Методика расчета электрического заземления

Целью расчетов является определение количества вертикальных заземлений, длины соединительной полосы и их размещения. При этом учитывают возможность использования естественных заземлений.

В зависимости от назначения заземляющего устройства определяют норму сопротивления.

Рассчитать: контур искусственного защитного заземления, то есть количество вертикальных заземлений, их расположения, длину соединительной полосы.

Дано (известно) :

r_Н - нормируемое значение сопротивления контура заземления; имеющийся материал для заземления (трубы, стержни, металлические углы, металлическая полоса), тип почвы, имеющиеся площадки для устройства контура заземления.

Главным условием расчета является: _

где R_ЗАЗ - сопротивление заземления, то есть сопротивление растеканию тока в земле от заземляющего устройства.

Если осуществляется подключение искусственного заземления к естественному, то сопротивление заземления в расчетах принимается как параллельное соединение сопротивлений :

.

В зависимости от типа почвы, в которой будет расположено заземление, определяют его удельное сопротивление (табл.2).

В некоторых случаях возможный учет сезонных изменений удельного сопротивления почвы :

,

где ρ_таб - табличное значение удельного сопротивления почвы за табл. 3.6; K_сез - коэффициент сезонного колебания удельного сопротивления почвы.

Для уменьшения сезонных колебаний сопротивлению заземления забивают (закладывают) как можно глубже. Удельное сопротивление почвы является важнейшим параметром, который определяет значение сопротивления заземляющего устройства. Поэтому при заключении заземлений в песчаных, каменистых почвах необходимо применять мероприятия, которые снижают удельное сопротивление почв. Например, можно увеличить электропроводимость почвы, если вокруг заземления в радиусе больше 0,5 м заменить почва мелкозернистым, более гигроскопичным (глиной, жирным черноземом, суглинком) или прибавить к почве каменноугольный шлак, древесный уголь, золу, сажу, соль. Кроме того, место установки заземления можно поливать водой или растворами солей хлористого натрия или кальция, растворами медного или железного купороса.

Заземления рассчитывают в такой последовательности.

1. Рассчитывают сопротивление одиночного заземления из избранного материала за эмпирическими формулами.

Сопротивление R_ст, растекание тока от одиночного заземления, изготовленного из стального стержня или уголка, забитых вертикально в землю на глубину Н0 = 0,7-0,8 м от верха стержня или уголка, равняется:

, (1)

где: R_СТ - сопротивление растеканию тока от стержня, Ом; ρ - удельное сопротивление почвы, Ом_ м; l - длина стержня или уголка, м; d - диаметр стержня, м (для уголка d = 0,95 b, здесь b - сторона уголка, м; Н - глубина закладывания стержня - расстояние от поверхности земли к середине стержня, м:

H = H₀ + 0,5 l.

При использовании нескольких одиночных заземлений их сваривают в верхних точках с помощью металлической полосы, которая имеет площадь пересечения не менее 100 мм², толщину - не менее 4 мм, и закладывается в почву параллельно земле на глубину Н_о = 0,7-0,8 м ребром вверх. Сопротивление растеканию тока для такой полосы рассчитывается:

(2)

при LH ≥ 5, где L - длина металлической полосы, b - ширина металлической полосы.

2. Определяют коэффициент использования сопротивления одиночного заземления, рассчитанного за формулами (1), -(2), когда он находится в группе контурного заземления.

Когда в групповом контурном заземлении расстояние между одиночными заземлениями больше 40 м, то общее сопротивление всей группы будет определяться, как параллельное соединение отдельных заземлений.

Когда расстояния между заземлениями менее 40 м, тогда ухудшаются условия растекания тока от каждого отдельного заземления, то есть сопротивление растеканию тока от заземления, рассчитанный за формулами (1) -(2), фактически будет больше. Больше будет и сопротивление контурного группового заземления, и, чтобы получить такое же сопротивление контурного группового заземления, нужно большее количество отдельных заземлений. Рассчитывая количество отдельных групповых заземлений, используют коэффициент, который учитывает степень увеличения сопротивления одиночного заземления - коэффициент использования одиночного заземления η или коэффициент экранирования.

Значение коэффициента использования одиночного заземления зависит от: количества заземлений в контуре; расстояния а между заземлениями; а также формы и его размеров. Чем меньшее расстояние между заземлениями, тем меньший этот коэффициент. Он равняется единице при расстоянии между заземлениями больше 40 м, когда взаимное их экранирование отсутствует.

Если известное количество одиночных заземлений и расстояние между ними, тогда согласно табл. 3.7 находим коэффициенты использования для одиночного заземления η_В., так и полосы η_СМ, который соединяет заземления.

Когда уже известно значение R_СТ сопротивления одиночного вертикального заземления, рассчитанного за формулой (1), то ориентировочно определяют (при известной норме сопротивления заземляющего устройства) количество заземлений. Потом размещают заземления на плане, определяют расстояние между ними и согласно табл.3.7 находят значение коэффициентов η_В. и η_СМ и более точно рассчитывают количество заземлений в контурном групповом заземлении:

,

где: rН - нормируемое значение сопротивления контурного заземления.

3. Рассчитывают сопротивление растеканию тока в земле от соединительной полосы R_СМ за формулой (2), предварительно определив ее длину при известном количестве заземлений и расстояния между ними.

4. Рассчитывают сопротивление группового контурного заземлювального пристрою из стержневых или кутникових заземлений, соединенных полосой, :

, (3)

где: R_СТ - сопротивление одиночного заземления стержня, Ом; RСМ - сопротивление заземления соединительной полосы, Ом; η_В., η_СМ - коэффициенты использования стержня и соединительной полосы; n - количество заземлений.