 | 2 3 5 10 15 20 |
0,93—0,95 0,90—0,92 0,85—0,88 0,79—0,83 0,71—0,80 0,74—0,79 |
| Таблица 12-5 Коэффициенты использования вертикальных электродов | ||
|---|---|---|
| Отношение расстояния между вертикальными электродами к их длине  |
Число вертикальных электродов в ряду | |
| 1 | 4 6 10 20 10 60 100 |
0,66—0,72 0,58—0,65 0,52—0,58 0,44—0,50 0,38—0,44 0,36—0,42 0,33—0,39 |
| 2 | 4 6 10 20 10 60 100 |
0,76—0,80 071—0,75 0,66—0,71 0,61—0,66 0,55—0,61 0,52—0,58 0,49—0,55 |
| 3 | 4 6 10 20 10 60 100 |
0,84—0,86 0,78—0,82 0,74—0,78 0,68—0,73 0,64—0,69 0,62—0,67 0,59—0,65 |
| Таблица 12-6 Коэффициенты использования горизонтальных электродов | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Отношение расстояния между вертикальными электродами к их длине  |
Коэффициент использования  при числе вертикальных электродов в ряду n |
|||||||
| 4 | 5 | 8 | 10 | 20 | 30 | 50 | 65 | |
| 1 2 3 |
0,77 0,89 0,92 |
0,74 0,86 0,90 |
0,67 0,79 0,85 |
0,62 0,75 0,82 |
0,42 0,56 0,68 |
0,31 0,16 0,58 |
0,21 0,36 0,49 |
0,20 0,34 0,47 |
| Таблица 12-7 Коэффициенты использования горизонтальных электродов | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Отношение расстояния между вертикальными электродами к их длине  |
Коэффициент использования при числе вертикальных электродов в контуре n |
||||||||
| 4 | 6 | 8 | 10 | 20 | 30 | 50 | 70 | 100 | |
| 1 2 3 |
0,45 0,55 0,70 |
0,40 0,48 0,64 |
0,36 0,48 0,60 |
0,34 0,40 0,56 |
0,27 0,32 0,45 |
0,24 0,30 0,41 |
0,21 0,28 0,37 |
0,20 0,26 0,35 |
0,10 0,24 0,33 |
7. Уточняется необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом проводимости горизонтальных соединительных электродов из выражений
или
где 
— сопротивление растеканию горизонтальных электродов, определенное в п. 6.
8. Уточняется число вертикальных электродов с учетом коэффициентов использования по табл. 12-4 или 12-5:
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)
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 
.
2. Сопротивление искусственного заземлителя рассчитывается с учетом использования системы тросы — опоры;
3. Рекомендуемое для предварительных расчетов удельное сопротивление грунта в месте сооружения заземлителя — суглинке по приведенным выше данным составляет 100 Ом⋅м. 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
для вертикальных электродов
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:
где 
5. Определяется примерное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования 
:
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 
по табл. 12-7 равен: 
.
Сопротивление растеканию полосы по формуле из табл. 12-3
7. Уточненное сопротивление вертикальных электродов
8. Уточненное число вертикальных электродов определяется при коэффициенте использования 
, принятом из табл. 12-5 при n=100 и 
:
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. 
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.
Пример 12-2. Требуется рассчитать заземление подстанции с двумя трансформаторами 6/0,4 кВ мощностью 400 кВ⋅А со следующими данными: наибольший ток через заземление при замыкании на землю со стороны 6 кВ 18 А; грунт в месте сооружения — глина; климатическая зона 3; дополнительно в качестве заземления используется водопровод с сопротивлением растеканию 9 Ом.
Решение
Предполагается сооружение заземлителя с внешней стороны здания, к которому примыкает подстанция, с расположением вертикальных электродов в один ряд на длине 20 м; материал — круглая сталь диаметром 20 мм, метод погружения — ввертыванием; верхние концы вертикальных стержней, погруженные на глубину 0,7 м, приварены к горизонтальному электроду из той же стали.
1. Для стороны 6 кВ требуется сопротивление заземления, определяемое формулой (12-6):
где расчетное напряжение на заземляющем устройстве принято равным 125 В, так как заземляющее устройство выполняется общим для сторон 6 и 0,4 кВ. Далее согласно ПУЭ сопротивление заземлителя не должно превышать 4 Ом.
