3.6. Расчёт заземляющего устройства

3.6.1 Методика расчета заземляющего устройства

Для защиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции должна быть применена, по крайне мере, одна из следующих защитных мер: заземление, зануление, защитное отключение, разделяющий трансформатор, малое напряжение, двойная изоляция, выравнивание потенциалов.

Заземлением всей установки или её части называется преднамеренное гальваническое соединение с заземляющим устройством. Совокупность заземлителя и заземляющих проводников называется заземляющим устройством.

Во взрывоопасных зонах всех классов в качестве заземляющих проводников следует использовать искусственные заземлители, специально предназначенные для этой цели. Искусственные заземлители должны удовлетворять требованию

rиск  rз

(1)

где r_з – требуемое сопротивление растеканию тока заземляющего устройства по ПУЭ (п. 1.7.101)

Так как проводимость искусственных заземлителей складывается из проводимости вертикальных и горизонтальных заземлителей, то

rиск = rвrг/(rв+rг)

(2)

Сопротивление одиночного вертикального цилиндрического электрода может рассчитываться по формуле:

(3)

где:

- длина трубы или стержня, м;

d - наружный диаметр трубы или стержня;

Н - глубина заложения, равная расстоянию от поверхности земли до середины трубы или стержня, м.

ρ_расч - расчетное удельное сопротивление грунта, Омм; Исходя из погодных условий ρ_расч рассчитывается как

(4)

где ρ_гр. - удельное сопротивление грунта,

К – коэффициент климатических условий перед измерением, определяемый по табл. 14 приложения 2 данных методических рекомендаций.

Если одиночный заземлитель обычно представляет собой трубу длиной 2,5 м, забиваемую на глубину 0,7 м, считая от поверхности земли до середины трубы, то глубина заложения считается следующим образом:

H = 0,7 + 1,25=1,95.

Обычно вместо труб используют более дешевые заземлители из угловой стали. Сопротивление растеканию таких электродов определяется по формуле (3) с введением вместо d эквивалентного диаметра заземлителя из угловой стали d_y. Эквивалентный диаметр d_y угловой стали рассчитывают, исходя из активной поверхности растекания тока, по формуле:

dy = 0,95 b

(5)

где b - ширина полки уголка м.

Сопротивление растеканию тока протяженных горизонтальных заземлителей определяют по формулам

	(6)
	(7)
	(8)

где:

r_о.п , r_о.кр и r_о.уг. – соответственно сопротивление полосового, круглого и уголка горизонтальных заземлителей, Ом.

L- длина протяженных горизонтальных полос определяемая по формуле:

L=1,05∙а∙nв

(9)

где:

а – расстояние между вертикальными заземлителями.

n_в – количество вертикальных заземлителей.

Из сопоставления формул (6) и (7) следует, что одинаковые сопротивления растеканию тока дает круглая сталь диаметром d и полоса шириной 2b.

Обычно устраивают сложные заземлители из нескольких (а иногда из большого количества) вертикальных электродов, которые соединяют параллельно металлической полосой, являющейся также электродом. Электроды такого заземлителя располагаются на расстоянии друг от друга, обычно равном 1-3 длинам электрода, из-за чего возникает так называемое взаимное экранирование электродов. Явление экранирования происходит в результате наложения электрических полей при растекании тока в землю. Сопротивление каждого электрода при этом растет. Экранирование приводит к существенному увеличению их сопротивления.

Таким образом, сопротивление сложного заземлителя (при расположении электродов в ряд или по контуру) следует определять с учетом взаимного экранирования одиночных вертикальных электродов и горизонтальных соединительных полос.

Сопротивление растеканию тока п вертикальных электродов с учетом их экранирующего влияния определяют по формуле

rв= rо.в/(n∙в)

(10)

где r_о.в - сопротивление одиночного вертикального заземлителя (формула (3);

_в — коэффициент использования вертикальных заземлителей.

Сопротивление растеканию тока горизонтальных соединительных полос, связывающих вертикальные заземлители, с учетом экранирующего влияния полос находят по формуле

rг.п= rо.п/г

(11)

где r_о.п – сопротивление горизонтальной соединительной полосы без экранирующего влияния на нее (см. формулы (6) и (7));

_г – коэф-фициент использования горизонтальных соединительных полос.

Сопротивление всего заземлителя определяют по формуле (2). После вычисления сопротивления всего заземлителя можно сделать вывод (согласно формуле (1)) о его соответствии нормативным требованиям ПУЭ.

3.6.2. Проверочный расчет заземляющего устройства

Для цеха проверить соответствие устройства повторного заземления требованием ПУЭ. Удельное сопротивление грунта (глины) r_изм, равно 810² Омм. Измерения проводились: осадки не выпадали. В качестве вертикальных электродов заземлителя применяется угловая сталь с размерами 4040х5 мм, длиной l =3 м, заглубленная на t= 0,7 м от поверхности земли. Количество вертикальных электродов n = 20, расстояние между ними а=3 м, вертикальные заземлители расположены по замкнутому контуру. Для горизонтальных соединений используем полосовую сталь 40х5 мм. При намеченном числе вертикальных заземлителей n = 20 и. Глубина заложения t = 0,7 м, осадки не выпадали.

1. Определим расчетное сопротивление грунта:

Согласно исходным данным по условию задачи осадки не выпадали, значит принимаем значение коэффициента учитывающего климатические условия К для сухого грунта, коэффициент определяется по таблице 14 приложения 2 [5] К=1,4.

Тогда

2. Определим сопротивление одиночного вертикального электрода:

В нашем случае заземлитель выполнен из угловой стали 40х40х5 мм.

м

Тогда:

Тип заземлителя определен условиями задачи - «рядовой» вдоль стены цеха, выполненный из вертикальных электродов с расстоянием 3 м между электродами. Общее количество вертикальных электродов n = 20 шт.

3. Определение сопротивления растеканию тока всеми электродами, расположенными в ряд с учетом коэффициента использования , найденного по табл. 15 Приложения 2 [5]. Расстояние между электродами а = 3 м, отношение расстояния между вертикальным электродом к длине вертикального электрода а/l=3/3=1.

Коэффициент использования вертикальных электродов =0,47;

4. Сопротивление горизонтальной полосы без учета коэффициента экранирования

L=1,05∙а∙nв=1,05∙3∙20=63 м.

Ом

5. Сопротивление горизонтальной полосы с учетом коэффициента использования (экранирования) определяется по табл. 15 Приложения 2 [5]

6. Сопротивление всего заземляющего устройства:

7. Требуемое нормативное сопротивление заземлителя по ПУЭ при удельном сопротивлении грунта

При условиях:

1) линейное напряжение 380 В

2) удельное сопротивление грунта .

Согласно п. 1.7.101 ПУЭ допустимое сопротивление заземляющего устройства с учетом удельного сопротивления грунта равно:

Но по условию 1.7.101 ПУЭ ПУЭ допустимое сопротивление заземляющего устройства с учетом удельного сопротивления грунта не должно превышать десятикратного нормативного значения → r з.н=40 Ом

Проверка на соответствие расчетного сопротивления заземлителя нормативному требованию п.1.7.101 ПУЭ.

>

40 Ом > 28,5 Ом

Вывод: конструкция заземляющего устройства соответствует требованиям п.1.7.101, то есть сопротивление фактического заземляющего устройства не превышает нормативное сопротивление заземлителя.