Расчёт заземляющего устройства

Вернутся в раздел:        заземление

Прежде чем окончательно перейти к расчётной части заземления, ещё несколько выдержек из ПУЭ 1.7:
 
1.7.15. Заземлитель — проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду.
1.7.16. Искусственный заземлитель — заземлитель, специально выполняемый для целей заземления.
1.7.17. Естественный заземлитель — сторонняя проводящая часть, находящаяся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду, используемая для целей заземления.
1.7.18. Заземляющий проводник — проводник, соединяющий заземляемую часть (точку) с заземлителем.
1.7.19. Заземляющее устройство — совокупность заземлителя и заземляющих проводников.
1.7.20. Зона нулевого потенциала (относительная земля) — часть земли, находящаяся вне зоны влияния какого-либо заземлителя, электрический потенциал которой принимается равным нулю.
1.7.21. Зона растекания (локальная земля) — зона земли между заземлителем и зоной нулевого потенциала.
Термин земля, используемый в главе, следует понимать как земля в зоне растекания.
 

Расшифруем некоторые термины о чём сказано выше, если через заземлитель пропустить ток, то на самом заземлителе и в точках земли, расположенных в непосредственной близости от него, возникнут потенциалы (относительно бесконечно удаленной точки), распределение которых показано на рис. 1. Из рисунка видно, что с удалением от места расположения заземлителя потенциал уменьшается, так как поперечное сечение земли, через которое протекает ток, увеличивается. В удаленных точках потенциалы близки к нулю. Таким образом, в качестве точек нулевого потенциала могут служить точки, достаточно удаленные от заземлителя, потенциалы которых практически равны нулю. Обычно достаточно расстояние несколько десятков метров. Крутизна кривой распределения потенциалов зависит от проводимости грунта: чем больше проводимость грунта, тем более пологую форму имеет кривая, тем дальше расположены точки нулевого потенциала.

 

Сопротивление, которое оказывает току грунт, называется сопротивлением растеканию. В практике сопротивление растеканию относят не к грунту, а к заземлителю и применяют сокращенный условный термин «сопротивление заземлителя». Сопротивление заземлителя (Rзм) определяется отношением напряжения (Uзм) на заземлителе относительно точки нулевого потенциала к току (Iзм), протекающему через заземлитель, поэтому основной расчет защитного заземления сводится к определению сопротивления растекания тока заземлителя. Это сопротивление зависит от размеров и количества заземляющих проводников, расстояния между ними, глубины их заложения и проводимости грунта.

Выбор схемы для расчёта заземления:

    В ряд или контур (одиночное заземление рассмотрим позже, см. Примеры расчёта заземляющего устройства) производится для того чтобы определить сопротивление сооружаемого заземления при эксплуатации, его размеры, форму и расчётную часть. Ряд или контур заземления состоит из вертикальных заземлителей, горизонтальных заземлителей и заземляющего проводника. Вертикальные заземлители заглубляются в почву на определенную глубину.
Горизонтальные заземлители соединяют между собой вертикальные заземлители. Заземляющий проводник соединяет контур заземления непосредственно с электрощитом.
Размеры и количество этих заземлителей, расстояние между ними, удельное сопротивление грунта – все эти параметры напрямую зависят на сопротивление заземления для расчёта. Ниже на схеме рис. 2,  показаны самые распространенные вертикальные искусственные заземлители (электродов) — треугольником, в ряд и по контуру заземления:
 
Рис. 2 
 

Рис. 3


На рис. 3 показана стандартная схема продольного разреза вертикального  заземлителя для расчёта электрода одиночного, треугольного, в ряд или контурного заземления,  где t(м)  — в общем случае глубина траншеи, допускается 0,5 -0,8 м., длина стержня электрода (L) рекомендуется 1,5 — 3 м. Где Н — толщина верхнего слоя грунта, если грунт неоднородный, необходимо провести расчёт ρэкв для двухслойного грунта.
 

