6 Лабораторная работа № 6 Ознакомление с методикой расчёта заземляющего устройства электроустановок

Цель: приобрести навыки в методике расчёта заземляющего устройства электроустановок

Задание:

1) произвести расчёт заземляющего устройства согласно задания;

2) уточнить число вертикальных электродов и разместить их на плане.

Оборудование и материалы:

1. индивидуальные задания согласно номера в журнале из таблицы индивидуальных заданий.

Методические указания

Рассчитать заземляющее устройство (ЗУ) в электроустановках с изолированной нейтралью, в электроустановках где заземляющее устройство является общим в распределительных устройствах различных напряжений – это значит:

- определить расчётный ток замыкания на землю (Iз) и сопротивление заземляющего устройства (Rз);

- определить расчётное сопротивление грунта ρ_р;

- выбрать электроды и рассчитать их сопротивление;

- уточнить число вертикальных электродов и разместить их на плане.

При использовании естественных заземлителей

,

где Rе, Rз – сопротивления искусственных и естественных заземлителей, Ом

Сопротивление заземления железобетонных фундаментов здания, связанных между собой металлическими конструкциями, определяется по формуле

,

где ρ=100 Ом·м (суглинок);

S = площадь, ограниченная параметром здания, .

Определение Iз и Rз.

В любое время года согласно ПУЭ

,

где Rз – сопротивление заземляющего устройства, Ом (не более 10 Ом);

Iз – расчётный ток замыкания на землю А, (не более 500А).

Расчётный (ёмкостный) ток замыкания на землю определяется приближённо

,

где Vн – номинальное линейное напряжение сети, кВ

Lкл, Lвл – длина кабельных и воздушных линий, км

В электроустановках с НН до 1 кВ:

(не более 4 Ом)

При мощности источника до 100 кВ·А – не более 10 Ом. По этой же формуле рассчитывают Rз, если ЗУ выполняется общим для сетей до и выше 1 кВ.

При совмещении ЗУ различных напряжений принимается Rз наименьшее из требуемых значений (таблица 26).

Таблица 26 - Наибольшее допустимое значение Rз, для трёхфазных сетей

Напряжение сети, кВ	Режим нейтрали	Rз н.б; Ом	Вид ЗУ
110 и выше	3Н	0,5	Заземление
3-35	ИН	10	Заземление
0,66 0,38 0,220	ГЗН	2 4 8	Зануление
0,66; 0,380; 0,22	ИН	4	Заземление

При удельном электрическом сопротивлении грунта более 100 Ом·м допускается увеличить указанные выше значения в раз, но не более 10 кратного.

Определение грунта:

,

где – расчётное удельное сопротивление грунта Ом·м;

Ксез – коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта;

Ксез = F (климатическая зона, вид заземлителей), принимается по таблице 27.

Таблица 27 - Коэффициент сезонности Ксез

Климатическая зона	Вид заземлителя			Дополнительные сведения
	вертикальный	горизонтальный
1	2		3	4
1	1,9		5,8	Глубина заложения вертикальных заземлителей от поверхности земли 0,5-0,7
2	1,7		4,0
3	1,5		2,3
4	1,3		1,8

Зона 1 имеет наиболее холодный, 4 – тёплый климат, - удельное сопротивление грунта, измерено при нормальной влажности, Ом·м, принимается по таблице 28.

Таблица 28 - Удельное сопротивление грунта ()

Грунт	Торф	Глина земля садовая	Чернозём	Суглинок	Каменистая почва	Супесь	Песок с галькой
, Ом·м	20	40	50	100	200	300	800

Расчёт и выбор сопротивления электродов

Выбор электродов по таблице 29.

Таблица 29 - Рекомендуемые электроды

Вид электрода	Размеры, мм	L, м	T, м
Стальной уголок	50·50·5 60·60·60 75·75·8	2,5-3
Круглая сталь	ǿ 12-16	5-6
Труба стальная	ǿ 60	2,5
Полоса стальная	40·4
Пруток стальной	ǿ 10-12

Приближённо сопротивление одиночного вертикального заземления по формуле

Сопротивление горизонтального электрода (полосы) определяется по формуле

,

где Lп – длина полосы, м;

в – ширина полосы, для круглого горизонтального заземлителя, в = 1,1d;

t – глубина заложения, м.

Определение сопротивления с учётом коэффициента использования:

,

,

где Rв и Rг – сопротивление вертикального и горизонтального электродов с учётом коэффициентов использования, Ом;

- коэффициенты использования вертикального и горизонтального электродов определяется по таблице 30

(тип ЗУ, вид заземлителя, , Nв),

где а – расстояние между вертикальными заземлителями, м;

L – длина вертикального заземлителя, м;

Nв – число вертикальных заземлителей.

Необходимое сопротивление вертикальных заземлителей с учётом соединительной полосы.

Уточнение числа вертикальных электродов

Таблица 30 - Значения коэффициентов использования электродов

Nв							Дополнительные сведения
	1		2		3
4							Числитель для контурного ЗУ, а знаменатель для рядного
6
10			0,69 0,75		0,76 0,81
20
30

Необходимое число вертикальных заземлителей определяется следующим образом

(при использовании естественных и искусственных заземлителей);

(при использовании только искусственных заземлителей);

,

где ηв.ут - уточнённое значение коэффициента использования вертикальных заземлителей.

Порядок выполнения работы

Из таблицы 31 индивидуальных заданий, согласно номера в журнале, выписываем данные.