Расчетным, таким образом, является сопротивление заземления 
.
2. Сопротивление искусственного заземлителя рассчитывается с учетом использовании водопровода в качестве параллельной ветви заземления:
3. Рекомендуемое для расчетов сопротивление грунта в месте сооружения заземлителя — глины по табл. 12-1 составляет 70 ОмЧм. Повышающие коэффициенты для климатической зоны 3 но табл. 12-2 принимаются равными 2,2 для горизонтальных электродов при глубине заложения 0,8 м и 1,5 для вертикальных электродов длиной 2—-3 м при глубине заложения их вершины 0,5—0,8 м.
Расчетные удельные сопротивления грунта:
для горизонтальных электродов
для вертикальных электродов
4. Определяется сопротивление растеканию одного стержня диаметром 20 мм и длиной 2 м при погружении ниже уровня земли на 0,7 м по формуле из табл. 12-3:
5. Определяется примерное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования 
:
6. Определяется сопротивление растеканию горизонтального электрода из круглой стали диаметром 20 мм, приваренного к верхним концам вертикальных стержней. Коэффициент использовании горизонтального электрода в ряду из стержней при числе их примерно равном 5 и отношении расстояния между стержнями к длине стержня 
в соответствии с табл. 12-6 принимается равным 0,86.
Сопротивление растеканию горизонтального электрода по формуле из табл. 12-3
7. Уточненное сопротивление растеканию вертикальных электродов
8. Уточненное число вертикальных электродов определяется при коэффициенте использования 
, принятом из табл. 12-4 при n=4 и 
:
Окончательно принимаются 4 вертикальных стержня; при этом сопротивление растеканию несколько меньше расчетного.
Пример расчета заземляющего устройства
Заземление любой структурной единицы производственного объекта, общественного учреждения, либо всего здания в целом, является обязательным требованием для обеспечения защитных мер электробезопасности и обеспечивается присоединением электроустановок (шкафов управления, корпусов электродвигателей, станков и т.п.) к заземляющему устройству (ЗУ), состоящему из заземлителя и заземляющих проводников.
Для заземления оборудования используются различные виды заземлителей — естественные и искусственные. Первые представляют собой проложенные непосредственно в земле металлические трубопроводы и металлоконструкции самого объекта, а вторые — вертикальные и горизонтальные заземлители (стальные уголки, стержни и трубы), которые специально применяются для заземления.
В соответствии с ПУЭ, все электроустановки необходимо заземлять путем присоединения корпусов оборудования или отдельных элементов установки к заземляющему устройству в соответствии со схемой заземления.
Однако, для того чтобы ЗУ выполняло свою защитную функцию, перед его реализацией выполняется проект заземления, в котором производятся расчеты сопротивления вертикальных и горизонтальных электродов, полное сопротивление ЗУ, исходя из удельного сопротивления грунта, размеров вертикального (длина, диаметр) и горизонтального (длина, ширина) электродов, а так же величины их заглубления.
Определение значения требуемого нормируемого сопротивления
Данное значение для группового заземлителя регламентируется ПУЭ, Глава 1.7 «Заземление и защитные меры электробезопасности» (если заземляющее устройство является общим для установок на различное напряжение, то за расчетное сопротивление заземляющего устройства принимают наименьшее из допустимых):
1.7.101. Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генератора или трансформатора или выводы источника однофазного тока, в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.
Это сопротивление должно быть обеспечено с учетом использования естественных заземлителей, а также заземлителей повторных заземлений PEN или PE проводника ВЛ напряжением до 1 кВ при количестве отходящих линий не менее двух. Сопротивление заземлителя, расположенного в непосредственной близости от нейтрали генератора или трансформатора или вывода источника однофазного тока, должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. При удельном сопротивлении земли ρ > 100 Ом • м допускается увеличивать указанные нормы в 0,01ρ раз, но не более десятикратного.
Заземляющие устройства электроустановок напряжением до 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью
1.7.104. Сопротивление заземляющего устройства, используемого для защитного заземления открытых проводящих частей, в системе IT должно соответствовать условию:
R ≤ Uпр/I,
где R — сопротивление заземляющего устройства, Ом;
Uпр — напряжение прикосновения, значение которого принимается равным 50 В (см. также 1.7.53);
I — полный ток замыкания на землю, А.
