Тема. Розрахунок заземлювальних пристроїв

План:

1. Рекомендації до розрахунку заземлювальних пристроїв.

2. Використання штучних заземлювачів.

1.Рекомендації до розрахунку заземлювальних пристроїв.

При розрахунку заземлювальних пристроїв визначається тип заземлювача, їх кількість, місце розташування та переріз заземлювальних провідників. Цей розрахунок виконується для очікувального опору заземлювального пристрою згідно ПУЕ.

Грунт, що є навколо заземлювача, не є однорідним. Наявність в грунті піску, будівельного сміття та грунтових вод викликає вплив на опір заземлювача. Тому ПУЕ рекомендує визначити питомий опір p грунту шляхом безпосередніх вимірів в тому місці, де будуть розміщуватись заземлювачі.

Отриманий шляхом замірів питомий грунту є важливою величиною,що визначає опір заземлювального пристрою. При цьому слід враховувати сезонні коливання питомого опору. Весною та осінню він нижчий, чим зимою та літом. Збільшення питомого опору землі в зимній та сухий час враховується за допомогою коефіцієнтів збільшення. Коефіцієнт збільшення показує, у скільки раз розрахунковий питомий опір грунту більший в порівнянні з виміряним в теплу пору року (в травні - жовтні). Величина коефіцієнта підвищення залежить від стану грунту в час замірів і від кількості опадів , що випали перед замірами. Розрізняють три значення коефіцієнтів:

Ψ₁ – питомий опір грунту відповідає приблизно мінімальному значенню (грунт вологий, перед вимірами була велика кількість опадів);

Ψ₂ – питомий опір грунту відповідає приблизно середньому значенню (грунт середньої вологості, перед вимірами була невелика кількість опадів);

Ψ₃ – питомий опір грунту відповідає приблизно найбільшому значенню (суха земля, перед вимірами не було опадів).

Розрахункове значення питомого опору грунту в місці спорудження заземлення:

p = p_вим ∙ Ψ;

Де: p_вим – виміряний питомий опір;

Ψ – коефіцієнт підвищення опору.

При відсутності даних вимірів для розрахунку використовуються приблизні значення питомих опорів грунтів (Ом ∙ м):

Пісок вологий …………………………………10-100;

Гравій, щебінь………………………………… 200;

Орана земля, змішаний грунт

(глина, вапно, щебінь)……………………….. 10;

Суглинок або глина

(вологість 40% по об’єму)…………………… 4-8;

Глина (40% по об’єму)……………………….. 1-4;

Кам’янистий шар………………………………400.

Розрахункові значення коефіцієнтів підвищення опору для різних грунтів та глибин закладення.

Характер грунту	Глибина закладки, м	Розрахункові коефіцієнти підвищення
		Ψ1	Ψ2	Ψ3
Суглинок	0,8-3,8	2,0	1,5	1,4
Садова земля (0,6м), низче шар глини	0-3	-	1,32	1,2
Гравій з добавкою глини, низче глина	0-2	1,8	1,2	1,3
Вапняк	0-2	2,5	1,51	1,2
Гравій з додатком піску	0-2	1,5	1,3	1,2
Торф	0-2	1,4	1,1	1,0
Пісок	0-2	2,4	1,56	1,2
Глина	0-2	2,4	1,36	1,2

Знаючи розрахунковий питомий опір грунту, можна визначити опір одного заземлювача. Опір вертикального пруткового заземлювача довжиною до 5 м діаметром не менше 16 мм визначається:

Rо.пр.=0,00227 ∙ p;

Де: p – розрахунковий питомий опір.

Опір електроду із кутової сталі розмірами 50х50х5мм довжиною 2,5м:

Rо.кут.=0,0034 ∙ p;

Опір електроду із труби діаметром 60мм довжиною 2,5м:

Rо.тр.=0,00325 ∙ p;

При використанні штучних заземлювачів потрібно мати на увазі, що одиночні заземлювачі, що закладені в грунт (при відстані один від одного не менше 2,5-3 м), викликають явище взаємного екранування між заземлювачами. В результаті екранування загальний опір п заземлювачів не дорівнює сумі опорів одиночних заземлювачів R₁, тому опір складного заземлювача дорівнює:

R_∑= R₁/ п∙η;

Де: η – коефіцієнт екранування (використання) трубчатих заземлювачів, який залежить від числа та взаємного розташування заземлювачів. Величина коефіцієнта екранування η визначається з таблиці:

Число трубчастих заземлювачів	Коефіцієнт екранування η при відношенні відстані між трубами до їх довжини (а/l)
	Труби розташовані в ряд			Труби розташовані по контуру
5	0,87	0,8	0,68	-	-	-
10	0,83	0,7	0,55	0,78	0,67	0,59
20	0,77	0,62	0,47	0,72	0,60	0,43
30	0,75	0,60	0,40	0,71	0,59	0,42
50	0,73	0,58	0,30	0,68	0,52	0,37
100	-	-	-	0,68	0,52	0,33
200	-	-	-	0,61	0,44	0,30
300	-	-	-	0,60	0,43	0,28

Число вертикальних заземлювачів визначається

п = R₀/ Rз∙η;

Де: R₀=R₁ і R_∑ = Rз.

Заземлювачі з’єднують шляхом горизонтальних (протяжних) металевих полос, опір яких R_п потрібно враховувати, якщо опір R_∑ вертикальних заземлювачів більший опору Rз, що прийнятий по нормах:

R_п ={0,366 ∙ p/ η_п ∙ l_п}∙lg (2∙ l_п/b_п ∙ t_п);

Де: η_п – коефіцієнт використання полоси;

l_п - довжина полоси, см;

b_п - ширина полоси, см;

t_п – глибина закладки полоси, см.

