Расчет защитного заземления

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей оборудования, которые могут оказаться под напряжением, с землей при помощи заземляющего устройства. Схема защитного заземления представлена на рис.2.

Рис. 2.Схема защитного заземления

Принцип действия защитного заземления заключается в снижении до безопасных значений напряжений прикосновения и шага.

Снижение напряжения прикосновения обеспечивается:

- уменьшением сопротивления заземляющего устройства;

- путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек и заземляемого оборудования;

Снижение шагового напряжения обеспечивается за счет равномерного распределения электродов заземлителя на площадке обслуживания.

Область применения защитного заземления:

1.Электрические сети напряжением 1000 В

1.1 переменного тока трехфазные трехпроводные с изолированной нейтральной точкой источника тока;

1.2 переменного тока однофазные двухпроводные с изолированным выводом источника тока;

1.3 постоянного тока с изолированной средней точкой источника тока.

2.Электрические сети напряжением выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтральной и средней точек источника тока.

Целью расчета является определение числа одиночных вертикальных электродов, длины горизонтальной соединительной полосы проектируемого заземлителя, обеспечивающих суммарное сопротивление заземлителя, отвечающего требова­ниям ПУЭ: R_{з гр} < R_{з доп}. Исходные данные представлены в табл.28

Порядок расчета.

1. Исходя из местонахождения предприятия принять вид грунта и по табл.29 его удельное сопротивление ρ _изм. не менее среднего значения предела колебаний.

2. На основании исходных данных (табл. 28) в соответствии с требованиями ПУЭ и ГОСТ 12.1.030-81 определить допустимое сопротивление растеканию тока R_{з доп} (табл. 30, 31).

3. Определить расчетное удельное сопротивление грунта ρ _{в расч} (наибольшее значение его в течение года с учетом изменения влажности) по формуле.

Ом∙ м, (28)

где K_св - коэффициент сезонности, учитывающий изменение сопротивления грунта с изменением его влажности для вертикальных электродов (табл.32). Признаки климатических зон приведены в табл.33.

4. В соответствии с вариантом задания определить расчетное сопротивление одиночного электрода заданного профиля R_э. Расчетные формулы приведены в табл.34. В приведенных формулах: ρ _в.расч - расчетное удельное сопротивление грунта Ом·м; l, d - длина и диаметр электрода, м (см. графы 5, 6 в табл. 28); t – глубина заложения заземлителя, м; b – ширина полки уголка или горизонтальной полосы, м.

(29)

где – расстояние от поверхности земли до электрода, м ( = 0, 5-0, 8 м);

l – длина электрода, м.

5. Методом последовательных приближений определить число верти­кальных электродов по формуле:

(30)

где η _в – коэффициент использования вертикальных электродов (табл. 35).

Так как значение η _в, зависит от числа одиночных электродов, которое неизвестно, расчет ведется в нижеприведенной последовательности:

- принять η _в = 1 и рассчитать n_в без учета явления экранирования по формуле 30;

- выбрать схему размещения электродов (в ряд или по контуру при n > 3);

- для найденного n_в по табл. 35 с учетом схемы размещения электродов и расстояния α между ними (табл. 28) определить соответствующее значение η _в и т.д. до получения разницы между последними числами электродов меньше 1. Округлить полученное значение до ближайшего большего целого числа и определить по табл. 35 окончательное значение η _в.

Например: R_э = 44, 6 Ом, R_{з доп} = 4 Ом,

Для n_в = 11 и α / l = 4.5/3 = 1.5 по табл. 33 методом интерполяции определяем η _в = 0, 6.

Уточняем число электродов:

n_в = 19 соответствует η _в = 0, 56. Подставив η _в = 0, 56 в формулу (30), получим

Округлив, имеем окончательное значение n_в = 20 электродам и соответствующий ему коэффициент использования η _в = 0, 55, который необходим для расчета суммарного сопротивления заземлителя из вертикальных электродов R_св (формула 36) и общего сопротивления группового заземлителя R_згр (формула 38).