Как правило, не требуется принимать значение сопротивления заземляющего устройства менее 4 Ом. Допускается сопротивление заземляющего устройства до 10 Ом, если соблюдено приведенное выше условие, а мощность генераторов или трансформаторов не превышает 100 кВ• А, в том числе суммарная мощность генераторов или трансформаторов, работающих параллельно.
Заземляющие устройства электроустановок напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью
1.7.96. В электроустановках напряжением выше 1 кВ сети с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства при прохождении расчетного тока замыкания на землю в любое время года с учетом сопротивления естественных заземлителей должно быть
R ≤ 250/I,
но не более 10 Ом, где I — расчетный ток замыкания на землю, А.
В качестве расчетного тока принимается:
- в сетях без компенсации емкостных токов — ток замыкания на землю;
- в сетях с компенсацией емкостных токов: для заземляющих устройств, к которым присоединены компенсирующие аппараты, — ток, равный 125% номинального тока наиболее мощного из этих аппаратов;
для заземляющих устройств, к которым не присоединены компенсирующие аппараты, — ток замыкания на землю, проходящий в данной сети при отключении наиболее мощного из компенсирующих аппаратов.
Расчетный ток замыкания на землю должен быть определен для той из возможных в эксплуатации схем сети, при которой этот ток имеет наибольшее значение.
Удельное сопротивление грунта
Удельное электрическое сопротивление грунта — параметр, определяющий уровень «электропроводности» грунта как проводника. Оно зависит от состава грунта, размеров и плотности прилегания друг к другу его частиц, влажности и температуры, концентрации в нём растворимых химических веществ (солей, кислотных и щелочных остатков), температуры и т.п. и колеблется в очень широких пределах.
Величину сопротивления грунта можно значительно понизить за счёт уменьшения переходного сопротивления между заземлителем и почвой путём тщательной очистки перед укладкой поверхности заземлителя и утрамбовкой вокруг него почвы, подсыпкой поваренной соли, а также орошением почвы вокруг заземлителей (орошение почвы вокруг заземлителей 2-5%-ным соляным раствором снижает сопротивление заземления в 5 — 10 раз).
В лучшем варианте в наличии могут быть результаты геологических изысканий, выполненные специализированной организацией, в ином случае, нужно обратиться к карте грунтов местности, в соответствии с ней выбрать значение по Таблице 1:
Таблица 1 — Приближенные значения удельных электрических сопротивлений различных грунтов и воды:
|
Грунт, вода |
Удельное сопротивление, Ом∙м |
|
|
возможные пределы |
при влажности 10-20% |
|
| Глина |
8-70 |
40 |
| Суглинок |
40-150 |
100 |
| Песок |
400-700 |
700 |
| Супесь |
150-400 |
300 |
| Торф |
10-30 |
20 |
| Чернозем |
9-53 |
20 |
| Садовая земля |
30-60 |
40 |
| Каменистый |
500-800 |
— |
| Скалистый |
104-107 |
— |
| Вода: | ||
| морская |
0,2-1 |
— |
| речная |
10-100 |
— |
| прудовая |
40-50 |
— |
| грунтовая |
20-70 |
— |
| в ручьях |
10-60 |
— |
Хорошо проводящие грунты теряют свои свойства при отсутствии влаги. Для большинства грунтов 30%-ного содержания влаги достаточно для обеспечения малого сопротивления. Например, для суглинков удельное сопротивление при влажности 5% составляет 165000 Ом/см3, а при влажности 30% — 6400 Ом/см3 [11]. Поэтому везде, где это возможно, заземлители следует помещать довольно глубоко — на уровне грунтовых вод либо на постоянном уровне влаги.
Изменение температуры почвы также значительно влияет на её удельное сопротивление.
| Температура почвы, оС |
Удельное сопроти— вление почвы, Ом |
|---|---|
| 20 | 72 |
| 10 | 99 |
| 0 (вода) | 138 |
| 0 (лед) | 300 |
| -5 | 790 |
| — 15 | 3300 |
При промерзании сопротивление грунтов резко возрастает. Например, для суглинков удельное сопротивление при влажности 15% и температуре 20оС составляет 72 Ом/см3, при температуре 5оС — 790 Ом/см3, а при температуре -15оС — 3300 Ом/см3
Климатическая зона
Местонахождение выполняемых работ определяет климатическую зону, характерную для данной местности.
