Расчет заземления пример: Примеры расчёта заземляющего устройства | энергетик

Примеры расчёта заземляющего устройства | энергетик

Привёдем несколько примеров для расчёта заземления:

   Любой предварительный расчёт заземления сводится к определению сопротивления растекания тока заземлителя в соответствие с требованием ПУЭ, как уже отмечалось ранее, а также на количество требуемых материалов и затрат на изготовления заземляющего устройства (бурение, ручная забивка заземлителей, сварочные работы, электромонтажные работы).

  Так же отметим, что любой расчёт начинается с расчёта одиночного заземлителя, одиночный заземлитель применяется в  основном  для повторного заземления ВЛ опор, где требования ПУЭ (п. 1.7.103.) общее сопротивление растеканию заземлителей должно быть  не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при тех же напряжениях: 660, 380 и 220 В.
1.  Пример расчёта одиночного заземлителя для опоры ВЛ 380 В:

      Выбираем арматуру из таблицы 1 для вертикальных заземлителей — круглую сталь ø 16 мм. , длиной L — 2,5 м.В качестве грунта примем глину полутвердую (см.  таблицу 5) с удельным сопротивлением ρ — 60 Ом·м. Глубина траншеи равна 0,5 м. Из таблицы 6 возьмем повышающий коэффициент для третей климатической зоны и длине заземлителей до 2,5 м. с коэффициентом промерзания грунта для вертикальных электродов  ψ — 1,45. Нормированное сопротивление заземляющего устройства равно 30 Ом. Фактическое удельное сопротивление почвы вычислим по формуле: ρ_факт = ψ·ρ = 1.45 · 60 = 87 Ом·м. Примечание: расчёт одиночного заземлителя проводим без учёта горизонтального сопротивления заземления.

Расчет:

а)  заглубление равно (рис. 2):  h = 0,5l + t = 0,5 · 2,5 + 0,5 = 1,75 м.;

б) сопротивление одного заземлителя вычислим по формуле, (ρ_экв =  ρ_факт):

прим. автора, где ln — логарифм, смотри  ⇒  формулы    на Рис. 4

  Нормируемое сопротивления для нашего примера должно быть не больше 30 Ом., поэтому принимается равным R₁ ≈ 28 Ом., что соответствует ПУЭ для одиночного вертикального заземлителя (электрода)  заземления опоры ВЛ  — U ∼ 380 В.

Если недостаточно одного заземлителя для опоры, то можно добавить второй или третий, в этом случае для двух заземлителей расчёт выполняется как для заземлителей в ряд, для трёх заземлителей (треугольником) по контуру, при этом надо иметь в виду, что расчёт треугольником малоэффективный, из-за взаимного влияния электродов друг к другу. 

2.  Пример расчёта заземления с расположением заземлителей в ряд:

 Воспользуемся данными из примера 1 , где R = 27,58 Ом·м для расчёт вторичного заземления электроустановок (ЭУ), где нормативное сопротивление требуется не более R_н = 10 Ом, на вводе в здания, при напряжении 380 В  и каждого повторного заземлителя не более R_н = 30 (см. ПУЭ п.1.7.103 см.  Заземлители) . 

Расчет:

а) для расчёта заземления с расположением в ряд заземлителей, как уже отмечалось выше, возьмем данные из примера 1, где  R₁ = 27,58 Ом·м  одиночного заземлителя и Ψ — 1,45 для третей климатической зоне;

б)   предварительное количество стержней вертикального заземления без учета сопротивления горизонтального заземления находится по формуле 4.3 (см. Расчёт заземления):

n₀ = 27,58 / 10 = 3,54 шт, где коэффициент спроса (использования) примем η = 1; далее по таблице 3 выберем число электродов n = 3 в ряд при отношение расстояние между электродами к их длине a = 1хL и коэффициент спроса  η = 0,78, далее уточняем число электродов:

n = 27,58 / (10 · 0,78) = 3,26 шт; где потребуется увеличить число электродов или изменить расстояние к их длине a = 3хL, для экономии материалов примем отношение a = 3хL  и количество вертикальных электродов равным —  n =  3 шт.  с коэффициентом спроса η = 0,91: n = 27,58 / (10 · 0,91) = 3,03 шт; т.к. общее сопротивление заземлителя уменьшиться за счёт горизонтального заземлителя;

в) длину самого горизонтального заземлителя найдем исходя из количества заземлителей  расположенных в ряд, где а = 3· L = 3 · 2 = 6 м;   L_г = 6 · (3 — 1) = 12 м;

г) сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя находим по формуле 5 (см. Расчёт заземления), где в качестве верхнего грунта принято глина полутвердая с удельным сопротивлением 60 Ом·м., до глубины верхнего слоя нашей траншеи t = 0,5 м. см. пример 1; выберем  полосу заземлителя 40 х 4 мм., где коэффициент III климатической зоны для горизонтального (полосового) заземлителя возьмём Ψ — 2,2  и коэффициент спроса примем η = 1, т. к. расстояние  между электродами более 5 м., что исключает влияние около электродной зоны, по количеству принятых электродов, их длине и отношению расстояния между ними (см. таблицу 3  Расчёт заземления) :

ширина полки для полосы b = 0,04 м.

R_г = 0,366 · (100 · 2,2 / 12 · 1) · lg (2 · 12² /0,04 · 0,5) = 27,90 Ом·м, примем сопротивление горизонтального заземлителя — R_г = 27,9 Ом·м;

где,  lg- десятичный логарифм (смотри   формулы   формулы для расчёта рис. 4), b — 0,04 м. ширина полосы, t — 0,5 м. глубина траншеи.

д) Определим общее сопротивление вертикального заземлителя с учетом сопротивления растеканию тока горизонтальных заземлителей:

R_об =  (27,9 · 27,58) / (27,58 · 1) + (27,9 · 0,91 ·3) = 7,42 Ом·м 

где R_об — общее сопротивление заземлителей; R_В — вертикального; R_Г — горизонтального, η_В и η_Г — коэффициенты использования вертикального и горизонтального заземлителя, n —  шт количество вертикальных заземлителей.

R_об = 7,42  Ом·м соответствует норме при напряжении U — 380 В  для ввода в здание, где нормированное  сопротивление не более R_н = 10 Ом (Общее сопротивление растеканию заземлителей (в том числе естественных) всех повторных заземлений PEN-проводника каждой ВЛ в любое время года должно быть не более 5, 10 и 20 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В., ПУЭ п.1.7.103.) 

3.  Пример расчёта заземления с расположением заземлителей по контуру:

     В качестве грунта примем сугли́нок — почва с преимущественным содержанием глины и значительным количеством песка с удельным сопротивлением ρ — 100 Ом·м. Вертикальный заземлитель из стальной трубы с наружным диаметром d — 32 мм., толщена стенки  S — 4 мм.,  длиной электрода L — 2,2 м и расстоянием между ними 2,2 м (a = 1хL). Заземлители расположены по контуру. Глубина траншеи равна t = 0,7 м. Из таблицы 6 возьмем повышающий коэффициент для второй климатической зоны и длине заземлителей до 5 м, его сезонное климатическое значение сопротивление составит Ψ — 1,5. Нормированное сопротивление заземляющего устройства равно R_н = 10 Ом·м. Фактическое удельное сопротивление почвы вычислим по формуле: ρэкв = Ψρ = 1.5 · 100 = 150 Ом·м.

а) вычислим сопротивление растекания тока одного вертикального заземлителя (стержня) по формуле 2 см.  Расчёт заземления:

R_О  = 150 / (2π · 2,2) · (ln (2 · 2,2 / 0,032) + 0,5 · ln (4 · 1,8 + 2,2) / (4 · 1,8 — 2,2)) = 10,85 · (ln 137,5 + 0,5 · ln 1,88) = 56,845 Ом·м. , где T = 0,5 · L + t = 0,5 · 2,2 + 0,7 = 1,8 м.  Примем R_О = R_В = 56,85 Ом·м.,

б) предварительное количество стержней вертикального заземления без учета сопротивления горизонтального заземления находим по формуле  (см. Расчёт заземления):

n = 56,85 /10 = 5,685 шт., округляем по таблице 3 до ближайшего значения, где n = 4 шт., далее по таблице 3 выберем число электродов n = 6 шт по контуру при отношение расстояние между электродами к их длине a = 1хL, где коэффициент спроса  η = 0,62 и уточним количество
стержней с коэффициентом использования вертикальных заземлителей:   n = 56,85 /10 · 0,62  = 9,17 шт., т.е требуется увеличить количество электродов до  n = 10 шт., где коэффициент спроса  η_В = 0,55 ;  

в) находим длину горизонтального заземлителя исходя из количества заземлителей  расположенных по контуру:  L_Г = а · n , L_Г = 2,2 · 10 = 22 м. , где а = 1 · L = 1 · 2,2 = 2,2 м;

