Методика и алгоритм расчета защитного заземления

Цель расчета – определение основных, конструктивных параметров заземления (числа, размеров, порядка размещения вертикальных стержней и длины соединительной полосы, объединяющей их в груповой заземлитель), при которых сопротивление растеканию тока выбранного группового заземлителя (R_гр) не превзойдет нормативного значения (R_зн).

Расчет производится методом коэффициентов использования в нижеприведенной последовательности:

5.2.1 Уточнить исходные данные. Для расчета защитного заземления необходимы следующие сведения:

- характеристика электроустановки (тип установки, рабочее напряжение, способы заземления нейтралей, размещение оборудования и т.п.)

- форма и размеры стержней, из которых предусмотрено изготовить проектируемый заземлитель, предполагаемая глубина заложения их в земле.

5.2.2 Определить расчетный ток замыкания на землю и соответствующее ему нормативное значение сопротивления растеканию тока защитного заземления.

Расчетный ток замыкания – это наибольший возможный в данной электроустановки ток замыкания на землю. Для электроустановок напряжением до 1000В ток однополюсного замыкания на землю не превышает 10А, т.к. даже при самом плохом состоянии изоляции и значительной емкости сопротивление фазы относительно земли не бывает менее 100 Ом. Нормативное значение сопротивления защитного заземления практически не зависит от этого тока и согласно ПУЭ [7] и ГОСТ 12.1.030-81 [1] не должно превышать значений, приведенных в табл. 5.1.

В электроустановках напряжением свыше 1000В с изолированной нейтралью расчетное значение тока замыкания на землю может быть определено по следующей полуэмпирической формуле:

(5.1)

где – линейное напряжение сети (на высокой стороне трансформаторной подстанции), кВ;

– длина электрически связанных соответственно кабельных и воздушных линий, км;

Соответствующее полученному расчетному тока замыкания на землю нормативные значения сопротивления заземляющего устройства (ЗУ) выбираются по табл. 5.1.

Наибольшие допустимые сопротивления защитных заземляющих устройств в соответствии с требованиями ПУЭ [7] и ГОСТ 12.1.030-81 [1] приведены а таблице 5.1.

При совмещении ЗУ различных напряжений или назначений принимается меньшее из требуемых правилами значение сопротивлений.

5.2.3. Определить требуемое сопротивление искусственного заземлителя.

При использовании естественных заземлителей R_И определяется по формуле:

, Ом (5.2)

где:

- сопротивление растеканию тока естественных заземлителей, Ом;

- требуемое сопротивление искусственного заземлителя, Ом;

- расчетное нормированное сопротивление ЗУ, Ом; (табл. 5.1.)

При отсутствии естественных заземлителей требуемое сопротивление искусственного заземлителя равно рассчитанному нормируемому сопротивлению ЗУ:

Таблица 5.1 Допустимые сопротивления защитных заземляющих устройств

№ п/п	Характеристика электроустановки	Наибольшие, допустимые сопротивления заземляющего устройства, Ом
	Электроустановки напряжением до 1000В Защитные заземляющие устройства сети с изолированной нейтралью при мощности генератора или трансформатора до 100 кВ·А более 100 кВ·А
	Электроустановки напряжением выше 1000В Защитные заземляющие устройства электроустановок сети с эффективно заземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю). Заземляющее устройство выполняется с соблюдением требований к его сопротивлению   Защитные заземляющие устройства электроустановок сети с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю).   - если заземляющее устройство используется только для электроустановок выше 1000В   - если заземляющее устройство используется только для электроустановок до 1000В	0.5   250/I, но не более 10 (I – расчетный ток замыкания на землю, А)   125/ I, но не более 10

5.2.4. Определить расчетное удельное сопротивление земли по формуле:

, Ом×м, (5.3)

где

– расчетное удельное сопротивление земли, Ом·м;

– удельное сопротивление земли, полученное в результате измерений, Ом·м;

ψ– коэффициент сезонности, учитывающий промерзание или высыхание грунта (выбирается по приложение Б, таблица Б.1

5.2.5. Вычислить сопротивление растеканию тока одиночного вертикального заземлителя Rв, Ом. Расчетная формула выбирается по табл. 1.17 [6] в завимости от типа, геометрических размеров и условий залегания. В случае стержневого круглого сечения (трубчатого) заземлителя, заглубленного в землю (рис. 5.2), расчетная формула имеет вид:

0,8м t

Ом, (5.4)

l

d

где

расчетное удельное сопротивление грунта, определенное по формуле 5.3, Ом·м;

длина вертикального стержня, м;

диаметр сечения, м;

расстояние от поверхности грунта до середины длины вертикального стержня, м.

