5.7 Расчет сопротивления защитного заземления

(61)

Спроектировать защитное заземление оборудования понижающей подстанции 6/0,4 кВ. Заземляющее устройство заглублено: Н₀ равное 0,5 - 0,8 м. Параметры трансформаторов мощность 40 кВ·А, схема соединения обмоток ∆/∆_н. Грунт - чернозем, климатическая зона - III. Для заземляющего устройства в качестве вертикальных стержней использовать угловую сталь с шириной полки 40 мм, длиной l_с равно 3,0 м; в качестве соединительной полосы использовать стальную шину сечением 40 x 4 мм.

Токи замыкания на землю в подобных установках меньше 500 А, поэтому для заданной мощности трансформатора нормированное сопротивление заземляющего устройства R_H меньше или равно 2 Ом. Удельное сопротивление грунта р_табл равно 100 Ом·м.

Значения удельных сопротивлений грунтов при влажности 10 - 12 % к массе грунта приведены в таблице 5.8.

Таблица 5.8 –Значения удельных сопротивлений грунта

Грунт	Удельное сопротивление, Ом·м	Грунт	Удельное сопротивление, Ом·м
Глина	40	Супесок	300
Суглинок	100	Песок	700
Чернозем	200	Скалистый	2000

Значения климатических коэффициентов и признаки зон приведены в таблице 5.9.

Таблица 5.9 - Значения климатических коэффициентов и признаки зон

Тип заземлителя	Климатические зоны
	I	II	III	IV
Вертикальные стержни длиной /с = 2 - 3 м при глубине заложения Но = 0,5 - 0,8 м	1,8-2,0	1,6-1,8	1,4-1,6	1,2-1,4
Горизонтальные полосовые заземлители при глубине заложения Н= 0,8 м.	4,5-7,0	3,5-4,5	2,0-3,5	1,5-2,0
Признаки климатических зон
Средняя температура января, °С	-20-(-15)	-14-(-10)	-10-0	0-5
Средняя температура июля, °С	16-18	18-22	22-24	24-28

Расчетное удельное сопротивление грунта с учетом климатического коэффициента определяется по формуле 5.6.

(5.6)

где ρ_табл - удельное сопротивление грунта по таблице 5.8;

ψ - климатический коэффициент по таблице 5.9.

С учетом климатических коэффициентов ψ_сравно 1,4; ψ_правно 2; расчетные удельные сопротивления по формуле 5.6:

-ρ_с =200·1,4 = 280 Ом·м;

- ρ_п= 200·2 = 400 Ом·м.

Эквивалентный диаметр стержней: d = 0,95·0,04 = 0,038 м.

Сопротивление одиночного вертикального заземлителя R_с с учетом удельного сопротивления грунта определяют по формуле 5.7.

(5.7)

где d - диаметр стержня;

R_c - сопротивление одиночного вертикального заземлителя;

l_c - длина стержня;

Н - высота стержня.

Сопротивление одиночного заземлителя при Н₀ = 0,5 м и Н = 2 м, находится по формуле 5.7.

Число вертикальных заземлителей без учета взаимного экранирования определяют по формуле 5.8.

(5.8)

где R_H - норма сопротивления заземления;

Rc - сопротивление одиночного вертикального заземлителя.

Итак, число вертикальных заземлителей по формуле 5.8:

Заземляющий объект - небольшое, отдельно стоящее здание, поэтому заземляющее устройство выбираем контурное в виде прямоугольника с ориентировочным соотношением сторон 3x7.

Исходя из реальных условий, отношение берем S:l = 1, где S - расстояние между одиночными заземлителями, l - длина заземлителя.

Определяем окончательное число вертикальных стержней по формуле 5.9.

(5.9)

где ή_с- коэффициент использования вертикальных заземлителей;

n- расчетное число заземлителей, шт.

Коэффициент использования вертикальных заземлителей выбирается из таблицы 5.10.

Таблица 5.10 - Таблица коэффициентов использования вертикальных заземлителей

Отношение расстояния между заземлителями к их длине	Число заземлителей n, шт.
	2	4	6	10	20	40	60	100
Заземлители располагаются в ряд
1	0,85	0,73	0,65	0,59	0,48	-	-	-
2	0,91	0,83	0,77	0,74	0,67	-	-	-
Заземлители располагаются по контуру
1	-	0,69	0,61	0,55	0,47	0,41	0,39	0,36
2	-	0,78	0,73	0,68	0,63	0,58	0,55	0,52
3	-	0,85	0,80	0,76	0,71	0,66	0,64	0,62

Итак, окончательное количество вертикальных стержней по формуле 5.9:

Сопротивление заземлителей без соединительной полосы определяется по формуле 5.10.

(5.10)

где R_cc - сопротивление заземлителей без соединительной полосы.

Итак, сопротивление заземлителей без соединительной полосы по формуле 5.10.

(67)

Сопротивление соединительной полосы определяется по формуле 5.11.

(5.11)

где l_n - длина соединительной полосы;

b - ширина заложения полосы;

H₁ - глубина заложения полосы.

Длина соединительной полосы: l_n = 1,05·(44 - 1)·3 = 135,45 м.

Сопротивление соединительной полосы находится по формуле 5.11:

Сопротивление соединительной полосы уточняют с учетом коэффициента использования полосы ή_п(таблица 5.11) по формуле 5.12.

(5.12)

где R^’_п – сопротивление соединительной полосы.

Итак, сопротивление соединительной полосы по формуле 5.12:

Таблица 5.11 – Таблица коэффициентов использования соединительной полосы

Отношение расстояния между заземлителями к их длине	Число вертикальных заземлителей щ, шт.
	2	4	6	10	20	40	60	100
Вертикальные заземлители располагаются в ряд
1	0,85	0,77	0,72	0,62	0,42	-	-	-
2	0,94	0,89	0,84	0,75	0,56	-	-	-
Вертикальные заземлители располагаются по контуру
1	-	0,45	0,40	0,34	0,27	0,22	0,20	0,19
2	-	0,55	0,48	0,40	0,32	0,29	0,27	0,23
3	-	0,70	0,64	0,56	0,45	0,39	0,36	0,33

Общее сопротивление заземляющего устройства и соединявшей полосы рассчитывается по формуле 5.13.

(5.13)

где R – общее сопротивление заземляющего устройства.

Итак, общее сопротивление заземляющего устройства по формуле 5.13:

Полученное расчетное значение R удовлетворяет требованиям ПУЭ: R < R_H, т.е. 3,45 < 4 Ом. Стержневые заземлители по 3 метра в количестве 44 штук расположены в прямоугольном контуре размером 24x42 м.

Расположение заземлителей представлено на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 – Расположение стержневых заземлителей