Розрахунок заземлюючих пристроїв

Вихідними для розрахунку є:

- допустимий опір розходження струму землі заземлюючого пристрою (вимоги ПОЕ) R_з.норм (табл. 1);

- питомий опір ґрунту в місці спорудження заземлювача (ρ₃, Ом. м; тип заземлювача і його конструктивні розміри (труба, кутикова сталь, угвинчувана кругла сталь), м;

- конструкція заземлюючого пристрою (заземлювачі розміщені в ряд чи по контуру).

Розрахунок захисного заземлення здійснюється методом коефіцієнтів використання електродів при однорідній структурі ґрунту для розрахунку простих заземлюючих пристроїв; у випадку складної двошарової структури ґрунту та складних заземлювачів застосовують спосіб наведених потенціалів

Нижче наведено порядок розрахунку заземлюючих пристроїв в однорідній землі за методом коефіцієнтів використання.

Таблиця 1. Допустимі значення опору захисного заземлення в електротехнічних установках

Характеристика установок	Найбільший допустимий опір заземлення
Установки з напругою вище 1000 В
Захисне заземлення в установках з великими струмами замикання на землю (Із >500 A)	0,5
Захисне заземлення в установках з малими струмами замикання на землю (Із <=500 A)	0,5
-заземлюючий пристрій одночасно використовується для установок з напругою до 1000 В	125/Із<=10
-заземлюючий пристрій одночасно використовується для установок з напругою вище 1000 В	125/Із<=10
Установки з напругою до 1000 В
Захисне заземлення всіх установок

Мета розрахунку захисного заземлення - визначення кількості електродів заземлення і заземлюючих провідників, їх розмірів і схем розміщення в ґрунті, при яких опір заземлюючого пристрою розходженню струму або напруга дотику при замиканні фази на заземлені частини електроустановок не перевищує допустимих значень.

Послідовність розрахунку

1. Визначають розрахунковий питомий опір землі ρ_р.з= ф ρ_з, де ф - коефіцієнт сезонності, який враховує можливі коливання питомого опору землі при зміні вологості ґрунту протягом року. Значення ф визначається за табл. 2.

Таблиця 2. Характеристики кліматичних районів, наближені значення коефіцієнтів сезонності ф до величини ρ_з

Характеристика районів і види заземлювачів, які застосовуються	Район
Середня багаторічна нижча температура (січень), 0С	-20:15 -14:10 -10:0 0:5
Середня багаторічна вища температура (липень), 0С	15-18 18-22 22-24 24-26
Тривалість замерзання вод, днів	190-170 -150 -100 0

Види заземлювачів і коефіцієнт сезонності ф до величини ρ_з

Стрижневі заземлювачі (кутикова сталь,труби) довжиною 2-3 м при глибині закладання від вершини 0,5-0,8 м	1,65 1,45 1,3 1,1
Заземлювачі великої довжини (штабова кругла сталь) завдовжки 10 м при глибині закладання 0,8 м	5,5 3,5 2,5 1,5

2. Визначають опір розходженню струму в землі одного вертикального заземлювача, заглибленого h (рис.2) від поверхні землі, за формулою

(3)

де R_B - опір розходженню струму в землі вертикального заземлювача; ρ_р.з - розрахунковий питомий опір землі, Ом. м; l - довжина заземлювача, м; d - діаметр заземлювача (для кутикової сталі) d = О,95b, де b - ширина полиці кутика, м; t - відстань від поверхні землі до середини заземлювача, м.

3. Визначаємо орієнтовну кількість вертикальних заземлювачів

п* = RВ/Rз.норм., (4)

4. З табл. 3 або 4 визначають коефіцієнт використання заземлювачів ηв, який враховує ефект екранування при вибраному значенні К=а/l, де а- відстань між заземлювачами, м; l – довжина заземлювача, м. (К може бути вибране 1, 2 або 3).

5. Визначають кількість заземлювачів n з урахуванням η_в за формулою

, (5)

Рис. 2. Схема розміщення вертикального заземлювача в ґрунті: h - глибина розміщення заземлювача в ґрунті, м; І - довжина заземлювача, м; d - діаметр заземлювача, м; t - відстань від поверхні ґрунту до середини заземлювача, м

6. Визначають довжину горизонтального заземлювача L, яка з’єднує вертикальні заземлювачі, за формулами:

L = a (n - 1) – розміщених у ряд, м;

L = a * n – розміщених по контуру, м.

7. Визначають опір горизонтального заземлювача, прокладеного на глибині h від поверхні землі, за формулою

, (6)

де R_г,- опір розходженню струму, Ом; L - довжина горизонтального заземлювача, м; b₁ - ширина штабової сталі, з якої виготовлено горизонтальний заземлювач; h - глибина розміщення горизонтального заземлювача, м.

8. Обчислюють загальний опір заземлюючого пристрою за формулою

(7), де R₃ - загальний опір заземлюючого пристрою, Ом; η_г - коефіцієнт використання горизонтального заземлювача, який визначають з табл. 5 або 6.

Отримане значення опору штучного заземлення не повинне перевищувати допустимого значення опору захисного заземлення за ПУЕ (R_з<=R_з._норм.).

Таблиця 3 Коефіцієнт використання вертикальних електродів η_в з кутикової сталі або труб, розміщених в ряд (без врахування впливу полоси з'єднання)

	Відношення відстані між електродами до довжини електрода, К= а/l
	0,84-0,87	0,9-0,92	0,93-0,95
	0,76-0,8	0,85-0,88	0,9-0,92
	0,67-0,72	0,79-0,83	0,85-0,88
	0,56-0,62	0,72-0,77	0,79-0,83
	0,51-0,56	0,66-0,73	0,76-0,8
	0,47-0,5	0,65-0,7	0,74-0,79

Таблиця 4. Коефіцієнт використання вертикальних електродів η_в з кутикової сталі або труб, розміщених по контуру (без врахування впливу полоси з'єднання)

Кількість електродів	Відношення відстані між електродами до довжини електрода, К= а/l
	0,84-0,87	0,9-0,92	0,93-0,95
	0,76-0,8	0,85-0,88	0,9-0,92
	0,67-0,72	0,79-0,83	0,85-0,88
	0,56-0,62	0,72-0,77	0,79-0,83
	0,51-0,56	0,66-0,73	0,76-0,8
	0,47-0,5	0,65-0,7	0,74-0,79

Таблиця 5. Коефіцієнт використання горизонтального заземлювача η_г, який з'єднує вертикальні заземлювачі при їх розміщенні в ряд

Відношення відстані між електродами до довжини електрода, К= а/l	Кількість електродів у ряду
	0,77	0,62	0,42	0,31
	0,89	0,75	0,56	0,46
	0,92	0,92	0,68	0,58

Таблиця 6. Коефіцієнти використання горизонтального заземлювача η_г., який з'єднує вертикальні заземлювачі при їх розміщенні по контуру