5.2.6. Рассчитать приближенное (минимальное) количество вертикальных стержней:

(5.5)

где

– сопротивление растекание тока одиночного вертикального заземлителя, Ом;

– требуемое сопротивление искусственного заземлителя, Ом;

Полученное число стержней округляют до справочного значения [5].

5.2.7. Определить конфигурацию группового заземлителя – ряд или контур — с учетом возможности его размещения на отведенной территории и соответствующую длину горизонтальной полосы:

по контуру , м (5.6)

ряд , м (5.7)

где:

а – расстояние между вертикальными стержнями, м, определяемое из соотношения:

(5.8)

где коэффициент кратности, равный 1, 2, 3;

длина вертикального стержня.

количество вертикальных стержней.

5.2.8. Вычислить сопротивление растеканию тока горизонтального стержня Rr, Ом. Расчетные формулы приведены в табл. 1.17 [6]. В случае горизонтального полосового заземлителя (рис. 5.3) расчет выполняется по формуле:

0,8 t

b Ом (5.9)

где

расчетное удельное сопротивление грунта, Ом·м;

длина горизонтальной полосы, м;

ширина полосы, м;

расстояние от поверхности грунта до середины ширины горизонтальной полосы.

5.2.9. Выбирать коэффициенты использования вертикальных стержней и горизонтальной полосы с учетом числа вертикальных стержней и отношения расстояния между стержнями к их длине (Приложение Б, таблицы Б.2, Б.3).

5.2.10. Рассчитать эквивалентное сопротивление растеканию тока группового заземлителя:

, (5.10)

где

– соответственно сопротивления вертикального стержня и горизонтальной полосы, Ом;

- соответственно коэффициенты использования вертикальных стержней и горизонтальной полосы, Ом;

n – количество вертикальных стержней.

5.2.11 Полученное сопротивление растеканию тока группового заземлителя не должно превышать требуемое сопротивление, определенное в пункте 5.2.3:

(5.11)

Если полученное сопротивление группового заземлителя удовлетворяет условию 1.11, расчет считается выполненным. Если больше или значительно меньше требуемого ( 20%), необходимо внести поправки в предварительную схему ЗУ:

- изменить количество вертикальных стержней;

- конфигурацию ЗУ;

- произвести повторный расчет, начиная с пункта 1.2.6.

Таким образом, защитное заземление рассчитывается путем последовательных приближений.

5.2.12. Рассчитанные параметры ЗУ привести в таблице 5.2.

Таблица 5.2. Рассчитанные параметры ЗУ.

rгр Ом·м	l в, м	К	n, шт	lг, м	hв	hг	Rв, Ом	Rг, Ом	Rгр, Ом	Rи, Ом

Контрольные вопросы

1. Назначение защитного заземления;

2. Принцип действия защитного заземления;

3. Область применения защитного заземления;

4. Цель расчета защитного заземления;

5. Нормирование значений сопротивления заземляющего устройства;

6. Физический смысл коэффициента использования заземлителя.

Трансформаторная подстанция напряжением U, кВ	Размеры площадки	Расчетное сопротивление естественного заземлителя, Rе, Ом	Протяженность линии электропередач	Параметры вертикального электрода	Параметры горизонтального электрода	Удельное сопротивление земли r измеренное, Ом × м	Климатическая зона
Длина L, м	Ширина В, м	l К.Л. ,км	L В.Л., км	Длина l В,м	Диаметр d, мм	Ширина полосы, мм
6,00	0,40										I
10,00	6,00										II
10,00	0,40										III
6,00	0,40										IV

Литература

1. ГОСТ 12.1.030.-81. ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление. Введ. 01.07.82г.

2. ГОСТ 12.1.013.-78. ССБТ. Строительство. Электробезопасность. Общие требования. Введ. 01.01.80г.

3. ГОСТ 12.1.038.-82. ССБТ. Предельнодопустимые уровни напряжений прикосновения и токов. Введ. 01.07.83г.

4. П.А. Долин. Основы техники безопасности в электроустановках. – М.: Энергия.- 1984.-448 с.

5. М.О. Найфельд. Заземление, защитные меры электробезопасности. –М.: Энергия.- 1971.

6. П.А. Долин. Справочник по технике безопасности. –М.: Энергоатомиздат 1984.-824 с.

7. Правила устройства электроустановок. -М.: Энергоатомиздат.- 1987.-648 с.