Таблица 2 — Признаки климатических зон для определения коэффициентов сезонности ψ:
|
Характеристика климатической зоны |
Климатические зоны |
|||
|
I |
II |
III |
IV |
|
| Средняя многолетняя низшая температура (январь), °С |
От -20 |
От -14 |
От -10 |
От 0 |
| Средняя многолетняя высшая температура (июль), °С |
От +16 |
От +18 |
От +22 |
От +24 |
| Среднегодовое количество осадков, см |
~40 |
~50 |
~50 |
~30-50 |
| Продолжительность замерзших вод, дни |
190-170 |
~150 |
~100 |
0 |
Коэффициент сезонности
В зависимости от габаритов горизонтального и вертикального заземлителей находится коэффициент сезонности, который показывает на сколько промерзание грунта снижает эффективность заземления.
Таблица 3 — Коэффициенты сезонности ψ для однородной земли:
|
Климатическая |
Влажность земли во время |
||
|
повышенная |
нормальная |
малая |
|
| Вертикальный электрод длиной 3 м | |||
|
I |
1,9 |
1,7 |
1,5 |
|
II |
1,7 |
1,5 |
1,3 |
|
III |
1,5 |
1,3 |
1,2 |
|
IV |
1,3 |
1,1 |
1,0 |
| Вертикальный электрод длиной 5 м | |||
| I |
1,5 |
1,4 |
1,3 |
| II |
1,4 |
1,3 |
1,2 |
| III |
1,3 |
1,2 |
1,1 |
| IV |
1,2 |
1,1 |
1,0 |
| Горизонтальный электрод длиной 10 м | |||
| I |
9,3 |
5,5 |
4,1 |
| II |
5,9 |
3,5 |
2,6 |
| III |
4,2 |
2,5 |
2,0 |
| IV |
2,5 |
1,5 |
1,1 |
| Горизонтальный электрод длиной 50 м | |||
| I |
7,2 |
4,5 |
3,6 |
| II |
4,8 |
3,0 |
2,4 |
| III |
3,2 |
2,0 |
1,6 |
| IV |
2,2 |
1,4 |
1,12 |
Количество электродов
Количество применяемых горизонтальных и вертикальных электродов создает понятие коэффициента использования этих устройств. Ведь электрод, удаленный от точки подключения заземления имеет ниже эффективность, чем первый. Таким образом, исходя из таблиц 4, 5, мы видим, что не рационально использование более 20 шт. заземлителей размещенных в ряд. А при размещении по контуру — невозможно применение 2-х штырей.
Таблица 4 — Коэффициенты использования ηв вертикальных электродов группового заземлителя (труб, уголков и т.п.) без учета влияния полосы связи:
| Отношение расстояний между вертикальными электродами к их длине |
Число заземлителей, n |
|||||||
|
2 |
4 |
6 |
10 |
20 |
40 |
60 |
100 |
|
| Электроды размещены в ряд | ||||||||
| 1 |
0,85 |
0,73 |
0,65 |
0,59 |
0,48 |
— |
— |
— |
| 2 |
0,91 |
0,83 |
0,77 |
0,74 |
0,67 |
— |
— |
— |
| 3 |
0,94 |
0,89 |
0,85 |
0,81 |
0,76 |
— |
— |
— |
| Электроды размещены по контуру | ||||||||
| 1 |
— |
0,69 |
0,61 |
0,56 |
0,47 |
0,41 |
0,39 |
0,36 |
| 2 |
— |
0,78 |
0,73 |
0,68 |
0,63 |
0,58 |
0,55 |
0,52 |
| 3 |
— |
0,85 |
0,80 |
0,76 |
0,71 |
0,66 |
0,64 |
0,62 |
Таблица 5 — Коэффициенты использования ηг горизонтального полосового электрода, соединяющего вертикальные электроды (трубы, уголки и т.п.) группового заземлителя:
| Отношение расстояний между вертикальными электродами к их длине |
Число вертикальных электродов |
|||||||
|
2 |
4 |
6 |
10 |
20 |
40 |
60 |
100 |
|
| Вертикальные электроды размещены в ряд | ||||||||
| 1 |
0,85 |
0,77 |
0,72 |
0,62 |
0,42 |
— |
— |
— |
| 2 |
0,94 |
0,80 |
0,84 |
0,75 |
0,56 |
— |
— |
— |
| 3 |
0,96 |
0,92 |
0,88 |
0,82 |
0,68 |
— |
— |
— |
| Вертикальные электроды размещены по контуру | ||||||||
| 1 |
— |
0,45 |
0,40 |
0,34 |
0,27 |
0,22 |
0,20 |
0,19 |
| 2 |
— |
0,55 |
0,48 |
0,40 |
0,32 |
0,29 |
0,27 |
0,23 |
| 3 |
— |
0,70 |
0,64 |
0,56 |
0,45 |
0,39 |
0,36 |
0,33 |
Пример расчета заземляющего устройства
Понравилась статья? Поделитесь ссылкой:
2020-05-18T09:46:23+03:00
1. В соответствии с
правилами устройства электроустановок
(ПУЭ) устанавливают необходимое
сопротивление
заземления R3.