г)  находим сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя  по формуле 5 (см. Расчёт заземления), где коэффициент для II климатической зоны для горизонтального (полосового) заземлителя возьмём Ψ — 3,5, коэффициент спроса примем по таблице 3 — η_Г = 0,34, ширина полосы горизонтального заземлителя b — 40 мм, (если из той же трубы d = 32 мм, то тогда ширина b полосы   будет равна — b = 2 · d = 2 · 32 = 64 мм, b = 0,064 м.) и удельное сопротивление грунта — ρ = 100 Ом.м, по формуле 6:

R_Г = 0,366 · (100 · 3,5 / 22 · 0,34) · lg (2 · 22² /0,040 · 0,7) = 17,126 · lg 34571,428 = 77,73 Ом·м, примем сопротивление горизонтального заземлителя — R_Г = 77,73 Ом·м;

д) Определим полное сопротивление вертикального заземлителя с учетом сопротивления растекания тока горизонтальных заземлителей по формуле 6:

R_об =  (77,73 · 56,85) / (56,85 · 0,34) + (77,73 · 0,55 ·10) = 9,89 Ом·м , что соответствует заданной норме сопротивления не более R_н = 10 Ом·м.

         Перейти далее:    ⇒           Продолжение примеров расчёта заземления

Данный расчет следует применять как оценочный. После окончания монтажа заземляющего устройства необходимо пригласить специалистов электролаборатории для проведения электроизмерений (для ООО и ИП обязательно).

Вернутся:

на страницу     Заземляющие устройства

на страницу     Заземлители заземляющего устройства 

на страницу     Расчет заземляющего устройства

Перейти в раздел:  Паспорт ЗУ, Акт освидетельствования скрытых работ, Протокол испытания ЗУ

Примечание: данный раздел пока находится в разработке, могут быть опечатки. 

Расчет заземления | Пример расчета заземляющего устройства

Без грамотно рассчитанного контура заземления (ЗК) надеяться на эффективность работы защитной конструкции было бы большой ошибкой. Только убедившись в том, что для токов стекания подготовлена цепочка с минимальным сопротивлением можно быть уверенным в безопасности людей, работающих на линии. Поэтому так важно сразу же разобраться со всеми тонкостями и особенностями расчета контуров заземления.

Содержание

Цель расчета защитного заземления

Обустраиваемое на стороне потребителя заземляющее устройство предназначено для защиты не только персонала, обслуживающего электроустановки, но и рядовых пользователей.

Важно! Опасный потенциал может попасть на металлические части оборудования во время работы с ним совершенно случайно (из-за повреждения изоляции проводов, например).

Полноценный расчет заземления гарантирует образование надежного контакта защитного устройства с землей, приводящего к растеканию тока и снижению уровня опасного напряжения.

Таким образом, назначение расчета заземляющих устройств – создание условий, исключающих риск поражения живых организмов высоким потенциалом путем его снижения в точке замыкания. В отсутствие хорошо просчитанного и функционального заземлителя любое прикосновение к корпусу поврежденного оборудования равнозначно прямому контакту с фазной жилой.

Выбор контура

Перед расчетом контура Вам предоставляется возможность выбрать один из следующих вариантов заземляющих устройств:

• Треугольная конструкция, параметры которой определяются еще на этапе проектирования.
• Линейное сооружение протяженного типа, монтируемое по периметру защищаемого объекта.
• Модульно-штыревая заземляющая конструкция.

Каждый из перечисленных выше способов сборки и последующего монтажа заземляющих устройств нуждается в подробном рассмотрении.

Треугольная конструкция

Этот вариант изготовления ЗК – самый известный и распространенный среди профессионалов и любителей. Для обустройства такой конструкции потребуется приготовить следующие элементы:

• Двухметровые металлические стержни (арматурные прутья) в количестве 3-х штук.
• Столько же стальных перемычек, предназначенных для объединения прутьев в единую конструкцию.
• Медная шина, необходимая для соединения ЗК с точкой сбора жил от заземляемого оборудования в распределительном шкафу (ГЗШ – главная заземляющая шина).

Плоскость сварного контура с уже вбитыми в землю штырями при обустройстве ЗУ должна располагаться на глубине примерно 30-60 см.

Линейный контур

Линейное заземление выбирается в случае, когда к защитному сооружению требуется подключить несколько единиц оборудования, размещенных на удалении один от другого. Оно состоит из нескольких вбитых в землю штырей (3), расположение которых относительно друг друга выбирается из расчетных данных.

