7.1.1. Розрахунок захисного заземлення

Мета розрахунку захисного заземлення — визначення кількості електродів заземлювача і заземлювальних провідників, їхніх розмірів і схеми розміщення в землі, при яких опір заземлюючого пристрою розтіканню струму або напруга дотику при замиканні фази на заземлені частини електроустановок не перевищують допустимих значень.

Для розрахунку використовуються такі вихідні дані:

• найменування об'єкта, що захищається;

• стаціонарність об'єкта;

• характеристика установки (тип, вид устаткування, робочі напруги, сумарн потужність генераторів або трансформаторів, що живлять дану мережу, режим нейтра./ мережі, засоби її заземлення і т. п.);

• план електроустановки із зазначенням розмірів і розміщення устаткувань (рис. 7.1);

— дані про природні заземлювачі, зокрема виміряні опори конструкцій розтіканнк струму, що допускаються ПУЕ для-використання як заземлювачі. Якщо виміряти onif природного заземлювача неможливо, то необхідно мати відомості про його конфігурацію розміри, матеріали, глибину закладання в землю й інші дані, необхідні для визначенню його опору розрахунковим методом;

• питомий електричний опір землі на ділянці розміщення заземлювача, отриманий безпосередньо вимірюванням і характеристика погодних умов під час вимірів. При неможливості проведення вимірів необхідно знати тип землі і ступінь її неоднорідності в залежності від глибини. Необхідно визначити ознаки кліматичної зони, у межах якої споруджується заземлювач;

• вид, форма, розміри, матеріал електродів і заземлювальних провідників, призначених для спорудження штучного заземлювального пристрою (розміри заземлювачів (стержнів): довжина стержня (труби) / (рис. 7.2), діаметр стержня (труби) d, товщина стінки труби S_m, відношення відстані між стержнями до їх довжини L/і; розміри горизонтального заземлювача (з'єднувальної стрічки): довжина L₃, ширина стрічки Ь_с, глибина закладання вертикальних заземлювачів h_B);

— розрахунковий струм замикання на землю для електроустановок напругою понад 1 кВ.

Розташування заземлювачів попередньо приймають за чотирикутним контуром при кількості стержнів від 4 до 100 або в один ряд при кількості стержнів від 2 до 20 (рис. .7.1)..

Послідовність розрахунку. Визначається характеристика оточуючого середовища у виробничому приміщенні.

Визначається R — допустимий опір розтікання струму в заземлювальному пристрої (табл. 7.1).

Визначається р_ТДБЛ — приблизне значення питомого опору грунту, яке рекомендується для розрахунку (табл. 7.2).

Визначається значення К_св — коефіцієнта сезонності для вертикальних заземлювачів за даною кліматичною зоною.

Визначається значення К_сг — коефіцієнта сезонності для горизонтального заземлювача за заданою кліматичною зоною (табл. 7.2, 7.3).

Визначається р_Р03РВ — розрахунковий питомий опір грунту для вертикальних заземлювачів, Ом ■ м

визначається Р_Р03РГ — розрахунковий опір грунту для горизонтальних заземлювачів, Ом ■ м

Визначається t — відстань від поверхні землі до середини вертикального заземлювача (рис. 7.1, 7.2), м

Визначається R_B — опір розтіканню струму в одному вертикальному заземлювачі, Ом

Визначається п_те — теоретична кількість вертикальних заземлювачів без врахування коефіцієнта використання rj_fi, шт.

Визначається г)_вв — коефіцієнт використання вертикальних заземлювачів при використанні їх відповідно до вихідних даних або по чотирикутному контуру при кількості заземлювачів п_тд та при відношенні L/1 (табл. 7.5)

Визначається п_в — необхідна кількість вертикальних заземлювачів з врахуванням коефіцієнта використання, шт.

Визначається R_P03PB — розрахунковий опір розтіканню струму у вертикальних заземлювачах при п„ без врахування впливу з'єднувальної стрічки, Ом

Визначається L — відстань між вертикальними заземлювачами з відношення L/l=\. Визначається L_c — довжина з'єднувальної стрічки — горизонтального заземлювача, м

Визначається R_r — опір розтіканню струму в горизонтальному заземлювачі (з'єднувальній стрічці), Ом

Визначається г]_гс — коефіцієнт використання горизонтального заземлювача при розташуванні вертикальних заземлювачів відповідно до вихідних даних або по чотирикутному контуру при відношенні L/1 та при необхідній кількості вертикальних заземлювачів п_в. За табл. 7.6 визначається ц_ге. При паралельно вкладених горизонтальних заземлювачах г\_гс визначається з табл. 7.7.

