6. Розрахунок захисного заземлення

1. Теоретичні відомості

Захисне заземлення - це зумисне електричне з’єднання із землею металевих неструмоведучих частин електрообладнання, які можуть виявитись під напругою.

Призначення захисного заземлення - усунення небезпеки ура­ження людей електричним струмом при появі напруги на конструк­тивних частинах електрообладнання, тобто при замиканні на корпус.

Захисна дія заземлення полягає у зниженні напруги дотику, що досягається шляхом зменшення потенціалу на корпусі обладнання відносно землі або внаслідок малого опору заземлення.

Згідно ПУЕ захисне заземлення виконують у наступних випадках:

1. при напрузі зміного струму 380 В і вище та постійного струму 440В, і вище — в усіх електроустановках;

2. при номінальній напрузі змінного струму 42 В і вище та постійного струму вище 110 В - в електроустановках, що розміщені в приміщеннях із підвищеною небезпекою, в особливо небезпечних, а також у зовнішніх установках;

3. при будь-якій напрузі змінного чи постійного струму - у вибухонебезпечних установках.

Заземлюючим пристроєм називають сукупність заземлювача (металевого стержня чи групи металево з’єднаних між собою стержнів, які знаходяться у безпосередньому контакті з ґрунтом) і заземлюючих провідників, що з’єднують заземлюванні частини електроустановки із заземлювачем.

В залежності від розташування заземлювачів по відношенню до заземлюючого обладнання заземлення бувають виносні (або зосереджені) і контурні (або розподілені). Виносні заземлювачі розміщують на деякій відстані від обладнання, що підлягає заземленню, а контурні - за контуром на деякій відстані від нього.

Заземлювачі можуть бути природними та штучними.

Природний заземлювач - це заземлювач, для якого використовуються електропровідні частини будівельних і виробничих конструкцій та комунікацій. В якості природних заземлювачів застосовують прокладені в землі водопровідні та інші металеві трубопроводи, металеві конструкції, що мають контакт із землею, прокладені в землі оболонки силових електричних кабелів та ін.

Природні заземлювачі мають переважно малий опір розтіканню струму, тому використання їх в якості заземлювачів дозволяє заощаджувати значні кошти. Недоліком природних заземлювачів е їх повна доступність та можливість порушення неперервності з’єднання протяжних заземлювачів.

Для влаштування штучних заземлюючих пристроїв використовують сталеві вертикально закладені в землю труби діаметром 30...50 мм і товщиною стінок не менше 3...5 мм, довжиною 2,5...З м; металеві стержні діаметром 10... 12 мм довжиною до 10 м; кутникову сталь 40×40 мм довжиною 2,5...5 м та ін.

Заземлені провідники повинні мати між собою надійний електричний контакт. Їх з’єднують зварюванням. До корпуса електрообладнання заземлюючий провідник приєднують надійним болтовим з’єднанням.

Заземлюючий пристрій повинен мати досить малий опір. Він складається з опору заземлювача відносно землі, опору заземлювача як металевого провідника, та опору заземлюючих провідників, які з’єднують заземлювач із корпусом обладнання. Опір заземлюючого пристрою залежить від питомого опору ґрунту, типу, розмірів, кількості та взаємного розміщення електродів.

Відповідно до ГОСТ 12.1.030-81 та норм ПУЕ допустимий загальний опір заземлюючих пристроїв, які влаштовані в мережах напругою 380/220 В, повинен бути не більшим за 4 Ом.

Розрахунок заземлюючих пристроїв виконується в такій послідовності:

1. Вибираємо тип заземлювача, його геометричні розміри, розташування й глибину закладення у ґрунт.

2. Визначаємо опір одиночного заземлювача по формулі (із табл. 6.1.

3. Визначаємо наближене значення кількості заземлювачів за формулою:

, (6.1)

де R_ос - опір одиночного вертикального заземлювача, м; [R_доп] - допустимий опір заземлюючого пристрою, [R_доп] = 4 Ом; θ - коефіцієнт використання заземлювача (для орієнтовних розрахунків приймаємо θ =1).

4. Приймаємо схему розташування одиночних стержневих заземлювачів у плані (в рядок або по контуру) і визначаємо відстань між одиночними заземлювачами із співвідношення:

а = (1…3)·l , (6.2)

Таблиця 6.1

Визначення опору одиночного заземлювача

5. Визначаємо довжину стальної з’єднувальної штаби:

l_T = a·n - при розташуванні вертикальних заземлювачів по контуру;

l_T = a·n - при розташуванні вертикальних заземлювачів в ряд.

6. Визначаємо опір розтіканню струму з’єднувальної стальної штаби R’_г за формулою, як для горизонтального заземлювача:

, (6.3)

6. При визначенні загального опору всього заземлюючого контуру необхідно враховувати взаємний екрануючий вплив одиночних вертикальних заземлювачів і горизонтальних з’єднувальних штаб за допомогою коефіцієнтів використання θ_в і θ_г (табл. 6.2).

Таблиця 6.2

Коефіцієнти використання вертикальних заземлювачів θ_в і горизонтальних з’єднувальних штаб θ_г

Кількість вертикальних стержнів	Відношення a/l
	1		2		3
	θв	θг	θв	θг		θв	θг
1	2	3	4	5		6	7
При розташуванні штаби по контуру
4	0,69	0,45	0,78	0,55		0,85	0,70
6	0,62	0,40	0,73	0,48		0,80	0,64
8	0,58	0,36	0,71	0,43		0,78	0,60
10	0,55	0,34	0,69	0,40		0,76	0,56
20	0,47	0,27	0,64	0,32		0,71	0,45
30	0,43	0,24	0,60	0,30		0,68	0,41
50	0,40	0,21	0,56	0,28		0,66	0,37
70	0,38	0,20	0,54	0,26		0,64	0,35
100	0,35	0,19	0,52	0,24		0,62	0,33
При розташуванні штаби в ряд
3	0,78	0,80	0,86	0,92		0,91	0,95
4	0,74	0,77	0,83	0,89		0,88	0,92
5	0,70	0,74	0,81	0,86		0,87	0,90
6	0,63	0,71	0,77	0,83		0,83	0,88
10	0,59	0,62	0,75	0,75		0,81	0,82
15	0,54	0,50	0,70	0,64		0,78	0,74
20	0,49	0,42	0,68	0,56		0,77	0,68

6. Опір розтіканню зарядів у вертикальних заземлювачах з врахуванням екрануючого впливу з’єднувальної штаби визначається за формулою:

, (6.4)

6. Опір розтіканню зарядів у горизонтальних штабах, що з’єднують між собою вертикальні заземлювачі, з врахуванням екрануючого впливу вертикальних заземлювачів, визначаємо за формулою:

, (6.5)

Якщо R_заг > [R_доп], то необхідно збільшити кількість вертикальних заземлювачів або прийняти більшу відстань між ними і знову визначити R_заг.