6.1.3 Расчёт заземляющих устройств в установках с эффективно-заземлённой нейтралью при напряжении110 кВ и выше, незаземлённой и, резонансно-заземлённой нейтралью

Расчет в нормальных условиях заземления производится для определения числа стержневых заземлителей, которые должны быть размещены по намеченному в конструкциях контуру. В расчёт могут быть введены и поверхностные протяженные заземлители.

Расчет производится по следующим нормированным значениям сопротивления заземляющего устройства.

Для установок напряжением выше 110 кВ с большими токами замыкания на землю (свыше 500 А) — это сети с эффективно заземлённой нейтралью — сопротивление заземляющего устройства с учетом естественного заземления должно быть не больше 0,5 Ом в период наименьшей проводимости почвы. При этом сопротивление искусственного заземляющего устройства должно быть не более 1 Ом.

В местах с высоким удельным сопротивлением грунта (более 500 Ом·м) допускается сопротивление заземляющего устройства, увеличенное в 0,002 ρ раз относительно ρ, предписанного ПУЭ, но не выше 10-кратного. При малых токах замыкания на землю (500 А и ниже) — это сети с изолированной нейтралью — сопротивление заземляющего устройства должно быть не больше 250/I₃, где I₃ — расчетный ток замыкания на землю, А. В сетях без компенсации емкостных токов сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 10 Ом.

Для установок напряжением до 1 кВ с большими и малыми токами замыкания на землю сопротивление заземляющего устройства должно быть не больше 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660; 380 и 220 В с учетом естественных заземлителей.

В установках, в которых генераторы или трансформаторы имеют мощность 100 кВА и менее, сопротивление заземляющего устройства должно быть не больше 10 Ом. Если в установках с глухим заземлением нейтрали выполнены повторные заземления, то сопротивление заземляющего устройства каждого из повторных заземлений нулевого провода должно быть не более 5; 10 и 20 Ом соответственно при тех же напряжениях.

При удельном сопротивлении земли ρ более 100 Ом·м допускается увеличивать указанные нормы в 0,01 ρ раз, но не превышать десятикратного ρ.

При общей системе защитного заземления частей электроустановок напряжением до и свыше 1 кВ с малыми токами замыкания на землю сопротивление заземляющего устройства должно быть не больше 125/I₃.

Числа 250 и 125 — это нормированные напряжения на зазем­лениях, при которых в выполняемых по нормам конструкциях получаются допустимые напряжения прикосновения и шага.

Расчетный ток замыкания на землю в сетях без компенсации емкостных токов — это полный ток замыкания на землю. Ёмкостный ток замыкания на землю определяется (в амперах) по формуле

,

где U — линейное напряжение (действующее), В; ω = 2∙π∙f = 314 — угловая частота; С — ёмкость, Ф.

В сетях с компенсацией ёмкостных токов для заземляющих устройств, к которым присоединены компенсирующие аппараты, в качестве расчетного тока принимается ток, равный 125 % номинального тока этих аппаратов.

В качестве расчетного тока может быть также принят ток плавления плавкой вставки предохранителей или ток срабатывания релейной защиты от однофазных замыканий на землю. При этом ток замыкания на землю должен быть не менее трёхкратного номинального тока предохранителей или полуторакратного тока срабатывания релейной защиты.

Вообще расчетный ток замыкания на землю должен быть опредёлен для той из возможных в эксплуатации схем сети, при которой этот ток имеет наибольшее значение.

При объединении систем заземления до и выше 1 кВ в общую систему заземления установки нормой является меньшее сопротивление заземления.

Сопротивление одного стержневого заземлителя, выполненного из газоводопроводных труб, определяется по формуле

,

где ρ — удельное сопротивление грунта (для грунта с неоднород­ной структурой — эквивалентное удельное сопротивление), Ом·м; l —длина стержня заземлителя, м; d —диаметр заземлителя, м; t — расстояние от поверхности грунта до середины стержня заземлителя, м.

Иногда приводится упрощённая формула

.

О бозначения здесь те же, что и в предыдущей формуле.

Сопротивление заземления протяжённого полосового заземлителя длиной l (м) и шириной b (м) при глубине заложения t (м) определяется формулой

Достоверный результат, в частности, зависит от принятого удельного сопротивления грунта.

Если оно принято по таблицам или в результате измерений для нормальных в данной местности климатических условий, то для получения подставляемого в формулы расчётного значения ρ вводятся поправочные коэффициенты, учитывающие промерзание и просыхание почвы (также зависящие от климатической зоны); тогда

.

Коэффициент К может иметь значение от 1,2 до 2, а для поло­совых заземлителей, располагаемых на глубине 0,5—0,7 м, К может быть значительно больше.

Так как все заземлители соединены параллельно, общее сопротивление, например, только для трубчатых одинаковых заземлителей

,

где n — число труб; η — коэффициент использования заземлителей, учитывающий взаимное экранирование труб.

Коэффициент использования определяется по кривым на рис. 6.3 в зависимости от числа труб, их длины и взаимного расположения.

В расчёте надо учитывать параллельно присоединяемое сопротивление заземления естественных заземлителей, которое определяется путем измерений или принимается условно.

Полосовые заземлители в расчет можно не вводить, так как принимается максимальное в течение года удельное сопротивление грунта, которое в поверхностном слое почвы при промерзании велико.

И

Рис. 6.3. Кривые коэффициентаиспользования η стержневых заземлителей, размещенных по контуру, в зависимости от числа заземлителей n и отношения a/l

мея требуемое по нормам сопротивление r₃ и сопротивление естественных заземлителей r_{е. з}, определяем сопротивление искусственного заземления r_{и. з}, а по нему необходимое число стержневых заземлителей:

; .

Так как вначале число заземлителей и расстояние между элек­тродами неизвестно, определение n и η производится методом последовательных приближений.

При необходимости в расчет вводится выносное заземление, заземление системы трос — опора и т. п.

Сечение заземляющих проводников (в мм²) проверяется на термическую стойкость по обычной формуле

,

где I_з — установившийся ток короткого замыкания, А; τ — фиктивное время короткого замыкания, с; С — коэффициент, равный 74 для стали, 195 для голой меди, 182 для медных кабелей до 10 кВ, 112 для голого алюминия и алюминиевых кабелей до 10 кВ.