Линейная схема контура заземления для частного дома

От собранной по этой схеме конструкции, как и в случае с треугольником в сторону распределительного щитка с ГЗШ делается отвод (2). Перед тем как рассчитать такой ЗК – следует учесть, что общее число штырей ограничено взаимным влиянием аварийных токов, протекающих в каждом одиночном заземлителе.

Модульно-штыревое заземление

Модульный тип ЗУ применяется в ситуациях, когда площадь на участке перед домом ограничена небольшими размерами и допускается обустройство одной штыревой конструкции.

Схема монтажа одиночного заземляющего электрода

Она содержит в своем комплекте следующие элементы:

• Стальной стержень полутораметровой длины с медным покрытием и имеющейся на
• рабочей части резьбой.
• Специальную муфту из латуни, обеспечивающую получение резьбового соединения вертикально вбиваемого штыря с заземляющим отводом.
• Латунные зажимы особой конструкции, гарантирующие надежное сочленение металлических штырей с соединительной полосой.
• Наконечники для самих заземляющих стержней.
• Насадку с ударной площадкой, позволяющую передавать импульс от забивающего инструмента (вибромолота).

Комплект модульно-штыревого заземления

Обратите внимание: Для надежной защиты от коррозии все резьбовые элементы стержней покрываются графитной пастой, входящей в комплект фирменной поставки.

Защитная смазка сохраняется долгое время и не растекается при нагревании штырей и других элементов такого ЗУ. Входящая в состав антикоррозийная лента устойчива к воздействию агрессивных сред и защищает от разрушения всю конструкцию в целом.

Подробно о монтаже модульно-штыревого заземления читайте на этой странице.

Исходные данные для расчета заземления

Перед началом обустройства заземления расчет которого нужно провести, необходимо заранее определиться с такими исходными данными, как:

• Линейные размеры забиваемых в грунт стальных штырей.
• Расстояние между ними (шаг монтажа).
• Допустимая глубина погружения.
• Характеристики почвы в месте обустройства заземления.

Дополнительное замечание: Перед проведением расчета также потребуется знать величину сопротивления грунта Ом на участке проведения монтажных работ.

При его определении важно помнить о том, что он сильно отличается от места к месту и в значительной степени зависит от климатической зоны, к которой относится регион. Помимо этих данный придется учесть конфигурацию и материал заготовок, из которых сваривается готовое сооружение (либо обычный стальной уголок, либо медная широкая полоска).

Согласно ПУЭ минимальные размеры элементов для треугольной или линейной контурной конструкции должны быть:

• полоса – сечение 48 мм2;
• уголок 4х4 мм;
• круглый брусок – сечение 10 мм2;
• стальная труба диаметром 2,5 см со стенками толщиной не менее 3,5 мм.

Полезное замечание: Минимальную длину штырей вычисляют с учетом технических требований (необходимостью получения требуемого сопротивления стеканию в землю).

В соответствие с этими требованиями ее выбирают не менее 2-2,5 метра. Расстояние между соседними точками погружения стержней должно быть кратным их длине. В зависимости от размеров и конфигурации площадки для обустройства ЗУ элементы конструкции устанавливаются либо в ряд, либо в виде правильного треугольника (иногда для этого выбирается квадратная форма). Используемые в этом случае методики расчета различных вариантов ЗУ ставят своей задачей получение данных по числу стержней и параметрам соединительной полосы (ее длины и сечения).

Расчет элементов заземляющего устройства

Определение параметров проводников, используемых в конструкции любого заземлителя, проводится с учетом следующих соображений:

• Длина металлических стержней или штырей в значительной мере определяет эффективность всей системы защитного заземления.
• Большое значение имеет и протяженность элементов металлических связей.
• От линейных размеров этих конструктивных составляющих зависят расход материала, а также суммарные затраты на обустройство ЗУ.
• Сопротивление вертикально забиваемых электродов в первую очередь определяется длиной.
• Их поперечные размеры не оказывают существенного влияния на качество и эффективность обустраиваемой защиты.

Обратите внимание: Порядок выбора сечения проводников определяется в ПУЭ, поскольку этот показатель характеризует устойчивость к коррозии (электроды должны служить 5-10 лет).

Помимо этого всегда нужно помнить о «золотом» правиле, согласно которому чем больше металлических заготовок предусмотрено в схеме – тем лучше характеристики безопасности контура.

Схема установки одиночного вертикального заземлителя

Также следует учесть, что мероприятия по организации заземления нельзя назвать легким занятием. При большом количестве составляющих системы увеличиваются объемы земляных работ. А решение вопроса о том, каким конкретно способом улучшать качество заземления (за счет длины или количества электродов) остается за самим исполнителем.

