7.3 Расчетная часть

7.3.1 Расчет защитного заземления

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением, с целью обеспечения электробезопасности.

Заземление должно быть выполнено в электроустановках напряжением выше 1000 В во всех случаях, а также в электроустановках напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью.

Цель расчета защитного заземления в сетях с напряжением до 1000 В - определение количества электродов заземлителя, их размеров и схемы размещения в земле, при которых сопротивление защитного заземляющего устройства не превышает допустимых значений.

В электроустановках напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом.

- допустимое сопротивление заземляющего устройства.

На сопротивление заземляющего устройства в значительной степени влияет удельной сопротивление грунта , которое меняется в широких пределах и зависит, в свою очередь, от многих факторов, в том числе от рода грунта, его влажности, дисперсности, а также времени года. Поэтому при проектировании заземляющего устройства необходимо предварительно замерить  земли на месте сооружения заземлителя. В данном случае оно принимается по ориентировочным данным из таблицы "Ориентировочные значения удельных электрических сопротивлений некоторых видов земель".

- удельное сопротивление грунта

Для заземления электроустановок, в первую очередь, должны быть использованы естественные заземлители, в качестве которых используются электропроводящие части строительных и производственных конструкций и коммуникаций.

7.3.1.1 Расчет искусственного заземления

Для искусственных заземлителей следует применять сталь.

Для заземления электроустановок, питающихся от сети с изолированной нейтралью, наиболее часто применяют комбинированные групповые заземлители, состоящие из вертикальных электродов, размещенных в плане в ряд или по контуру, верхние концы которых расположены на глубине 0,7-0,8 м от поверхности земли и электрически соединены между собой горизонтальным электродом.

В качестве вертикальных электродов предпочтительно использовать стальные стержни диаметром d=10-16 мм и длиной l=5-10 м или угловую сталь (от 40*40 до 63*63 мм).

Расстояние между электродами рекомендуется брать не менее 2,5 м. Для заземлителей, расположенных в ряд, отношение расстояния между ними к длине электрода предпочтительно выбирать равным 2-3, а при расположении электродов по контуру - равными 3.

Для связи вертикальных электродов и в качестве самостоятельного горизонтального электрода обычно применяют полосовую сталь шириной 20-40 мм и толщиной 4 мм.

В данном случае, в качестве вертикальных электродов используется угловая сталь 40*40 мм и заземлители располагаются по контуру.

Сопротивление одиночного вертикального электрода рассчитывается по формуле (7.1):

(7.1)

где R_B - сопротивление одиночного вертикального электрода, Ом;

 - удельное электрическое сопротивление почвы, Ом*м;

К₁ - поправочный коэффициент;

l - длина заземлителя, м;

d - диаметр заземлителя ( для уголка d = 0,95*b₁, где b₁ - длина полки), м;

t₀ - расстояние от поверхности земли до середины заземлителя (формула 7.2), м;

(7.2)

t - глубина заложения в землю верхней части вертикального заземлителя, м.

Исходные данные представлены в таблице 7.1.

Таблица 7.1 - Исходные данные

, Ом*м	К1	l, м	b1	t, м
250	1,5	7	0,04	0,8

Подставив исходные данные получаем следующие значения: ;

Ориентировочно количество вертикальных заземлителей с некоторым избытком определяется следующим образом.

Предварительно вычисляем произведение (формула 7.3):

(7.3)

где n_B - коэффициент использования вертикальных электродов;

n - количество вертикальных электродов;

R - наибольшее допустимое сопротивление заземляющего устройства.

Затем определяем количество вертикальных электродов по таблице.

Определенное количество вертикальных электродов, при размещении по контуру представлено в таблице 7.2.

_{Таблица 7.2 - Коэффициенты использования nВ вертикальных электродов без учета влияния полосы связи.}

n	nB	nг
12	0,75	0,54

В таблице 7.2 показаны коэффициенты использования вертикальных электродов без учета влияния полосы связи, их количество n и коэффициенты использования n_Г горизонтального полосового электрода, соединяющего вертикальные электроды (при размещении по контуру).

С учетом размещения заземлителя в грунте находим длину горизонтального проводника связи (формула 7.4).

При расположении электродов по контуру:

(м) (7.4)

где а - расстояние между электродами,

(7.5)

Подставим данные в формулу 7.5: (м)

Подставим данные в формулу 7.4: (м)

Сопротивление горизонтального проводника связи в виде стальной полосы, соединяющей верхние концы вертикальных электродов (формула 7.6):

(7.6)

где R_Г - сопротивление горизонтального проводника, Ом;

К - поправочный коэффициент для горизонтальных электродов (находится по таблице);

b₂ - ширина стальной полосы, м;

b₂ = 0,004

К = 4,3

Результирующее сопротивление искусственного группового заземлителя (формула 7.7):

(7.7)

где R_рас - результирующее сопротивление искусственного группового заземлителя, Ом;

n_Г - коэффициент использования горизонтального полосового электрода.

Подставим данные в формулу 7.7:

Полученное значение сопротивления искусственного группового заземлителя удовлетворяет всем условиям: оно не только не превышает значение предельно допустимого R_доп, но в то же время оно не значительно меньше того, что обеспечивает избежание неоправданно больших экономических затрат на сооружение заземляющего устройства.