2. Определяют путём
замера или расчёта возможное сопротивление
растеканию естественных заземлителей
Rе.
3. Если Rе
< R3,
то устройство искусственного
заземления
не требуется. ЕслиRе
> R3,
то необходимо устройство искусственного
заземления:
Rи =
R3Rе
(R3 –
Rе)-1
.
4.По
табл. 2 и 3 определяют удельное сопротивлениеρгрунта, коэффициент
сезонности, зависящий от климатических
зон и вида
заземлителя,и определяют расчётное
удельное сопротивление грунта
заземлителей,Ом·м:
ρрасч
= kс
ρ ,
где kс– коэффициент сезонности.
5.
Установив характер расположения
заземления (в ряд или контур),
определяют число вертикальных
заземлителей:
nв =
Rв(ηвRи)-1
,
где ηв– коэффициент использования вертикальных
заземлителей
(определяется по табл. 4 и 5), гдеa– расстояние
между электродами.
При
устройстве простых заземлителей
(короткий ряд вертикальных
стержней) расчёт на этом заканчивают,
не учитывая
проводимость соединяющей полосы,
так как длина её невелика.
Т а б л и ц а 2
Приближённые значения удельного сопротивления ρгрунтов и воды
-
Грунт и вода
Возможные
пределы колебаний, Ом·мГлина
Суглинок
Песок
Супесок
Торф
Чернозём
Садовая земля
Каменистый грунт
Вода:
речная
прудовая
грунтовая
8 – 70
40 – 150
400 – 700
150 – 400
10 – 30
9 – 53
30 – 60
500 – 800
10 – 100
40 – 50
20 – 70
Т а б л и ц а 3а
Климатические зоны
|
Характеристики |
I |
II |
III |
IV |
|
Средняя многолетняя |
От –20 °С до –15°С |
От –14 °С до –10 |
От 0 °С до 0 °С |
От 0 °С до +5 °С |
|
Средняя многолетняя |
От +16 °С до +18 °С |
От +18 °С до +22 °С |
От +22 °С до +24 °С |
От +24 °С до +26 °С |
|
Среднегодовой |
~400 |
~500 |
~5000 |
300 – 500 |
|
Продолжительность |
190 – 170 |
150 |
100 |
0 |
Т а б л и ц а 3б
Коэффициент сезонности
|
Климатические |
I |
II |
III |
IV |
|
kсстержневых электродов
(l |
1,8 – 2 |
1,5 – 1,8 |
1,4 – 1,6 |
1,2 – 1,4 |
|
kсгоризонтальных электродов на |
4,5 – 7,0 |
3,5 |
2,0 – 2,5 |
1,5 – 2,0 |
|
kспри длине стержней 5 ми глубине |
1,35 |
1,25 |
1,15 |
1,1 |
6. Определение
сопротивления растеканию одного
вертикального заземлителя (рис. 6)
осуществляется по формуле
где lв– длина вертикального электрода,
м;t– глубина
заложения, равная расстоянию
от поверхности земли до середины
электрода,м;d
– диаметр
круглого стержневого электрода,м.
Формула справедлива при (lв>>d,t0 >
0,5м – рис.8).