В любом случае при обустройстве ЗУ произвольного типа рекомендуется придерживаться следующих правил:

1. стержни необходимо вбивать до отметки, находящейся ниже уровня промерзания почвы минимум на 50 сантиметров;
2. такое их расположение позволит учесть сезонные факторы и исключить их влияние на работоспособность защитной системы;
3. расстояние между вертикально вбитыми элементами зависит от формы выбранной конструкции и длины самих стержней.

Для корректного выбора этого показателя рекомендуется воспользоваться справочными таблицами.

Таблица определения параметров заземлителей

С целью сокращения объема предстоящих расчетов (их упрощения) сначала желательно определить величину сопротивления
стеканию токов КЗ для одиночного стержня.

С учетом влияния, оказываемого на искомую величину горизонтальными элементами конструкции, сопротивление для вертикальных штырей вычисляется по следующей формуле:

Если монтируемое ЗУ обустраивается в разнородном грунте (другое его название – двухслойный), удельное сопротивление можно определить так:

где Ψ – это так называемый «сезонный» коэффициент;

ρ1 и ρ2– удельные сопротивления слоев почвы (верхней и нижней прослойки соответственно), учитываемые при расчетах в Омах на•метр;

Н – толщина слоя грунта в метрах, расположенного в верхней части земляного покрова;

t – заглубление вертикальных штырей или стержней (оно соответствует глубине подготовленной траншеи), равное 0,7 метрам.

Достаточное для получения эффективного заземления число стержней (горизонтальные составляющие пока не учитываются) определяется так:

где Rн – это нормируемое ПТЭЭП сопротивление растеканию.

С учетом горизонтальных элементов ЗУ формула для определения количества вертикальных штырей принимает такой вид:

где под ηв понимается коэффициент использования конструкции, указывающий на взаимное влияние токов стекания различных единичных элементов друг на друга.

Дополнительная информация: При обустройстве системы из линейно расположенных штырей следует помнить о том, что в этом случае их взаимное влияние проявляется особенно сильно.

При уменьшении шага монтажа этих элементов защитного контура его общее сопротивление растеканию тока заметно увеличивается. Число элементов заземляющего сооружения, полученное по результатам описанных выкладок, следует округлить до большего значения.

Расчеты заземления онлайн удается автоматизировать, если воспользоваться разработанным для этого специальным онлайн калькулятором на нашем ресурсе.

Пример расчета заземления

В качестве «классического» примера расчета заземления рассмотрим вариант ЗУ с учетом заданных исходных данных, то есть проведем вычисления для одиночного металлического штыря. Сразу оговоримся, что такие простейшие конструкции применяются при организации повторного заземления высоковольтных опор. В рассматриваемой ситуации согласно положениям ПУЭ (смотрите п.1.7.103.) сопротивление растеканию тока не может быть более 15, 30 и 60 Ом для напряжений 660, 380 и 220 Вольт соответственно.

Расчет одиночного заземляющего элемента для опоры ВЛ 380 Вольт

Согласно оговоренной ранее методике сначала по таблице выбирается тип вертикального штыря со следующими характеристиками:

• Материал – сталь.
• Форма – округлый стержень диаметром 16 мм.
• Длина L — 2,5 метра.

Обратите внимание: В качестве грунта в соответствие с таблицей выбирается полутвердая глина с удельным сопротивлением ρ, равным 60 Ом на•метр.

Глубина траншеи берется равной полметра. Затем из той же таблицы находится поправочный коэффициент, вводимый для средней климатической зоны. Его значение при фактической длине стержней до 2,5 метров с учетом промерзания грунта в данной местности составляет ψ=1,45. Показатель нормированного сопротивления для этого типа ЗУ равен 30 Омам. Следующий показатель – удельное сопротивление грунта находится по формуле:

ρ (по факту) = ψ•ρ = 1.45х60 = 87 Ом•метр

Полученные расчетные данные выглядят так:

1. заглубление одиночного штыря в грунт составляет h = 0,5l + t = 0,5х2,5 + 0,5 = 1,75 метра;
2. его сопротивление для нашего примера (смотрите формулы выше) составляет не более 30 Ом, что соответствует требования ПУЭ для данного напряжения.

Когда одного заземляющего штыря для опоры ВЛ недостаточно – допускается добавлять еще один или даже несколько прутьев. В этом случае потребуется другая методика, используемая для линейного контура или треугольной конструкции.

Расчет переносного заземления

Перед расчетом переносного заземления (ПЗ) следует учесть, что для этого типа защитных приборов требования к сопротивлению стеканию тока еще более высокие, чем у стационарных ЗУ (фото ниже).