6. Определить длину горизонтальной соединительной полосы l _г. Для электродов, расположенных по контуру по формуле:

м, (31)

Для электродов, расположенных в ряд по формуле;

м, (32)

где α - расстояние между электродами, м; – число вертикальных электродов.

7. Определить расчетное удельное сопротивление грунта для горизонтальной соединительной полосы по формуле:

Ом·м, (33)

где – коэффициент сезонности для однородной земли при использовании горизонтальных заземлителей (табл. 32).

8. Вычислить сопротивление растеканию тока горизонтальной полосы без учета коэффициента использования по формуле.

Ом, (34)

где b₁ – ширина полосы, м (0, 04м); – глубина заложения полосы, м.

м. (35)

9. Определить коэффициент использования горизонтальной полосы (табл. 36), так как при групповом заземлителе наряду с взаимоэкранированием вертикальных электродов возникает экранирование между горизонтальной соединительной полосой и вертикальными электродами.

10. Рассчитать суммарное сопротивление заземлителя из вертикальных электродов и общее сопротивление полосы , Ом.

(36)

(37)

11. Определить общее сопротивление группового заземлителя Rз гр, Ом;

(38)

Если число вертикальных электродов и длина соединительной полосы определены правильно (и нет ошибки в выборе коэффициентов), сопротивление группового заземлителя должно быть меньше допустимого по ПУЭ Rз гр ≤ Rз доп. При Rз гр > Rз доп расчет повторяют, увеличив число электродов. Нежелательны также большие отклонения Rз гр от Rз доп в сторону меньших значений, так как в этом случае будет завышено число электродов, что неэкономично, связано с перерасходом материалов и увеличением объема работ по устройству заземления.

Таблица 28

Варианты заданий

Таблица 29

Приближенные значения удельных сопротивлений грунта

Таблица 30

Наибольшие допустимые сопротивления защитных заземляющих устройств в электроустановках (по ПУЭ)

Таблица 31

Наибольшие допустимые сопротивления заземляющих устройств опор линий электропередачи (по ПУЭ)

Таблица 32

Значения коэффициентов сезонности К_с для однородной земли

Примечание. Земля считается повышенной влажности если измерению ее сопротивления предшествовало выпадение большого количества (свыше нормы) осадков; нормальной (средней) влажности если измерению предшествовало выпадение небольшого количества (близкого к норме осадков); малой влажности если земля сухая, количество осадков в предшествующий период ниже нормы.

Таблица 33

Признаки климатических зон для определения коэффициента сезонности

Примечание. Характеристики климатических зон выбираются по СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика.

Примерное распределение республик и областей по климатическим зонам:

1зона: Омская, Новосибирская, Читинская, Иркутская области, Хабаровский и Красноярский края, Амурская и Сахалинская области и др.;

2 зона: Ленинградская, Вологодская области, Центральные районы РФ до Волгоградской области на юге и др.;

3 зона: Латвия, Эстония, Литва, Белоруссия, Украина (кроме южных областей), Псковская, Новгородская, Смоленская, Брянская, Курская, Ростовская области и др.;

4 зона: Молдавия, Одесская, Херсонская, Крымская, Астраханская области, Краснодарский и Ставропольский края, Азербайджан, Грузия, Армения, Узбекистан, Таджикистан, Киргизия, и Туркмения (кроме горных районов).

Таблица 34

Формулы для вычисления сопротивления одиночных электродов растеканию

Тип электрода	Схема забивки	Формула	Условия применения
1.Труба или стержень у поверхности земли
2. Труба или стержень, забитый на глубину
3. Уголковый стержень у поверхности земли
4. Уголковый стержень, забитый на глубину
5. Протяжённый на поверхности земли (полоса, стержень) или на глубине

Таблица 35

Коэффициенты использования ɳ _в вертикальных электродов группового заземлителя (труб, уголков и т.п.) без учета влияния полосы связи

Таблица36

Коэффициенты использования горизонтального полосового электрода, соединяющего вертикальные электроды (трубы, уголки) группового заземлителя

ПРИЛОЖЕНИЯ