7 Основы проектирования заземляющих устройств

Исходными данными для выбора и расчета заземляющего устройства являются:

а) рабочее напряжение и мощность трансформатора, питающего сеть, режим нейтрали сети;

б) схема расположения электрооборудования, размеры помещения;

в) данные об имеющихся естественных заземлителях и сопротивлении их растеканию тока

г) данные об имеющихся в наличии металлических материалах для искусственных заземлителей и соединяющих проводниках (трубах, уголках, полосовой стали, прутках и т.п.);

д) данные о грунте на участке, где предполагается установка заземлителей, величине удельного электрического сопротивления грунта, климатической зоне РФ.

Расчет заключается в том, чтобы у выбранного заземляющего устройства общее сопротивление растеканию тока было равным или меньше нормативного по ПУЭ [1]. Основные формулы и таблицы даны в справочнике [5].

Расчет следует выполнять в следующем порядке.

7.1. Выбирается нормативное значение сопротивления заземляющего устройства по ПУЭ (например: при линейном напряжении 380 В в схеме с изолированной нейтралью для защитного заземления при мощности трансформатора более 100 кВА сопротивление ; в схеме с глухозаземленной нейтралью для повторного заземления нулевого провода).

7.2. Если используются естественные заземлители и сопротивление , то расчетное сопротивление заземляющего устройствапринимается равным.

7.3 Уточняется удельное электрическое сопротивление грунта на участке с учетом сезонных изменений влажности грунта:

, (7.1)

где  - удельное объемное сопротивление грунта растеканию тока,;

  - приближенное значение удельного сопротивления грунта,

- коэффициент сезонности.

Сопротивление грунта принимается по данным измерений или по таблице справочника [5], например: при влажности грунта 10-20 % песок имеет сопротивление 700 Омм, супесок - 300 Омм, суглинок - 100 Ом м, глина - 40 Омм. Если грунт песчаный, то в траншею желательно засыпать слой глины, и тем самым снизить сопротивление.

Для климатической зоны III коэффициент имеет значения: вертикальные заземлители (трубы, уголки длиной 2-3 м)= 1,2...1,5; горизонтальные заземлители (полосы, прутки и т.п.)= 1,6...3,2.

7.4. Выбирается тип заземляющего устройства, например: контурное, состоящее из горизонтально уложенной полосы; контурное с трубами, вертикально забитыми в землю; контурное, состоящее из полосы и вертикально забитых в землю прутков; выносное, состоящее из труб, расположенных в ряд и т.п. Рисуется схема заземляющего устройства и определяются размеры горизонтальной полосы.

7.5. Рассчитывается сопротивление растеканию тока горизонтальной полосы, соединяющей заземлители:

(7.2)

где   - удельное сопротивление грунта растеканию тока для полосы, уложенной горизонтально в земле, Омм;

L - длина заземляющей полосы, соединяющей заземлители, м;

b - ширина полосы, м;

t - глубина заложения полосы, м.

При использовании заземляющего проводника круглого сечения в формуле (7.2) принимается ширина b равной двум диаметрам проводника.

7.6. Проводится сравнение сопротивления растеканию тока полосы и нормативного. Если сопротивление полосы меньше нормативного значения, то принимается заземляющее устройство в виде горизонтально уложенной полосы (прутка), т.е. вертикальные заземлители не нужны.

Если сопротивление больше(до 25 %), то можно дополнительно к контуру из полосы вырыть траншею и уложить параллельно еще участок полосы. При расчете следует учитывать, что при близком расположении заземляющих проводников ухудшаются условия растекания тока, поэтому сопротивление участка параллельно уложенных горизонтальных полос (прутков) будет определяться по формуле:

, (7.3)

где - сопротивление участка из группы горизонтально уложенных полос, Ом;

- сопротивление одной полосы на данном участке, Ом;

- число параллельных полос;

  - коэффициент использования группы параллельно уложенных полос (см. справочник [5]).

Для двух полос, расположенных на расстоянии 1 м, коэффициент  = 0,6; на расстоянии 5 м -= 0,78.

Если сопротивление значительно больше, то выполняется контурное заземляющее устройство с вертикально забитыми в землю трубами (уголками, прутками).

7.7. Определяется сопротивление растеканию тока одиночного вертикального заземлителя. Для трубы (прутка) формула имеет вид:

, (7.4)

где - сопротивление растеканию тока трубы, заглубленной вертикально в землю, Ом;

- длина трубы, м;

- наружный диаметр трубы, м;

- глубина заложения трубы, м,

,

- расстояние от поверхности земли до верхнего края трубы, м.

7.8. Определяется необходимое число труб (прутков) и уточняется схема заземляющего устройства. Так как с увеличением числа труб ухудшаются условия растекания тока и коэффициенты использования труб  и полосыуменьшаются, то расчет выполняется методом последовательного приближения.

7.9. Уточняется сопротивление контура заземляющей полосы

, (7.5)

где - сопротивление растеканию тока соединяющей полосы с учетом влияния заземлителей, Ом.

Коэффициент использования горизонтальной полосы принимается из справочника [5]. Например, если четыре вертикальных заземлителя расположены по контуру, а отношение расстояния между заземлителями к их длине равно 3, то коэффициент= 0,7; если число вертикальных заземлителей 40, а отношение расстояния между заземлителями к их длине равно 1, то коэффициент= 0,22.

8.2. Рассчитывается сопротивление всех вертикально установленных заземлителей (труб) с учетом их числа и коэффициента использования:

, (7.6)

где - сопротивление всех вертикально установленных заземлите лей, Ом;

- сопротивление одиночного заземлителя (трубы), Ом;

n - число заземлителей;

  - коэффициент использования вертикальных заземлителей.

Коэффициент принимается из справочника [5]. Например, если четыре заземлителя расположены по контуру, а отношение расстояния между заземлителями к их длине составляет 3, то= 0,85; если 40 заземлителей и отношение расстояния между заземлителями к их длине составляет 1, то коэффициент= 0,41.

8.3. Рассчитывается общее сопротивление заземляющего устройства (заземлителей и соединяющей полосы):

, (7.7)

8.4. Сравнивается полученное сопротивление с нормативным значением.