Обратите внимание: Самое главное в этой ситуации – правильно рассчитать сечение заземляющих проводов переносного устройства, определяющих эффективность его действия.

Устройство переносного заземления из четырех заземлителей

При решении этой проблемы, прежде всего, следует научиться различать сети и установки с различными действующими напряжениями. Провода ПЗ (согласно требованиям действующих стандартов) должны выдерживать продолжительный нагрев при замыкании в питающих линиях трехфазного и однофазного напряжения. Для электроустановок с этим показателем до 1000 Вольт выбирается шина сечением не менее 16 кв. мм.

В сетях, где напряжение превышает 1000 Вольт, предельная величина сечения проводов ПЗ не должна быть менее 25 мм2. Точный расчет этого значения производится обычно по следующей формуле:

S = ( Iуст √tф ) / 272

где Iуст – это ток короткого замыкания;

tф – время его действия в секундах;

272– коэффициент, указывающий на тип металла проводника и отличающийся для разных токов КЗ (для меди, в частности он равен 250, а в расчетах взят с небольшим запасом).

В случаях, когда действующее напряжение не превышает 6-10 кВ – требуемое для надежной защиты сечение провода колеблется в пределах от 120 до 185 мм2. Поскольку комплект переносных заземлений с такими шинами будет очень тяжелым и неудобным в работе – согласно ПУЭ допускается использовать несколько ПЗ с меньшим сечением. При подготовке рабочего места такие заземления включаются в защищаемую цепь параллельно.

В последнем случае в формулу подставляются максимальные значения по времени воздействия тока короткого замыкания, а в трехфазных цепях искомая величина определяется для каждой их фаз. Во втором случае особое внимание уделяется аккуратности обустройства ПЗ, чтобы избежать недопустимого в условиях наложения защитного заземления межфазного замыкания.

Дополнительная информация: При обустройстве переносной конструкции не допускается применять кабель в изоляции, не позволяющей визуально контролировать состояние рабочих жил.

Помимо этого комплект такого заземления обязательно оснащается достаточно «мощными» зажимами, посредством которых элементы переносной конструкции надежно закрепляются на токопроводящих частях. Для их фиксации на заземляющих проводах должны применяться крепления, позволяющие обходиться без переходных элементов. Такая предусмотрительность позволит увеличить площадь контакта и повысить надежность имеющегося соединения. В этом случае конструкция способна выдержать значительные по величине токи и сохранить свою работоспособность в течение длительного времени.

При наложении такого заземления в трехфазных силовых цепях с напряжениями выше 1000 Вольт для получения более надежного контакта допускается использовать сварку. В исключительных случаях согласно ПУЭ разрешено болтовое сочленение, но только при условии предварительной пайки контактной зоны. В заключение отметим, что в рассмотренной ситуации для образования надежного соединения потребуется комплексный подход (ограничиваться только одной пайкой, например, не допускается).

Нажмите, пожалуйста, на одну из кнопок, чтобы узнать помогла статья или нет.

Расчеты электрического заземления — Inst Tools

В этой статье мы обсудим, как определить количество земляных ям, размер проводника заземляющей сетки и общее сопротивление системы заземления.

Расчеты электрического заземления

Размер проводника заземляющей сети должен быть выполнен с учетом тока короткого замыкания 1 сек. Предположение о модели однородного грунта основано на том, что в данной установке используется трубчатый электрод длиной 3 метра, который не может проникнуть во второй слой грунта с более низким удельным сопротивлением.

Материалом проводника заземляющей сети должно быть оцинкованное железо (GI). Полоса GI должна рассматриваться как основной заземляющий проводник, а заземляющие электроды должны представлять собой трубу диаметром 80 мм, отвечающую требованиям IS 3043.

Максимальное значение тока замыкания на землю в одной линии принимается равным 80 кА. На основе испытаний удельного сопротивления грунта в различных местах среднее удельное сопротивление грунта 12,46 Ом-м должно учитываться при расчете системы заземления, который выполняется методом Веннера.

Удельное электрическое сопротивление в Ом-м = 2πRS

Где,

S: Расстояние между двумя электродами в метрах (м)

R: V/I: Сопротивление в Ом·Ом площадь заземляющего проводника должна быть такой, чтобы не превышалось значение плотности тока, определяемое по следующей формуле.

