4. Расчет защитного заземления (метод коэффициентов использования)

Исходные данные для расчета приведены в табл. 4.1. Вариант для расчета задается преподавателем. Допустимая величина сопротивления проектируемого заземляющего устройства R_доп определяется по заданным значениям напряжения и суммарной мощности электроустановки в соответствии с нормами.

4.1. Расчет сопротивления растеканию тока одиночного заземлителя (стержня).

Основная формула:

(4.1)

Приближенная формула (погрешность 5–10 %):

, (4.2)

где – удельное сопротивление грунта, Ом.м;

d – диаметр стержня – трубы или круга (если в качестве одиночного заземлителя принят электрод с профилем в виде уголка, то , где – ширина полки уголка), м;

– длина стержня, м;

H₀ – глубина заложения верхнего конца стержня и горизонтального полосового заземлителя в грунте, м;

H – параметр, определяемый по формуле: .

Cхема расположения одиночного электрода в грунте приведена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Одиночный стержневый заземлитель

Таблица 4.1

Исходные данные для расчета защитных заземляющих устройств

Наименование, размерность	В а р и а н т ы
	1	2	3	4	5	6
1. Напряжение э/установок, В	до 1000
2. Суммарная мощность э/установок, кВА	150	200	250	120	300	220
3. Грунт	торф	чернозем	глина	суглинок	супесь	песок
4. Удельное сопротивление грунта, ρ, Ом.м	30	53	70	150	400	700
5. Тип заземлителя и размеры сечения, d, мм	труба 32	труба 40	уголок 50х50х4	уголок 60х60х4	круг 12	круг 14
6. Расстояние между стержнями, а, м	9	7	9	7	14	10
7. Длина стержня зазаемлителя, , м	3,0	3,5	3,0	3,5	7,0	10,0
8. Отношение расстояния между заземлителями к их длине, а/	3	2	3	2	2	1
9. Глубина заложения верхних концов стержней и горизонтальных проводников, H0, м	0,7	0,7	0,7	0,7	0,8	0,8
10. Размеры сечения заземляющих соединительных проводников (полоса, сталь), мм	12х4	12х4	12х4	12х4	12х4	12х4
11. Способ заложения заземлителей	в ряд			по контуру

4.2. Количество стержней-заземлителей без учета работы соединительных полос

, (4.3)

где – коэффициент использования вертикального стержневого заземлителя (находится из табл. 4.2 по предварительному значению n, определяемому при =1); R_доп = 4 Ом при напряжении до 1000 В и суммарной мощности электроустановок более 100 кВА; R_доп = 10 Ом при суммарной мощности менее 100 кВА.

4.3. Длина горизонтального полосового заземлителя (рис. 4.2) вычисляется по формуле

, м – при расположении стержней в ряд;

, м – при расположении стержней по контуру;

где –расстояние между заземлителями, м; n – количество стержней-заземлителей

*Примечание. Значение n следует округлить и принять несколько меньшим, чем вычисленное в п. 4.2, т. к. заземляющие соединительные проводники одновременно работают как заземлители.

Таблица 4.2

Коэффициент использования вертикальных стержней заземлителей

(без влияния полосы связи)

Число стержней	Способ заложения заземлителей
	в ряд				по контуру
	Отношение расстояний между заземлителями к их длине а/
	1	2	3	1		2	3
2	0,85	0,91	0,94	-		-	-
4	0,73	0,83	0,89	0,69		0,78	0,80
6	0,65	0,77	0,85	0,61		0,73	0,80
10	0,59	0,74	0,81	0,55		0,68	0,76
20	0,48	0,67	0,76	0,47		0,63	0,71
40	-	-	-	0,41		0,58	0,66
60	-	-	-	0,39		0,55	0,64
100	-	-	-	0,36		0,52	0,62

.

Рис. 4.2. Горизонтальный полосовый заземлителъ

4.4. Расчет сопротивления растеканию тока горизонтального электрода (полосового заземлителя, соединяющего вертикальные электроды между собой).

Основная формула:

. (4.4)

Приближенная формула (погрешность 25%)

, (4.5)

где – длина горизонтального полосового заземлителя, м; в – ширина сечения полосового заземлителя, м (большая сторона сечения, рис. 4.2).

4.5. Сопротивление группового искусственного заземлителя R_гр, состоящего из параллельно включенных стержней заземли гелей и полосы, равно

, (4.6)

где – коэффициент использования горизонтального полосового заземлителя (табл. 4.3).

Проверить выполнение условия: сопротивление заземляющего устройства растеканию тока должно быть равно или меньше допустимого сопротивления по ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ или ПУЭ (R_гр ≤ R_доп,). Если R_гр > R_доп произвести перерасчет заземляющего устройства, приняв большее количество стержней.

Таблица 4.3

Коэффициент использования горизонтального полосового электрода,

соединяющего вертикальные электроды

Отношение расстояния между стержневыми заземлителями к их длине, а/	Число стержневых заземлителей
	2	4	6	10	20	40	60	100
Стержневые заземлители расположены в ряд
1	0,85	0,77	0,72	0,62	0,42	-	-	-
2	0,94	0,89	0,84	0,75	0,56	-	-	-
3	0,96	0,92	0,88	0,82	0,68	-	-	-
Стержневые заземлители расположены 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