Методика расчета параметров заземляющего устройства

7.1 Составляются исходные данные для выбора и расчета заземляющего устройства:

- характеристика электроустановок (виды основного оборудования, рабочее напряжение, мощность трансформатора, питающего сеть, режим нейтрали сети);

- схема размещения электрооборудования в помещении или на участке, размеры помещения;

- данные об имеющихся в наличии материалах для искусственных заземлителей и соединяющих проводников (трубах, уголках, полосовой стали и т.п.), их форме, размерах;

- данные о грунте, где предполагается установка заземлителей, величине удельного электрического сопротивления грунта, климатической зоне, где расположено предприятие.

7.2 Выбирается нормативное значение сопротивления заземления R_норм в соответствии с правилами устройства электроустановок (таблица 7.1).

7.3 Выбирается тип и размеры заземлителей и составляется схема их расположения.

7.4 Уточняется удельное электрическое сопротивление грунта на участке, где будут установлены заземлители.

Если не известно удельное электрическое сопротивление грунта r, то принимается приближенное его значение r_пр (таблица 7.2).

С учётом сезонных изменений влажности грунта значение r_пр уточняется:

, (7.1)

где r - удельное объемное сопротивление грунта растеканию тока, Ом×м;

r_пр – приближенное значение удельного сопротивления грунта, Ом×м;

y - коэффициент сезонности.

Коэффициент сезонности y выбирается в зависимости от климатической зоны и типа заземлителя (таблица 7.3). Обычно принимается среднее значение r и y, причем различное для труб и уголков, установленных вертикально, y_з и соединительной полосы, проложенной горизонтально y_п.

7.5 Рассчитывается сопротивление растеканию тока полосы, соединяющей заземлители, R_п по формуле (таблица 7.4). Если заземляющее устройство имеет только горизонтально уложенную полосу, сопротивление растеканию тока определяется по формуле:

, (7.2)

где R_Г- сопротивление растеканию тока горизонтально уложенной

полосы, Ом;

r_Г- удельное сопротивление грунта растеканию тока для полосы,

уложенной горизонтально в земле, Ом×м;

y_Г- коэффициент сезонности для горизонтальной заземляющей полосы;

L - длина заземляющей полосы, 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.

Удельное сопротивление грунта r_Г принимается равным среднему значению из таблицы 7.2, умноженному на коэффициент сезонности. Если заземляющее устройство располагается в третьей климатической зоне и используются горизонтальные заземлители длиной более 50 м (полосы, прутки, уголки и т.п.), то y_П = 1,6...3,2 (таблица 7.3).

7.6 Проводится сравнение сопротивления растеканию тока полосы R_п и нормативного R_норм.

Если сопротивление R_п меньше R_норм, то принимается контурное заземление в виде горизонтально уложенной полосы и вертикальных труб, расположенных только по углам заземляющего устройства. Если сопротивление R_п значительно больше R_норм, то заземляющее устройство выполняется по контуру и устанавливается большое количество труб или прутков, вертикально заглубленных в землю (см. рисунок 3.9).

7.7 Определяется сопротивление растеканию тока одиночного искусственного заземлителя. Например, для трубы, заглубленной вертикально в землю, формула имеет вид (таблица 7.4):

, (7.3)

где R_З - сопротивление растеканию тока вертикального заземлителя (трубы,

прутка), Ом;

L_З - длина вертикального заземлителя (трубы, прутка), м;

d_З - наружный диаметр заземлителя (трубы, прутка), м;

t_З- глубина заложения заземлителя (трубы, прутка), м,

t_З = t₀ + L_З/2,

где t₀ - расстояние от поверхности земли до верхнего края

заземлителя, м.

Если заземлители располагаются в третьей климатической зоне и используются вертикальные заземлители (трубы или уголки длиной 2-3 м), то коэффициент y_З = 1,2...1,5 (таблица 7.3).

7.8 Уточняется сопротивление контура заземляющей полосы с учетом влияния вертикальных заземлителей

, (7.4)

где R _п.з – сопротивление растеканию тока соединяющей полосы с учетом

влияния заземлителей, Ом.

h_п - коэффициент использования полосы, h_п принимается из таблицы 7.5.

7.9 Рассчитывается сопротивление всех вертикально установленных заземлителей (труб, уголков) с учетом их числа и коэффициента использования:

(7.5)

где R_з – сопротивление всех вертикально установленных заземлителей, Ом;

R₁ – сопротивление одиночного заземлителя (трубы, уголка), Ом;

n – число заземлителей;

h_З– коэффициент использования вертикальных заземлителей

(принимается по таблице 7.6).

7.10 Рассчитывается общее сопротивление заземляющего устройства R_з.у , состоящего из полосы и вертикально забитых в землю труб или прутков (см. рисунок 3.9), по формуле:

. (7.6)

Коэффициенты использования h_Г и h_З учитывают ухудшение условий растекания тока от полосы и вертикальных заземлителей.

7.11 Сравнивается полученное сопротивление R_з.у с нормативным R_норм.

Если сопротивление R_З.У будет больше нормативного значения, то требуется спроектировать новое заземляющее устройство, удовлетворяющее требованиям ПУЭ [1].