(I/S) = k (1/√ t)

Где;

I = Значение тока повреждения, которое может протекать через защитное устройство, в амперах

S = площадь поперечного сечения в кв.мм.

k = Коэффициент, зависящий от материала защитного проводника, изоляции и других частей, а также начальной и конечной температуры.

t = Время срабатывания отключающего устройства в секундах

Коэффициент k определяется по формуле:

k = sqrt [{Qc (B+20) / δ 20)} x ln {1+ ( θ f – θ 1) / (B + θ 1)}]

Qc = Объемная теплоемкость материала проводника (Дж/°C мм3)

B = обратная величина температурного коэффициента удельного сопротивления проводника при 0ºC (0ºC)

δ20 = удельное электрическое сопротивление материала проводника при 20ºC (Ом-мм)

θ1 = начальная температура проводника (ºC)

θf = конечная температура провода (ºC)

Для стального провода;

Qc = 3,8 x 10-3 (Дж/ ºC мм3)

B = 202 ºC

δ20 = 138 x 10-6 (Ом-мм)

θ1 = 40 ºC

0f 05 3

 Положить все значения, как указано в уравнении, поэтому мы получаем,

k = 80,68 ≈ 80

Теперь найдем площадь поперечного сечения полоски земли всего 60 % тока короткого замыкания будет протекать через заземляющий проводник, а остальные 40 % — через почву. Это соответствует BS 7354]

S = 600 мм2

Следовательно, S = 600 X 1,15 = 690 кв.мм. (С учетом запаса на коррозию 15 %)

Отсюда GI Пруток размером 36 X 36 кв. мм. размер считается достаточным для основного проводника подземной заземляющей сети на территории станции.

Площадь поверхности сплошного стержневого электрода

Ae = (π x D x l) м2

Где,

D = диаметр электрода (м)

l  = длина электрода (м)

Ae = (π x 0,08 x 3,00) м2 (для электрода диаметром 80 мм)   

Ae = 0,8294 м2

Количество заземляющих электродов

Количество заземляющих электродов, необходимых для рассеивания тока короткого замыкания 80 кА

Площадь электродов, необходимых для рассеивания повреждений текущий / Площадь каждого электрода

Количество заземляющих электродов = 48,49 /0,8294

Количество заземляющих электродов = 58,46 шт. ( ≈  60 шт. ) x [(ρ – ρc) (ln (8L / D) – 1) + ρc (ln (8L / d) – 1)]

Где,

ρ = Удельное сопротивление грунта в Ом-м

ρc = Удельное сопротивление материала заполнения в Ом-м

d = диаметр электрода в метрах

D = диаметр материала заполнения в метрах

L = приводная длина электрода в метрах /0.08)-1)]

R  =  0,59 Ом

Если вам понравилась эта статья, подпишитесь на наш канал YouTube для видеоуроков по приборостроению, электротехнике, ПЛК и SCADA.

Вы также можете следить за нами на Facebook и Твиттер, чтобы получать ежедневные обновления

Читать дальше:

• Схемы пускателя DOL
• Автоматический выключатель утечки на землю
• Схемы пускателей звезда-треугольник
• Управление двумя двигателями после выдержки времени
• Реле тепловой защиты двигателей

Будьте первым, кто получит эксклюзивный контент прямо на вашу электронную почту.

Обещаем не спамить. Вы можете отписаться в любое время.

Недействительный адрес электронной почты

Электротехника

В статье « Введение в систему заземления » я объяснил следующие пункты:

1. Введение 
2. Определение сопротивления заземления
3. Удельное сопротивление грунта 

Сегодня я объясню, как рассчитать сопротивление заземления.

2.2 Расчет сопротивления заземления

Следующая формула (источник: IEEE Std.142:1991) позволяет рассчитать сопротивление заземления.

Где:

R = сопротивление в Ом
ρ = удельное сопротивление в Ом.см
d = расстояния — в см

S = расстояние между заземляющими стержнями

Коэффициент пространства для нескольких заземляющих стержней будет следующим:

2. 2.1 Расчет сопротивления заземления для подстанций

В идеале система заземления должна быть как можно ближе к нулевому сопротивлению. Для большинства передающих и других крупных подстанций сопротивление заземления должно быть около 1 Ом или меньше. На небольших распределительных подстанциях обычно допустимый диапазон составляет от 1 до 5 Ом, в зависимости от местных условий. Оценка общего сопротивления удаленному заземлению является одним из первых шагов в определении размера и базовой схемы системы заземления.

Минимальное значение сопротивления заземления подстанции в однородном грунте можно определить по формуле круглой металлической пластины на нулевой глубине после определения удельного сопротивления грунта.

Используйте следующую формулу для оценки минимального сопротивления, которое можно ожидать при проектировании системы заземления:

Где:

Rg = сопротивление заземления в Ом.