Формулы для расчета заземления:

  Основной расчет защитного заземления сводится к определению сопротивления растекания тока заземлителя. Это сопротивление зависит от размеров и количества заземляющих проводников, расстояния между ними, глубины их заложения и проводимости грунта.
  Целью расчета заземления является определить число заземляющих стержней и длину полосы, которая их соединяет.
      Для перевода круглого металла (пруток, труба) в полосу: b = 2·d, где b — ширина полосы м м., d — диаметр прутка, трубы в м. и соответственно на оборот, полосу в диаметр: d = 0,5·b; для перевода уголка в диаметр: d = 0.95·b, где b — ширина полки уголка в м.
1. Расстояния между заземляющими стержнями берется из соотношения их длины (см. рис. 2), то есть:
a = 1хL; a = 2хL; a = 3хL
 
где, a — расстояния между заземляющими; L — длина стержня (электрода), 1 — 3 соотношение.
 
2. Сопротивление растекания тока одного вертикального заземлителя (стержня):
 
 где, ρэкв — эквивалентное удельное сопротивление грунта вычислим по формуле: ρэкв = Ψ·ρ, Ψ — повышающий коэффициент климатической зоны,  ρ — удельное сопротивление грунта Ом·м; L – длина стержня, м; d – его диаметр, м; Т – расстояние от поверхности земли до середины стержня, м. (см. рис. 3, h1 = 0,5l + t), H — толщина верхнего слоя грунта при неоднородном грунте (двухслойном).  Ниже на рис. 4 формулы и расположения электродов для расчёта с применением логарифмов:

Рис. 4 (прим. где h1 = T)

 

 3.  В  неоднородном грунте (двухслойный), эквивалентное удельное сопротивление грунта находится по формуле:

где – Ψ — сезонный климатический коэффициент (таблица 5); ρ1, ρ2 – удельное сопротивления верхнего и нижнего слоя грунта соответственно, Ом·м (см. таблицу 5); Н – толщина верхнего слоя грунта, м; t — заглубление вертикального заземлителя (глубина траншеи) t =  0,5 — 0.8 м.

4. Количество необходимых заземлителей определяется по формулам:

4.1 методом приближения (как пользоваться данным методом расскажем в примерах позже):

где,  kисп  — отношение расстояния между заземляющими стержнями (см. пункт 1), R1 = R0  — (см. пункт 2), Rнор — нормативные требования сопротивления (ПУЭ 1.7.101. или 1.7.103.  см. страницу заземлители заземляющего устройства).
 
4.2 с помощью таблиц  (без учета сопротивления горизонтального заземления):
 
где, Ψ – коэффициент сезонности вертикального заземлителя (см. таблица 6, страница глубина промерзания грунта); Rн — нормируемое сопротивление растеканию тока заземляющего устройства, см. таблицу 8, ниже):                                                                                   

Таблица 8

где, А, Б, В и Г — условное обозначение категорийности в помещениях по взрывоопасности

4.3 расчёт предварительное количество стержней вертикального заземления без учета сопротивления горизонтального заземления находится по формуле:

где коэффициент спроса (использования) принимаем η = 1; далее по таблице 3 выберем  по числу электродов n —  при отношение расстояние между электродами к их длине a = 1хL, Rн — нормируемое сопротивление и  коэффициент спроса (использования) — η;

где с найденным коэффициентом спроса η, методом интерполяции снова уточняем количество электродов n.

Полученное при расчете число заземлителей округляется до ближайшего большего в таблице 3.

5.  Находим сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя:

где, LГ, b – длина и ширина горизонтального заземлителя; Ψ – коэффициент сезонности горизонтального заземлителя; ηГ – коэффициент спроса горизонтальных заземлителей (см. таблицу 3, заземлители заземляющего устройства); где, LГ — длину самого горизонтального заземлителя найдем исходя из количества заземлителей:

 Lг = а · (n — 1) — в ряд; Lг = а · n — по контуру;

где, а – расстояние между заземляющими стержнями, n0 — количество заземлителей.

 6. Далее определим общее сопротивление вертикального заземлителя с учетом сопротивления растеканию тока горизонтальных заземлителей и коэффициентов:
 
где,  Rоб — общее сопротивление заземлителей; Rв — вертикального; RГ — горизонтального, ηВ и ηГ — коэффициенты использования вертикального и горизонтального заземлителя, n —  шт количество вертикальных заземлителей.
 
Примечание автора: в примерах могут использоваться и другие формулы, непротиворечив взятому обозначению в этой статье.

Продолжение:  ⇒    примеры расчета

 

Добавить комментарий