12.3. Расчет заземляющих устройств

Выбор параметров заземлителя производится с учетом ограничений длин сторон контура и расстояния между вертикальными заземлителями:

где L₁, L₂ - длины сторон контура, принятые в расчете; L_1min, L_2min, L_1max, L_2max — минимально и максимально допустимые длины первой и второй сторон контура; а — расстояние между вертикальными элект­родами; l_в — длина вертикального электрода.

Заземлитель может быть простым и сложным. Простой заземлитель выполняется в виде замкнутого контура или полосы с вертикальными заземлителями. Расчет простых заземлителей ведется методом коэф­фициента использования.

Сложный заземлитель выполняется в виде замкнутого контура с вертикальными электродами и сеткой продольных и поперечных заземляю­щих проводников. Метод расчета допускает замену сложного заземлителя с примерно регулярным размещением электродов квадратной ра-

счетной моделью при условии равенства площадей размещения заземли­теля S₁, общей длины l_Г горизонтальных полос и глубины их заложе­ния t, числа п и длины l_в вертикальных заземлителей.

В качестве расчетной можно принять двухслойную модель неоднород­ной земли с удельным сопротивлением слоев — верхнего р₁ толщиной h₁ и нижнего р₂. Предусматривается расчет естественных заземлите­лей — подводящих ЛЭП ГПП и железобетонных фундаментов здания, внутри или вблизи которого располагаются заземляемые электроуста­новки.

Проверка возможности использования железобетонных фундаментов зданий в качестве заземлителей основана на необходимости использо­вания этих фундаментов в качестве заземлителей без сооружения ис­кусственных заземлителей. Для электроустановки напряжением выше 1 кВ с глухозаземленной нейтралью

где S — площадь, ограниченная периметром здания, м²; р_э — удельное эквивалентное электрическое сопротивление земли, Ом • м; k — ко­ эффициент, Ом^-1; k = 1 при р_э  5 • 10², k = 500/р_э при 5-10² < р_э < < 5 - 10³, к = 0,1 при р_э  5 - 10³.

Для электроустановки напряжением выше 1 кВ с изолированной нейтралью

где I — расчетный ток короткого замыкания на землю, кА; k =4 х 10 В^-1 — для заземляющих устройств, одновременно использующих­ся для электроустановок напряжением до 1 кВ; k = 2 • 10 В^-1 — для заземляющих устройств, использующихся только для электроустано­вок напряжением выше 1 кВ.

Для электроустановки напряжением до 1 кВ

S > S₀,

где S₀ - критический периметр, определяемый справочными данными. Расчет удельного эквивалентного электрического сопротивления земли (грунта) производится по формуле

где р₁, р₂ - удельное электрическое сопротивление верхнего и нижнего слоев земли, Ом • м (табл. 12.1); h₁ — толщина верхнего слоя зем-

При расчете заземляющего устройства для главной понизительной подстанции учитывается сопротивление системы трос—опора как есте­ственный заземлитель.

Простые заземлители используются в основном для установок напряжением до 1 кВ и 6—35 кВ с изолированной нейтралью. Часто при­меняют заземлитель из вертикальных электродов диаметром 16 мм, соединенных полосой 40 х 4 мм.

Сопротивление вертикального электрода, находящегося в двухслой­ной земле (или в однородной, но с учетом промерзания или высыхания верхнего слоя), определяется формулой

где р₁, р₂ — удельные сопротивления соответственно верхнего и ниж­него слоев земли, Ом м; l₁, l₂ - части электродов, находящиеся в верхнем и нижнем слоях земли, м; l_в — длина электрода, м; d — внешний диаметр электродов, м; t₁ — глубина заложения, равная рас­стоянию от поверхности земли до середины электрода, м. Формула спра­ведлива для стержней электродов из круглой стали или труб. При при-

менении уголка для вертикальных электродов в качестве диаметра подставляется эквивалентный диаметр уголка d_y.э = 0,95b, где b — ши­рина сторон уголка.

Определяется ориентировочное число вертикальных заземлителей п при предварительно принятом коэффициенте использования К_и и не­обходимом суммарном сопротивлении R_в из вертикальных электродов:

Коэффициенты использования вертикальных заземлителей в случае расположения их в ряд даны в табл. 12.2. Для случая размещения их по контуру и для другой конфигурации имеются соответствующие спра­вочные таблицы. В таблице а/l — отношение расстояния между вертикаль­ными электродами к их длине.

Сопротивление растеканию горизонтального полосового электрода определяется по формуле

где l — длина полосы, м; b — ширина полосы, м; t — глубина заложе­ния, м.

Сопротивление горизонтального полосового электрода, соединяющего вертикальные (в контуре)

где _Г — коэффициент использования горизонтальных заземлителей, который определяется справочными данными или интерполированием табличных данных. В частности, можно использовать данные табл. 12.2 с увеличением значений k_И на 10—20%; R_Г — необходимое сопротивле-

ние горизонтальных электродов. Сопротивление заземлителя

Уточняются необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом проводимости горизонтальных соединительных электродов и число вертикальных электродов.

Для установок напряжением выше 1 кВ в сетях с эффективно зазем­ленной нейтралью заземляющие проводники проверяются на термиче­скую стойкость в соответствии с § 7.2,7.3.

Стоимость монтажа заземляющего устройства рассчитывается по формуле

где С_в, С_п - удельные стоимости монтажа вертикального электрода и соединительной полосы; k_c — поправочный коэффициент на разработку грунта; С_раз - затраты на разработку грунта; С_зас - затраты на засып­ку грунта; К_нак - коэффициент накладных расходов; V_з - объем зем­ляных работ, приходящихся на 1 м траншеи и равных 0,35 м³ (при глу­бине 0,7 и ширине 0,5 м); L - общая длина соединительной полосы, м.