Для уголковых электродов
формулы упрощаются
[6]:
-
для уголка с
профилем 50×50×5 мм–Rв= 0,348 ρрасч; -
для уголка с
профилем 60×60×6 мм–Rв= 0,298 ρрасч; -
для уголка с
профилем 75×75×8 мм–Rв= 0,348 ρрасч;
Т а б л и ц а 4
Соседние файлы в папке методички по БиЭП к ДП
- #
- #
- #
- #
- #
Вернутся в раздел: заземление
Прежде чем окончательно перейти к расчётной части заземления, ещё несколько выдержек из ПУЭ 1.7:
1.7.15. Заземлитель — проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду.
1.7.16. Искусственный заземлитель — заземлитель, специально выполняемый для целей заземления.
1.7.17. Естественный заземлитель — сторонняя проводящая часть, находящаяся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду, используемая для целей заземления.
1.7.18. Заземляющий проводник — проводник, соединяющий заземляемую часть (точку) с заземлителем.
1.7.19. Заземляющее устройство — совокупность заземлителя и заземляющих проводников.
1.7.20. Зона нулевого потенциала (относительная земля) — часть земли, находящаяся вне зоны влияния какого-либо заземлителя, электрический потенциал которой принимается равным нулю.
1.7.21. Зона растекания (локальная земля) — зона земли между заземлителем и зоной нулевого потенциала.
Термин земля, используемый в главе, следует понимать как земля в зоне растекания.
Расшифруем некоторые термины о чём сказано выше, если через заземлитель пропустить ток, то на самом заземлителе и в точках земли, расположенных в непосредственной близости от него, возникнут потенциалы (относительно бесконечно удаленной точки), распределение которых показано на рис. 1. Из рисунка видно, что с удалением от места расположения заземлителя потенциал уменьшается, так как поперечное сечение земли, через которое протекает ток, увеличивается. В удаленных точках потенциалы близки к нулю. Таким образом, в качестве точек нулевого потенциала могут служить точки, достаточно удаленные от заземлителя, потенциалы которых практически равны нулю. Обычно достаточно расстояние несколько десятков метров. Крутизна кривой распределения потенциалов зависит от проводимости грунта: чем больше проводимость грунта, тем более пологую форму имеет кривая, тем дальше расположены точки нулевого потенциала.
Сопротивление, которое оказывает току грунт, называется сопротивлением растеканию. В практике сопротивление растеканию относят не к грунту, а к заземлителю и применяют сокращенный условный термин «сопротивление заземлителя». Сопротивление заземлителя 
(Rзм) определяется отношением напряжения (Uзм) на заземлителе относительно точки нулевого потенциала к току (Iзм), протекающему через заземлитель, поэтому основной расчет защитного заземления сводится к определению сопротивления растекания тока заземлителя. Это сопротивление зависит от размеров и количества заземляющих проводников, расстояния между ними, глубины их заложения и проводимости грунта.
Выбор схемы для расчёта заземления:
В ряд или контур (одиночное заземление рассмотрим позже, см. Примеры расчёта заземляющего устройства) производится для того чтобы определить сопротивление сооружаемого заземления при эксплуатации, его размеры, форму и расчётную часть. Ряд или контур заземления состоит из вертикальных заземлителей, горизонтальных заземлителей и заземляющего проводника. Вертикальные заземлители заглубляются в почву на определенную глубину.
Горизонтальные заземлители соединяют между собой вертикальные заземлители. Заземляющий проводник соединяет контур заземления непосредственно с электрощитом.
Размеры и количество этих заземлителей, расстояние между ними, удельное сопротивление грунта – все эти параметры напрямую зависят на сопротивление заземления для расчёта. Ниже на схеме рис. 2, показаны самые распространенные вертикальные искусственные заземлители (электродов) — треугольником, в ряд и по контуру заземления:
Рис. 2
Рис. 3
На рис. 3 показана стандартная схема продольного разреза вертикального заземлителя для расчёта электрода одиночного, треугольного, в ряд или контурного заземления, где t(м) — в общем случае глубина траншеи, допускается 0,5 -0,8 м., длина стержня электрода (L) рекомендуется 1,5 — 3 м. Где Н — толщина верхнего слоя грунта, если грунт неоднородный, необходимо провести расчёт ρэкв для двухслойного грунта.
Формулы для расчета заземления:
Основной расчет защитного заземления сводится к определению сопротивления растекания тока заземлителя. Это сопротивление зависит от размеров и количества заземляющих проводников, расстояния между ними, глубины их заложения и проводимости грунта.
