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 RНОРМ, 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/IЗ, но не более 10 где IЗ - расчетный ток замыкания на землю, А   125/IЗ, 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 UФ = 380 В UФ = 220 В UФ = 127 В б) присоединение повторных заземлителей к воздушной линии, - если фазное напряжение UФ = 380 В UФ = 220 В UФ = 127 В	Суммарное У транфор- ест. и повт. матора RСУМ, Ом R0.ТР, Ом   2 15 4 30 8 60   Суммарное Каждого RП 5 15 10 30 20 60
4. Электроустановки напряжением выше 1000 В сети с эффективно заземленной нейтралью (IЗ = 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

Таблица 7.3 – Коэффициенты сезонности y для однородной земли

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.)

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