6.1.3. Расчет заземляющих устройств в установках с эффективно-заземленной нейтралью при напряжении110 кВ и выше, незаземленной и, резонансно-заземленной нейтралью.

Расчет в нормальных условиях заземления производится для определения числа стержневых заземлителей, которые должны быть размещены по намеченному в конструкциях контуру. В рас­чет 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 зазем­ленной 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 кВ-А 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. Емкост­ный ток замыкания на землю определяется (в амперах) по формуле

I_c = √3UωC,

где U — линейное напряжение (действующее), В; ω = 2πf = 314 — угловая частота; С — емкость, Ф.

В сетях с компенсацией емкостных 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 трехкратного номинального тока предохранителей или полуторакратного тока срабатывания релейной защиты.

Вообще расчетный ток замыкания на землю должен быть опре­делен 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 упрощенная формула

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

Сопротивление заземления протяженного 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 расчетного значения ρ вводятся поправочные коэффициенты, учи­тывающие промерзание и просыхание почвы (также зависящие от климатической зоны); тогда

ρ _расч =К ρ _{табл (изм)} .

Коэффициент К может иметь значение от 1,2 до 2, а для поло­совых заземлителеи, 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 зазем­лителеи

r_Σтр= r_тр / n η,

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.

Рис. 6-3. Кривые коэффициента использования η стержневых заземлителей, размещенных по контуру, в зависимости от числа заземлителей n и отношения a/l

В расчете надо учитывать параллельно присоединяемое со­противление заземления естественных заземлителеи, 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.

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

r_{и. з}= r₃ r_{е. з} / r_{е. з} - r₃; n = r_тр / r_{и. з} η

Так как вначале число заземлителеи 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

F ≥ I_з√τ/C,

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.