5.11. Расчет заземляющих устройств

Расчет заземляющих устройств подстанции заключается в определении количества заземляющих элементов для принятого их расположения в зависимости от удельного сопротивления грунта и от наибольшего допустимого сопротивления заземляющего устройства (согласно ПУЭ), указанного в табл. 5.43.

Таблица 5.43

Вид установки	Сопротивление заземляющего устройства R3
Электроустановка напряжением до 1000 В	, не более 4 Ом
Электроустановка напряжением выше 1000 В с изолированной нейтралью	, не более 10 Ом
Электроустановка напряжением выше 1000 В с эффективно заземленной нейтралью (с большим током замыкания землю)	Ом

При удельном сопротивлении грунта больше 500 Ом м допускается увеличение сопротивления заземления R₃ в 0,002 раз, но не более десятикратного.

Ток однофазного замыкания на землю, А

, (5.39)

где U – линейное напряжение, кВ; l_к и l_в – длины электрически связанных воздушных и кабельных линий сети данного напряжения, км.

При выполнении общего заземляющего устройства для установок до 1000 В и выше принимают наименьшее значение сопротивления в качестве нормы.

Расчет заземляющего устройства без учета сопротивления естественных заземлителей проводится в следующей последовательности:

1. Определяют периметр защищаемой зоны L_п, принимают размеры вертикальных заземлителей и расстояние между ними а, которое не должно быть меньше длины заземлителя 2,5 м. После этого предварительно определяют примерное число вертикальных заземлителей и длину горизонтальных заземлителей L_г. При площади контура заземления меньше 1000 м² учитывают лишь длину соединительных полос между вертикальными заземлителями. При большей площади учитывают длину полос, укладываемых внутри контура для выравнивания потенциалов земли.

Число вертикальных заземлителей

.

2. Определяют расчетное удельное сопротивление грунта

где – удельное сопротивление грунта (табл. 5.44); k_с – коэффициент сезонности, учитывающий просыхание и промерзание грунта. В средних климатических районах (втором и третьем) для вертикальных электродов , для горизонтальных электродов .

Таблица 5.44

Удельное сопротивление грунтов

Грунт	Удельное сопротивление,	Грунт	Удельное сопротивление,
Смешанный	10	Супесок	300
Торф	20	Песок влажный	500
Чернозем	30	Песок сухой	2500
Глина	60	Скалистый грунт	4000
Суглинок	100	Вода грунтовая	50

3. Рассчитывают сопротивление горизонтальных заземлителей

, (5.40)

где L_г – длина горизонтальных заземлителей, м; b – ширина полосы (0,02 – 0,04), м; h – глубина заложения полосы (0,05 – 0,8) м; – коэффициент экранирования (использования) горизонтальных заземлителей. При учете лишь соединительных полос между вертикальными электродами, размещенными по периметру замкнутого контура, коэффициент экранирования принимают по табл. 5.45, а при учете полос, укаладываемых внутри контура, – по табл. 5.46.

Таблица 5.45

Количество вертикальных заземлителей	Значения коэффициентов экранирования в зависимости от отношения расстояния между заземлителями а к длине вертикального заземлителя lв
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
200	0,32	0,18	0,48	0,22	0,59	0,295
300	0,30	0,175	0,47	0,21	0,58	0,285

Таблица 5.46

Длина каждой полосы, м	Число параллельных полос	Значения коэффициента экранирования в зависимости от расстояния между параллельными полосами, м
		5	10	15
50	5 10 20	0,48 0,35 0,25	0,58 0,46 0,36	0,65 0,53 0,44
75	5 10 20	0,45 0,31 0,22	0,53 0,41 0,31	0,58 0,47 0,38
	5 10 20	0,43 0,28 0,20	0,57 0,37 0,28	0,57 0,44 0,345

4. Определяют необходимое сопротивление вертикальных заземлений

, (5.41)

где R_з – требуемое по норме значение сопротивления заземляющего устройства, Ом.

5. Определяют сопротивление одного вертикального заземлителя R_зв различной формы.

Сопротивление заземлителя круглой формы

, (5.42)

где l и d – соответственно длина и диаметр заземлителя, м.

Приближенно сопротивления вертикальных заземлителей могут быть определены по нижеприведенным выражениям.

Сопротивление стержня диаметром 12 мм и длиной 5 м при углублении верхнего конца на 0,7 м

.

Сопротивление трубы диаметром 50 мм, длиной 2,5 м

.

Сопротивление уголка той же длины соответственно с шириной полос и мм

и .

5. Определяют уточненное количество вертикальных заземлителей

, (5.43)

где – коэффициент экранирования вертикальных заземлителей (см. табл. 5.45).

Если полученное число заземлителей отличается незначительно от принятого , то лишние заземлители следует разместить в удобных местах внутри контура. При необходимо несколько увеличить расстояние между заземлителями. Если же число заземлителей n_в значительно отличается от принятого предварительно , расчет надо повторить.

Пример.

Рассчитать согласно положениям, изложенным в п. 5.11, заземляющий контур подстанции, расположенной во второй климатической зоне. Подстанция занимает территорию м на суглинистой почве.

Расчет

Так как площадь контура заземления превышает 1000 м², по всей площади на глубине 0,7 м прокладываются горизонтальные полосы, сечением мм, образуя сетку с размерами ячеек м. При необходимости дополнительно должны быть размещены вертикальные заземлители. Общая длина заземлителей м.

Сопротивление горизонтальных заземлителей по выражению (5.40)

Ом,

где коэффициент экранирования принят по табл. 5.46.

Необходимое сопротивление вертикальных заземлений

Ом.

Сопротивление одного стержневого заземлителя диаметром 12 мм и длиной 5 м

Ом.

Необходимое количество вертикальных заземлителей

где принято для и = 120.