Визначається R_P03pr — розрахунковий опір розтіканню струму в горизонтальному заземлювачі (з'єднувальній стрічці) при кількості електродів п_г, Ом ^/

Визначається R_P03PB —. розрахунковий опір, Ом, розтіканню струму у вертикальних та горизонтальних заземлювачах

або

, Вибирається матеріал та перетин з'єднувальних провідників і магістральної шини згідно табл. 7.8. ,

Приклад 7.1. Розрахунок штучного заземлювального пристрою при відсутності лриродних заземлювачів Вихідні дані:

1. Захищуваний об'єкт — обладнання опоряджувального цеху.

2. Захищуваний об'єкт — стаціонарний.

3. Напруга мережі — 380 В.

4. Виконання мережі — з глухозаземленою нейтраллю.

5. Тип заземлювального пристрою — вертикальний (труби).

6. Розміри вертикальних заземлювачів: довжина І_в — 3-й; діаметр труби d — 0,04 м; товщина стінки труби б_т — 3,5 мм.

hi-л

7. Відношення відстані між трубами до їхньої довжини , ~¹.

^Ів

8. Розміри горизонтального заземлювача (з'єднувальної стрічки): довжина L_r-L_3C — згідно з розрахунком, м; ширина стрічки _с — 0,04 м.

9. Глибина закладання вертикальних заземлювачів h_B - 0,8 м; горизонтальних /г_ґ = 0,8ж.

10. Розташування заземлювачів попередньо приймають за чотирикутним контуром при числі стержнів від 4 до 100 та в один ряд при числі стержнів від 2 до 20 (рис. 7.1,7.2).

Грунт — супісок; склад — однорідний; вологість — мала; агресивність — нормальна.

11. Кліматична зона — II.

Розв'язок. 1. Визначаємо характеристику навколишнього середовища в опоряджувальному цеху: за пожежною небезпекою згідно з ПУЕ воно відноситься до класу П-ІІ; за вибухонебезпекою згідно з ПУЕ — до класу В-І; за ступенем ураження електричним струмом — без підвищеної та особливої небезпеки.

2. Визначаємо /?_д — допустиме (нормативне) значення опору розтіканню струму в заземлювальному пристрої (табл. 7.1); #_д^ 4 Ом.

3. Визначаємо К_св — приблизне значення питомого опору грунту, що рекомендується для розрахунку. За табл. 7.2 приймаємо р_ТАБЛ ⁼ 300 Ом ■ м.

4. ■ 7. Визначаємо р_Р03РГ — розрахунковий питомий опір грунту для горизонтальних заземлювачів.

   

   8. Визначається t — відстань від поверхні землі до середини вертикального заземлювача (рис. 7.2). . ,

   Визначаємо К_св — коефіцієнт сезонності для вертикальних заземлювачів для даної кліматичної зони II. За табл. 7.4. приймаємо К_св = 1,5.

5. Визначаємо значення К_сг — коефіцієнт сезонності для горизонтального заземлювача згідно з кліматичною зоною. За табл. 7>4. приймаємо К_сг - 3,5.

6. Визначаємо р_Р03РВ — розрахунковий питомий\опір грунту для вертикальних заземлювачів. J

9. Визначається R_B — опір, Ом, розтіканню струму в одному вертикальному заземлювачі:

10. Визначається п_тв — теоретична кількість вертикальних заземлювачів без врахування коефіцієнта використання f]_BB, тобто г\_вв — 1.

11. Визначають г]_вв — коефіцієнт використання вертикальних заземлювачів при розташуванні їх згідно з вихідними даними або за чотирикутним контуром при

числі заземлювачів п_тв = 33 та при відношенні —?- = і. За табл. 7.5 приймаємо

г?_вв = 0,42.

12. Визначається n_WB — необхідна кількість, шт., вертикальних однакових заземлювачів з врахуванням коефіцієнта використання

13. Визначається R_P03PB — розрахунковий опір, Ом, розтіканню струму у вертикальних заземлювачах при п_нв =80 без врахування з'єднувальної стрічки

14. Визначаємо L_B — відстань між вертикальними заземлювачами за відношенням — = 1. Звідси L_B = 1 • І_в = 1 • 3 = 3 м.