Целью расчета заземления является определить число заземляющих стержней и длину полосы, которая их соединяет.
Для перевода круглого металла (пруток, труба) в полосу: b = 2·d, где b — ширина полосы м м., d — диаметр прутка, трубы в м. и соответственно на оборот, полосу в диаметр: d = 0,5·b; для перевода уголка в диаметр: d = 0.95·b, где b — ширина полки уголка в м.
1. Расстояния между заземляющими стержнями берется из соотношения их длины (см. рис. 2), то есть:
a = 1хL; a = 2хL; a = 3хL
где, a — расстояния между заземляющими; L — длина стержня (электрода), 1 — 3 соотношение.
2. Сопротивление растекания тока одного вертикального заземлителя (стержня):
где, ρэкв — эквивалентное удельное сопротивление грунта вычислим по формуле: ρэкв = Ψ·ρ, Ψ — повышающий коэффициент климатической зоны, ρ — удельное сопротивление грунта Ом·м; L – длина стержня, м; d – его диаметр, м; Т – расстояние от поверхности земли до середины стержня, м. (см. рис. 3, h1 = 0,5l + t), H — толщина верхнего слоя грунта при неоднородном грунте (двухслойном). Ниже на рис. 4 формулы и расположения электродов для расчёта с применением логарифмов:
Рис. 4 (прим. где h1 = T)
3. В неоднородном грунте (двухслойный), эквивалентное удельное сопротивление грунта находится по формуле:
где – Ψ — сезонный климатический коэффициент (таблица 5); ρ1, ρ2 – удельное сопротивления верхнего и нижнего слоя грунта соответственно, Ом·м (см. таблицу 5); Н – толщина верхнего слоя грунта, м; t — заглубление вертикального заземлителя (глубина траншеи) t = 0,5 — 0.8 м.
4. Количество необходимых заземлителей определяется по формулам:
4.1 методом приближения (как пользоваться данным методом расскажем в примерах позже):
где, kисп — отношение расстояния между заземляющими стержнями (см. пункт 1), R1 = R0 — (см. пункт 2), Rнор — нормативные требования сопротивления (ПУЭ 1.7.101. или 1.7.103. см. страницу заземлители заземляющего устройства).
4.2 с помощью таблиц (без учета сопротивления горизонтального заземления):
где, Ψ – коэффициент сезонности вертикального заземлителя (см. таблица 6, страница глубина промерзания грунта); Rн — нормируемое сопротивление растеканию тока заземляющего устройства, см. таблицу 8, ниже):
Таблица 8
где, А, Б, В и Г — условное обозначение категорийности в помещениях по взрывоопасности
4.3 расчёт предварительное количество стержней вертикального заземления без учета сопротивления горизонтального заземления находится по формуле:
где коэффициент спроса (использования) принимаем η = 1; далее по таблице 3 выберем по числу электродов n — при отношение расстояние между электродами к их длине a = 1хL, Rн — нормируемое сопротивление и коэффициент спроса (использования) — η;
где с найденным коэффициентом спроса η, методом интерполяции снова уточняем количество электродов n.
Полученное при расчете число заземлителей округляется до ближайшего большего в таблице 3.
5. Находим сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя:
где, LГ, b – длина и ширина горизонтального заземлителя; Ψ – коэффициент сезонности горизонтального заземлителя; ηГ – коэффициент спроса горизонтальных заземлителей (см. таблицу 3, заземлители заземляющего устройства); где, LГ — длину самого горизонтального заземлителя найдем исходя из количества заземлителей:
Lг = а · (n — 1) — в ряд; Lг = а · n — по контуру;
где, а – расстояние между заземляющими стержнями, n0 — количество заземлителей.
6. Далее определим общее сопротивление вертикального заземлителя с учетом сопротивления растеканию тока горизонтальных заземлителей и коэффициентов:
где, Rоб — общее сопротивление заземлителей; Rв — вертикального; RГ — горизонтального, ηВ и ηГ — коэффициенты использования вертикального и горизонтального заземлителя, n — шт количество вертикальных заземлителей.
Примечание автора: в примерах могут использоваться и другие формулы, непротиворечив взятому обозначению в этой статье.
Продолжение: ⇒ примеры расчета