Таблица 7.1 - Наибольшие допустимые значения сопротивлений

заземляющих устройств в электроустановках

Характеристика установки	Наибольшее допустимое сопротивление заземляющего устройства R_НОРМ, Ом
1. Электроустановки напряжением до 1000 В сети с изолированной нейтралью а) защитное заземление при мощности генераторов и трансформаторов 100 кВА и менее б) защитное заземление в остальных случаях
2. Электроустановки напряжением выше 1000 В сети с изолированной нейтралью а) если заземляющее устройство используется только для электроустановок выше1000 В б) если заземляющее устройство одновременно используется для электроустановок до 1000 В и более 1000 В	250/I_З, но не более 10 где I_З - расчетный ток замыкания на землю, А 125/I_З, но не более 10 N > 100 кВА, R < 4 Ом
3. Электроустановки напряжением до 1 кВ сети с глухозаземленной нейтралью а) присоединение к нейтрали трансформатора, - если фазное напряжение U_Ф= 380 В U_Ф= 220 В U_Ф= 127 В б) присоединение повторных заземлителей к воздушной линии, - если фазное напряжение U_Ф= 380 В U_Ф= 220 В U_Ф= 127 В	Суммарное У транфор- ест. и повт. матора R_СУМ, Ом R_0.ТР, Ом 2 15 4 30 8 60 Суммарное Каждого R_П 5 15 10 30 20 60
4. Электроустановки напряжением выше 1000 В сети с эффективно заземленной нейтралью (I_З = 500 А и более)	0,5

Примечание. При удельном сопротивлении земли r более 100 Ом∙м допускается увеличивать указанные нормы в 0,01r раз, но не более десятикратного.

Таблица 7.2 - Приближенные (средние) значения удельных электрических сопротивлений различных грунтов r_пр, Ом×м

Грунт	Возможные пределы колебаний	При влажности 10 -20% к массе грунта
Песок Супесок Суглинок Глина Торф Чернозем Речная вода Морская вода	400 – 700 150 – 400 40 – 150 8 – 70 10 – 30 9 – 53 0,2 – 1

Таблица 7.3 – Коэффициенты сезонности y для однородной земли

Характеристика климатической зоны и тип заземлителя	Климатические зоны

Признаки климатических зон
Средняя многолетняя низшая температура (январь), °С Средняя многолетняя высшая температура (июль), °С Среднее количество осадков, см Продолжительность замерзания вод, дни	От –20 До –15 От +16 До +18 190 – 170	От –14 До –10 От +18 До +22	От –10 До 0 От +22 До +24	От 0 До +5 От +24 До +26 30 – 50
Коэффициенты сезонности, y
Вертикальные заземлители (трубы, уголки и т.д.) длиной 2,5 . . .3 м Горизонтальные заземлители длиной 10 м (трубы, прутки, полосы и т.д.) Горизонтальные заземлители длиной 50 м и более	От 1,5 До 1,9 От 4,1 До 9,3 От 3,6 До 7,2	От 1,3 До 1,7 От 2,6 До 5,9 От 2,4 До 4,8	От 1,2 До 1,5 От 2,0 До 4,2 От 1,6 До 3,2	От 1,0 До 1,3 От 1,1 До 2,5 От 1,1 До 2,2

Таблица 7.4 – Формулы определения сопротивлений току растекания одиночных заземлителей

Заземлитель	Схематическое изображение	Формула
а) Трубчатый или стержневой у поверхности грунта		;
б) Трубчатый или стержневой в грунте		,
в) Уголковый у поверхности грунта		;
г) Уголковый в грунте		; ,
д) Протяженный круглого сечения (стержень, труба, оболочка кабеля) у поверхности грунта		;
е) Протяженный (полоса) прямоугольного сечения в грунте		; ,

Таблица 7.5 – Коэффициенты использования h_п горизонтального полосового заземляющего проводника, соединяющего вертикальные заземлители (трубы, уголки и т.п.)

Отношение расстояний между заземлителями к их длине	Число вертикальных заземлителей

Вертикальные заземлители размещены по контуру (рисунок 3.9)
	- - -	0,45 0,55 0,70	0,40 0,48 0,64	0,34 0,40 0,56	0,27 0,32 0,45	0,24 0,30 0,41	0,22 0,29 0,39	0,19 0,23 0,33
Вертикальные заземлители размещены в ряд (рисунок 3.9)
	0,85 0,94 0,96	0,77 0,89 0,92	0,72 0,84 0,88	0,62 0,75 0,82	0,42 0,56 0,68	0,31 0,46 0,58	- - -	- - -

Таблица 7.6 – Коэффициенты использования h_звертикальных заземлителей (труб, уголков и т.п.)

Число заземлителей	Отношение расстояний между заземлителями к их длине а / l

	Заземлители размещены в ряд	Заземлители размещены по контуру
	0,85 0,73 0,65 0,59 0,48 - - - -	0,91 0,83 0,77 0,74 0,67 - - - -	0,94 0,89 0,85 0,81 0,76 - - - -	- 0,69 0,61 0,56 0,47 0,41 0,39 0,37 0,36	- 0,78 0,73 0,68 0,63 0,58 0,55 0,53 0,52	- 0,85 0,80 0,76 0,71 0,66 0,64 0,63 0,62