в

15. Визначаємо L_3C — довжину, м, з'єднувальної стрічки — горизонтального заземлювача:

16. Визначаємо R_r3C — опір, Ом, розтіканню струму в горизонтальному заземлювачі (з'єднувальній стрічці):

17. Визначається г\_вг — коефіцієнт використання горизонтального заземлювача при розташуванні вертикальних заземлювачів згідно з вихідними даними або за

чотирикутним контуром при відношенні —^в~ = і та необхідній кількості вертикальних

заземлювачів п_нв = 80. За табл. 7.6. приймаємо г\_вг = 0,19. При паралельно вкладених горизонтальних заземлювачах г\_вг визначається за табл. 7.7.

18. Визначаємо R_P03Pr — розрахунковий опір, Ом, розтіканню струму в горизонтальному заземлювачі (з'єднувальній стрічці) при числі електродів п_г = 1:

19. Визначаємо К_Р03РВГ — розрахунковий теоретичний опір, Ом, розтіканню струму у вертикальних та горизонтальних заземлювачах

або

20. Вибираємо матеріал та поперечний перетин з'єднувальних провідників. За табл. 7.8 вибираємо голі мідні S_M = 4 мм² або алюмінієві S_A = 6 мм² провідники.

21. Вибираємо матеріал та поперечний перетин магістральної шини. За табл. 7.8 приймаємо сталеву шину товщиною <5_С = 4 мм і перетином не менше а = 100 лш².

22. Наводиться схема з'єднання обладнання з магістральною шиною та з'єднання магістральної шини з заземлювальним пристроєм (з'єднувальною стрічкою).

Приклад 7.2. Розрахунок горизонтального заземлювального пристрою. Вихідні дані: . 1. Захищуваний об'єкт — обладнання нижнього складу.

2. Захищуваний об'єкт — стаціонарний.

3. Напруга мережі U_м = 380 В.

4. Виконання мережі — з глухозаземленою нейтраллю.

5. Тип заземлювального пристрою — горизонтальний зі стрічкової сталі.

6. Розміри заземлювачів і довжина стрічки R_c = 50 ж, ширина стрічки Ь_с = 0,04 м.

7. Розташування заземлювачів — паралельне.

8. Відстань між паралельними заземлювальними стрічками L_c — 5 м.

9. Глибина закладання заземлювачів h₃ = 0,8 м.

10. Грунт — суглинок.

11. Характеристика грунту: склад — однорідний; вологість — нормальна; агресивність — нормальна,

12. Кліматична зона — III.

13. Природні заземлювачі відсутні.

Розв'язок. 1. Накреслити схему заземлювального пристрою з умовними позначеннями.

2. Визначають /?_д — допустиме нормативне значення питомого опору, Ом, розтіканню струму в заземлювальному пристрої. Згідно з ПУЕ, ПТЕ та ПТБ для прийнятих вихідних даних (мережа до 1000 В з глухозаземленою нейтраллю) за табл. 7.1. й_д = 4.

3. Визначають p_TABj, — наближене значення опору грунту. За табл. 7.2 приймаємо

Ртавл. = 100 Ом . м.

4. Визначають значення К_сг — коефіцієнта сезонності для грунту нормальної вологості при кліматичній зоні III для горизонтального заземлення довжиною І_с = 50 м. За табл. 7.4 приймемо К_сг = 2.

6. Визначають R_r — теоретичний опір, Ом, розтіканню струму в одному горизонтальному заземлювачі: »,

5. Визначають р_розрг — розрахунковий питомий опір, Ом . и^хрунту для горизонтальних заземлювачів. /^

7. Визначають п_г — теоретичну кількість горизонтальних заземлювачів без врахування ц_вг —коефіцієнта використання, тобто приймемо г\_вг — 1.

8. Визначають ц_вг — коефіцієнт використання паралельно вкладених горизонтальних заземлювачів при п_г = 2, /_с = 50 м. За табл. 7.7 приймемо і?_АЛ = 0,78.

9. Визначаємо п_гн — необхідну кількість горизонтальних заземлювачів (стрічок).

Приймаємо п_гн = 3.

10. Визначають R_P03pr — розрахунковий опір, Ом, розтіканню струму в заземлювальному пристрої при п_гн = 3 та г\_вг = 0,78:

Отриманий розрахунковий опір розтіканню струму відповідає вимогам ПУЕ, ЛТЕ.ПТБ.

Приклад 7.3. Розрахунок заземлювального пристрою з використанням іриродного заземлення.

Вихідні дані: •>

1. Назва об'єкта — обладнання механічного цеху.

