Расчёт системы защитного заземления

Устройство защитного заземления

Устройство заземления выполняется в соответствии с требованиями Правилами устройства электроустановок (ПУЭ), ГОСТ 12.1.030-81, ГОСТ Р МЭК 61140-2000.

Заземление следует выполнять:

 при напряжениях переменного тока 380 В и выше и постоянного тока 440 В и выше во всех электроустановках;

 при напряжениях переменного тока выше 42 В и постоянного тока выше 110 В только в электроустановках, размещённых в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных, а также в наружных электроустановках;

 при любом напряжении переменного и постоянного тока во взрывоопасных электроустановках.

При устройстве защитного заземления могут быть использованы как естественные, так и искусственные заземлители. Причём если естественные заземлители имеют сопротивление растеканию тока, удовлетворяющее требованиям ПУЭ, то устройство искусственных заземлителей не требуется.

В качестве естественных заземлителей могут быть использованы:

 проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов, транспортирующих горючие и легковоспламеняющиеся жидкости, горючие и взрывчатые газы и смеси;

 обсадные трубы, металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в непосредственном соприкосновении с землей;

 свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле и т. д.

В качестве искусственных заземлителей чаще всего применяют угловую сталь сечением 6060 мм, стальные трубы диаметром 35 – 60 мм и стальные шины сечением не менее 100 мм².

Стержни и трубы длиной 2,5…3 м погружаются (забиваются) в грунт вертикально в специально подготовленной траншее (рис. 6).

Вертикальные заземлители, устанавливаемые в грунте, соединяются определенным образом стальной полосой, которая приваривается к каждому заземлителю. Расположение заземлителей показано на рис. 7.

Рис. 6. Установка вертикального Рис. 7. Схема расположения

заземлителя в траншее заземлителей

Стальные заземлители должны иметь определённые минимальные размеры (прил. 1).

По расположению заземлителей относительно заземляемого оборудования системы защитного заземления подразделяются на выносные и контурные. Схема выносного заземления оборудования представлена на рис. 8.

Рис. 8. Схема выносного заземления:

1 – заземляемое оборудование; 2 – заземлители

При выносной системе заземления заземлители располагаются на некотором удалении от заземляемого оборудования. Поэтому заземлённое оборудование находится вне поля растекания тока и человек, касаясь его, оказывается под полным напряжением относительно земли U_пр = U₃. Выносное заземление защищает человека только лишь при малом сопротивлении грунта.

Контурное заземление показано на рис. 9. Заземлители располагаются по контуру заземляемого оборудования на небольшом (несколько метров) расстоянии друг от друга. В данном случае поля растекания тока заземлителей накладываются друг на друга, и любая точка поверхности земли внутри контура имеет значительный потенциал. При этом напряжение прикосновения будет меньше, чем при выносном заземлении

U_пр = U_З – _осн,

где _осн  потенциал земли.

Рис. 9. Схема контурного заземления

Нормирование параметров защитного заземления

Защитное заземление предназначено для обеспечения безопасности человека при прикосновении его к нетоковедущим частям оборудования, случайно оказавшимся под напряжением, а также при воздействии напряжения шага. Эти величины не должны превосходить длительно допустимых

U_пр  U_{пр д.д.};

U_ш  U_{ш д.д.}

В ПУЭ нормируются сопротивления заземления в зависимости от напряжения электроустановок.

В электроустановках напряжением до 1000 В сопротивление заземляющего устройства должно быть не выше 4 Ом; если же суммарная мощность источников не превышает 100 кВ·А, сопротивление заземления должно быть не более 10 Ом.

В электроустановках с напряжением электросети U > 1000 В с силой тока замыкания I < 500 А допускается сопротивление заземления

R_З  250 / I_З,

но не более 10 Ом.

Если заземляющее устройство используется одновременно для электроустановок напряжением до 1000 В и выше, то

R_З  125 / I_З,

но не выше нормы электроустановки U < 1000 В (4 или 10 Ом).

В электроустановках с силой тока замыкания I_З > 500 А R_З  0,5 Ом.

Порядок расчёта защитного заземления

Расчёт заземления сводится к определению числа заземлителей и длины соединительной полосы исходя из допустимого сопротивления заземления. Расчёт выполняется в следующем порядке.

1. Выбирается вид заземлителя, его размеры и размеры соединительной полосы (диаметр и длина трубы, сечение соединительной полосы).

2. Выбирается значение удельного сопротивления грунта, соответствующее или близкое по значению удельному сопротивлению грунта в заданном районе размещения проектируемого заземления (прил. 2). При расчёте также можно использовать данные, полученные при измерении удельного сопротивления грунтов.

3. Определяется значение электрического сопротивления растеканию тока в землю с одиночного заземлителя по формуле

,

где   удельное сопротивление грунта, Ом  м;

 длина заземлителя, м (рис. 7);

t  расстояние от поверхности грунта до середины заземлителя, м,

t = h + 0,5∙l, где h  глубина заложения заземлителя в грунт, м;

К_с  коэффициент сезонности, вводится в расчёт для приведения выбранного значения удельного сопротивления грунта к условиям наихудшей его проводимости в наиболее сухое время года (прил. 2);

d  диаметр заземлителя, м.

4. Рассчитывается число заземлителей без учёта взаимных помех, оказываемых заземлителями друг на друга, так называемого явления взаимного "экранирования"

,

где R_З.Н  нормируемое (допустимое) сопротивление всей системы заземления по ПУЭ.

5. Рассчитывается число заземлителей с учётом коэффициента экранирования

,

где _э  коэффициент экранирования, выбираемый в зависимости от вида заземления, числа заземлителей и расстояния a между соседними заземлителями (прил. 3).

Расстояние между заземлителями a = (1…3) , м.

6. Определяется длина соединительной полосы, м

= 1,05 n  a.

7. Рассчитывается значение сопротивления растеканию тока с соединительной полосы, Ом

,

где b  ширина соединительной полосы (b = 25 – 60 мм); h  глубина заложения полосы в грунте.

8. Рассчитывается полное значение сопротивления системы заземления, Ом

,

где _П  коэффициент экранирования полосы, выбираемый из прил. 4.

Расчёт выполнен верно, если полученное значение R_З будет меньше допустимого сопротивления по ПУЭ R_З.Н. В случае необходимости расчёт корректируется.

Варианты заданий представлены в прил. 5.