Якщо враховується опір з’єднувальної полоси – горизонтального поперечного заземлювача, то зменшується необхідна кількість заземлювальних вертикальних електродів.

Після вибору розрахункової величини опору R_з знаходять опір штучних заземлювачів R_шт, при цьому враховують опір R_прир. природніх заземлювачів:

R_шт = R_з ∙ R_прир./ R_прир. - R_з;

Провідність штучних заземлювачів 1/R_шт складається із провідностей вертикальних заземлювачів 1/R_∑ і стальної горизонтальної полоси 1/R_п, яка з’єднує вертикальні заземлювачі:

1/R_шт = 1/R_∑ +1/R_п;

Де: R_∑ – обраховується з урахуванням коефіцієнта екранування.

По формі розташування заземлювачів розрізняють виносне та контурне заземлення.

При виносному заземленню всі заземлювачі розташовують в певному місці, причому відстань між заземлювачами не менше 2,5-3м. За допомогою магістралей заземлення до виносного заземлення приєднується електрообладнання.

Приклад №1. Визначити число заземлювачів підстанції напругою 10/0,4кВ. На стороні 10кВ нейтраль силового трансформатора ізольована, на стороні 0,4кВ наглухо заземлена. Загальна довжина повітряної лінії 10кв l_п=10км, а кабельної лінії 10кВ l_к=20км. Питомий опір грунту, що виміряний в червні дорівнює p_вим = 0,6∙10⁴ Ом ∙ см. В період вимірювань вологість була середньою.

Розв’язок.

Ємнісний струм замикання на землю в мережі 10 кВ визначається:

Із=U(35 ∙ l_к+ l_п)/350=10(35∙ 10+ 20)/350=10,6А.

Опір заземлювального пристрою в мережі 10 кВ при загальному заземленні визначається:

Rз=Uз/Iз= 125/10,6=11,8Ом.

Загальний опір заземлювального пристрою в мережі 10кВ і 380В має бути не більше 4 Ом. Приймаємо опір заземлювального пристрою 4 Ом. Розрахунковий питомий опір визначається:

p = p_вим ∙ Ψ =0,6∙10⁴ ∙ 1,5=0,9∙10⁴ Ом ∙ см.

Де: Ψ = Ψ₂ – питомий опір грунту відповідає приблизно середньому значенню вологості, дорівнює 1,5 для суглинку.

Вибираємо в якості заземлювачів сталеві електроди діаметром 16мм. Опір одного заземлювача визначається:

Rо.пр.=0,00227 ∙ p=0,0227∙0,9∙10⁴ =20,4Ом.

Приймаємо розташування заземлювачів в ряд з відстанню між ними а=6м. Визначаємо число заземлювачів:

n = Rо.пр/ η ∙ Rз=20,4/0,8∙ 4=6,3шт.

Приймаємо число заземлювачів дорівнює 6шт.

Де: η = 0,8 при а/l = 1.

Приклад №2. Визначити число заземлювачів підстанції напругою 10/0,4кВ. На стороні 10кВ нейтраль силового трансформатора ізольована, на стороні 0,4кВ наглухо заземлена. Струм однофазного замикання на землю на стороні 10кВ Із=25А. Питомий опір грунту в місці спорудження підстанції p_вим = 2∙10⁴ Ом ∙ см. Підстанція отримує живлення двома кабелями напругою 10кВ. Виміряний опір оболонок кабелів R_прир. =5,65 Ом. Периметр контуру заземлювального пристрою навколо підстанції L=50 м. Відстань між заземлювачами 5 м.

Розв’язок.

Так як опір заземлювального пристрою загальний для напруги 10 кВ і 0,4 кВ, то:

Опір заземлювального пристрою визначається:

Rз=Uз/Iз= 125/25=5Ом.

Приймаємо опір заземлювального пристрою 4 Ом. Так, як величина опору природного заземлення R_прир. =5,65 Ом більша допустимого по нормах Rз= 4Ом, то слід додатково спорудити штучні заземлювачі, опір яких визначаємо:

R_шт = R_з ∙ R_прир./ R_прир. - R_з ∙ R_шт = 4∙ 5,5_./ 5,65 – 4=13,5 Ом.

Вибираємо в якості заземлювачів сталеві електроди діаметром 16мм. Опір одного заземлювача визначається:

Rо.пр.=0,00227 ∙ p=0,0227∙2∙10⁴ =68Ом.

Якщо периметр 50м, то при відстані між заземлювачами 5м кількість заземлювачів дорівнює:

n = 50/5=10шт.

Приймаємо η = 0,59 при а/l = 1.

Визначаємо опір заземлювального пристрою без врахування горизонтального поперечного заземлювача:

R_шт¹= Rо.пр/ η ∙ n =68/0,59 ∙10 = 11 Ом.

Так, як опір Rшт¹ менший додатково встановлених заземлювачів R_шт =13,5 Ом, то число заземлювачів, що дорівнює n = 10шт вибрано правильно і враховувати опір горизонтального поперечного заземлювача не потрібно.

Якби R_шт¹> R_шт, , то слід вираховувати опір горизонтальних поперечних заземлювачів:

R_п = (p/К_вик.) ∙ ln (l_п²/b_п ∙ t_п);

Де: К_вик – коефіцієнт використання горизонтальних поперечних заземлювачів, який залежить від а/l і числа вертикальних заземлювачів в ряду, приблизно дорівнює 0,75-0,85.

Визначається загальний опір з вертикальних та горизонтальних заземлювачів з формули:

1/R_шт = 1/R_∑ +1/R_п;

Далі порівнюється загальний опір з допустимою величиною R_з.