2. Захищуваний об'єкт — стаціонарний.

3. Напруга мережі U_M - 380 В.

4. Виконання мережі — з глухозаземленою нейтраллю.

5. Природне заземлення — палі основи будівлі.

6. Виміряний опір розтіканню струму в природному заземлювачі R_n3 = 14 Ом.

7. Тип додаткового штучного заземлення — вертикальний з труб.

8. Розмір заземлювачів (довжина стержнів І_в = 3 м, діаметр d = 0,04 м).

9. Розташування зазеклювачів — в один ряд.

10. З'єднувальна стрічках шириною Ь_с = 0,04 м.

11. Грунт — суглинок.

12. Характеристика грунту: склад — однорідний; вологість — нормальна; агресивність — нормальна. _v

13. Кліматична зона — III.

Розв'язок. Накреслити схему природного заземлювального пристрою з умовними позначеннями.

2. Визначають /?_д — допустиме (нормативне) значення опору розтіканню струму в заземлювальному пристрої (природному та штучному) згідно з ПУЕ. За табл. 7.1 Я_д = 4 Ом.

3. Визначають Кр_ОЗРШЗ — розрахунковий опір, Ом, розтіканню електроструму в штучному заземленні. При відомому (виміряному) природному опорі розтіканню струму в природному заземлювачі R_n3 = 14 Ом.

4. Визначають р_ТАБЛ — наближене значення питомого опору грунту, рекомендоване для розрахунку. За табл. 7.2 приймаємо р_ТАБЛ = 100 Ом ■ м.

5. Визначають значення К_св — коефіцієнта сезонності для вертикальних заземлювачів довжиною І_в = 3 м за згаданою кліматичною зоною III при нормальній вологості за табл. 7.4. Приймаємо К_св = 1,3.

6. Визначаємо Р_Р03РВ — розрахунковий питомий опір, Ом ■ м, грунту для вертикальних заземлювачів:

7. Визначають t — відстань, м, від поверхні землі до середини заземлювача.

8. Визначають R_B — опір, Ом, розтіканню струму в одному вертикальному заземлювачі

9. Визначають п_тв — теоретичне число вертикальних заземлювачів без врахування г\_вв — коефіцієнта використання, тобто г]_вв = 1:

10. Визначають г\_вв —коефіцієнт використання вертикальних заземлювачів при розташуваннГз&землювачів у один ряд, числі заземлювачів п_тв = 7 та при

ї \

відношенні -А = 1. За табл. 7\5 приймаємо г)_вв = 0,65.

'в

Приймаємо п_нв рівним 11 стержням.

11. Визначають п_нв — необхідну кількість вертикальних однакових заземлювачів (стержнів) з врахуванням г)_вв.

12. Визначають R_p03PB— розрахунковий опір, Ом, розтіканню струму у вертикальних заземлювачах при п_н8 = 11 без врахування горизонтального заземлювача (з'єднувальної стрічки)

13. Визначають L_B — відстань між вертикальними заземлювачами за відношенням • -А = і, звідси L_B =■ 1 • І_в = 3 м.

14. Визначають L_{3 с} ■—довжину, м, з'єднувальної стрічки — горизонтального заземлювача:

15. Визначають значення К_сг — коефіцієнта сезонності для горизонтального заземлювача, що з'єднує вертикальні заземлювачі та природний заземлювач при довжині L_3C = 31,5 м при нормальній вологості грунту для кліматичної зони III. За табл. 7.4 приймаємо К_сг = 2.

16. Визначають р_РОЗРГ — розрахунковий питомий опір, Ом . м, грунту для горизонтального заземлювача:

17. Визначають R_r — опір розтіканню струму, Ом, в горизонтальному заземлювачі (з'єднувальній стрічці):

18. Визначаємо т]_вг — коефіцієнт використання горизонтального заземлювача при розташуванні вертикальних заземлювачів згідно з вихідними даними (в один

ряд) при відношенні S- = 1 і необхідній кількості заземлювачів п_нв =11. За табл. 7.6

в приймаємо г]_вг = 0,62.

19. Визначають опір, Ом, розтіканню струму в горизонтальному заземлювачі

20. Визначають &_ЗАГПШ — загальний опір, Ом, розтіканню струму в штучному та природному заземлювачах

Отримане загальне розрахункове значення опору розтіканню струму в природному та штучному заземлювачах відповідає вимогам ПУЕ, ПТЕ та ПТБ.