Таблица 31 - Индивидуальные задания

Вариант	ЛЭП, км		ТП V1/V2; кВ	Грунт ,Ом·м	АХВ,м	t, м	Вид ЗУ	Климат зона	Искусственные заземлители, размер, мм
	L вл	L кл
									В	Г
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	15	5	35/0,4	Песок с галькой	18*8	0,5	К	4	Стальной уголок 50*50*5 L=2,5м	Полоса 40*4
2	20	-	20/0,4	Супесь	15*10	0,6	Р	3
3	-	3	10/0,4	Щебень	10*8	0,7	К	2
4	5	1	6/0,4	Суглинок	12*10	0,7	Р	1

Продолжение таблицы 31

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
5	3	-	3/0,4	Чернозём	10*10	0,6	К	2	Круглая сталь d=12 L=5м	Пруток d=10
6	-	5	35/0,65	Глина	18*10	0,5	Р	3
7	15	1	20/0,65	Торф	16*8	0,5	К	4
8	8	2	10/0,65	Песок с галькой	15*8	0,6	Р	4	Стальной уголок 60*60*6 L=3м	Пруток d=12
9	6	-	6/0,65	Супесь	12*8	0,7	К	3
10	-	2	3/0,65	Щебень	10*9	0,7	Р	2
11	25	1	35/0,23	Суглинок	20*10	0,6	К	1
12	10	5	20/0,23	Чернозём	15*12	0,5	Р	1	Труба стальная d=60 L=2,5м	Полоса 40*4
13	10	-	10/0,23	Глина	15*8	0,5	К	2
14	-	6	6/0,23	Торф	12*6	0,6	Р	3
15	2	-	3/0,23	Песок с галькой	10*10	0,7	К	4
16	-	10	20/0,4	Супесь	15*12	0,7	Р	4	Стальной уголок 75*75*8 L=3м	Полоса 40*4
17	4	5	10/0,4	Щебень	16*10	0,6	К	3
18	5	-	6/0,4	Суглинок	10*8	0,5	Р	2
19	-	2,5	3/0,4	Чернозём	12*10	0,5	К	1
20	15	4	20/0,65	Глина	18*10	0,6	Р	1	Круглая сталь 75*75*8 L=3м	Полоса 40*4
21	9	1	10/0,65	Торф	18*8	0,7	К	4
22	4	2	6/0,65	Песок с галькой	16*10	0,7	Р	3
23	1	2	3/0,65	Супесь	12*8	0,6	К	2
24	5	5	10\0,23	Щебень	15*12	0,5	Р	1	Круглая сталь d=16 L=5м	Полоса 40*4
25	3	3	6/0,23	Суглинок	12*10	0,5	К	1
26	3	5	10/0,38	Супесь	16*10	0,6	Р	3	Стальной уголок 60*60*6 L=3м	Полоса 40*4
27	-	6	6/0,4	Щебень	20*8	0,5	К	2
28	8	-	35/0,65	Глина	18*15	0,7	Р	4
29	6	4	6/0,65	Торф	12*16	0,6	К	2
30	8	5	10/0,4	суглинок	10*8	0,5	Р	1
Примечание - К – контурные; Р – рядные

1 Определяется расчётное сопротивление одного вертикального электрода

,

где Ксез. – коэффициент сезонности, принимается по таблице 22 согласно задания.

2. Определяется предельное сопротивление совмещённого ЗУ:

для ЛЭП высокого напряжения

,

.

Требуемое по низкому напряжению Rз.у.2 ≤ 4 Ом на НН принимается наименьшее из Rз.у.1; Rз.у.2.

3 Определяется количество вертикальных электродов:

а) без учёта экранирования (расчётное)

,

где Rз.у.2 – согласно таблицы 26 наибольшее допустимое значение допускается увеличить при удельном электрическом сопротивлении грунта в но не более 10 кратного.

;

б) с учётом экранирования

,

где - коэффициент использования по таблице 21

(тип ЗУ, вид заземления, , Nв) принимаем равным значению, полученному по таблице 30.

4 Размещаем ЗУ на плане и уточняем расстояния, нанося на план (рисунок 14). Так как минимальное расстояние от объекта не менее одного метра, то длина по периметру закладки при контурном ЗУ равна

Lп = (А + 2) × 2 + (В + 2)× 2

при рядном ЗУ равна

Lп = а (Nв – 1)

Расстояние между электродами уточняется с учётом формы объекта. По углам устанавливают по одному вертикальному электроду, а оставшиеся – между ними. Для равномерного распределения электродов окончательно принимается Nв.р. ≤ Nв., тогда

,

,

где ав – расстояние между электродами по ширине объекта, м;

аа – расстояние между электродами по длине объекта, м;

nв – количество электродов по ширине объекта;

nа – количество электродов по длине объекта.

Для уточнения принимается среднее значение отношения:

Тогда по таблице 21, уточняются коэффициенты использования:

Рисунок 14 – План ЗУ подстанции

5 Определяются уточнённые значения сопротивлений вертикальных и горизонтальных электродов

,

где в – ширина полосы соединительной, м;

t – глубина заложения, м.

6 Определяется фактическое сопротивление ЗУ

Если Rзу ф< Rзу – следовательно ЗУ эффективно.

Контрольные вопросы

1 Чем отличается заземление от зануления?

2 Исходя из каких условий в установках с глухозаземлённой нейтралью с напряжением до 1000 В выбирают сопротивление заземления.?

3 Естественные заземлители, что может быть использовано в качестве естественных заземлителей и что нет.

4 Сделать вывод о проделанной работе.