ρ  = среднее удельное сопротивление земли в Ом/м.

A = площадь, занимаемая наземной сеткой, в квадратных метрах.

Π = 3,14

Пример №1:

Каково сопротивление сети системы, если ρ = 250 Ом/м и A = 3500 м2?

Решение:

Расчет по приведенной выше формуле дает следующие результаты:

Таким образом, Rg = 1,87 Ом формула выше. Второй член признает тот факт, что сопротивление любой реальной системы заземления, состоящей из нескольких проводников, выше, чем у сплошной металлической пластины. Эта разница будет уменьшаться с увеличением длины подземных проводников, приближаясь к 0 для бесконечного L, когда достигается состояние сплошной пластины. (IEEE-80)

Для оценки верхнего предела используйте формулу:

Где:

Rg = сопротивление заземления в Ом.

ρ = среднее удельное сопротивление земли в Ом/м. Это измерение должно быть расположено на отпечатках, или можно использовать 1000 Ом/м.

A = площадь, занимаемая наземной сеткой, в квадратных метрах.

L = общая длина проводов под землей в метрах.

Π = 3,14

Примечание №1 Используйте приведенную выше формулу для приблизить сопротивление заземления системы, а не заменить фактические наземные замеры.

Общая длина заглубления представляет собой комбинацию горизонтальных и вертикальных проводников в сетке, а также заземляющих стержней. L можно рассчитать как:

Где:

LC = общая длина провода сетки (м)

LR = общая длина заземляющих стержней (м)

Лучшее приближение было определено с учетом глубины сетки

Где

h : глубина сетки (м)

Это уравнение показывает, что чем больше площадь и общая длина используемого заземляющего проводника, что приводит к более низкому сопротивлению заземляющей сетки.

3- Проверка установки проводника заземляющей сети

Проверка системы сети начинается с осмотра плана компоновки станции с указанием всего основного оборудования и конструкций.

Площадь системы заземления является наиболее важным геометрическим фактором при определении сопротивления сети. Большие заземленные площади приводят к меньшему сопротивлению сети и, следовательно, к более низкому напряжению GPR и сетки.

Расчет заземляющей сети основан на трех основных параметрах:

1. Максимальный предполагаемый ток замыкания на землю, проходящий между системой заземления и телом земли, 
2. Продолжительность течения этого тока (исходя из продолжительности 1 секунды),
3. Удельное сопротивление грунта и характер грунта на площадке.

Примечание №2 Невозможно использовать кратковременный номинальный ток выключателей, или три секунды, для первых двух из вышеперечисленных параметров. Даже в районах с низким удельным сопротивлением грунта трудно, если вообще возможно, разработать электрод, подходящий для такого долг. Поэтому необходимо определить максимальный ток и его продолжительность потока (1 секунда, заданная конструкцией), которую электрод должен безопасно передавать в тело Земли или из него.

3.1 Рекомендации и требования к проектированию

• Непрерывная петля проводника окружает периметр, чтобы охватить как можно большую площадь. Эта практика помогает избежать высокой концентрации тока и, следовательно, больших градиентов как в области сетки, так и вблизи выступающих концов кабеля. Увеличение площади также снижает сопротивление заземляющей сетки.

• Внутри контура проводники прокладываются параллельными линиями и, где это целесообразно, вдоль конструкций или рядов оборудования, чтобы обеспечить короткие заземляющие соединения.

• Типичная сетевая система для подстанции может включать 70 или 120 квадратных миллиметров (мм2), неизолированные медные проводники № 4/0 или 2/0 AWG, заглубленные на 18 дюймов (0,5 м) ниже уровня земли, минимум, с интервалом от 10 до 20 футов (от 3 до 6 м) друг от друга, в виде сетки. В перекрестных соединениях надежно соедините проводники с помощью термитной сварки, пайки или одобренных компрессионных соединителей. Заземляющие стержни должны быть размещены в углах сетки и не менее чем в 6 футах друг от друга.

• Система энергосистемы обычно распространяется на всю распределительную станцию ​​подстанции и часто за пределы линии ограждения. Некоторые правила требуют, чтобы заземляющий проводник был закопан примерно на 3 фута (1 м) снаружи и параллельно забору. Используйте несколько заземляющих проводов или проводники большего размера там, где могут возникать высокие концентрации тока, например, при соединении нейтрали с землей генераторов, конденсаторных батарей или трансформаторов.

• Соотношение сторон сетки обычно составляет от 1:1 до 1:3, если точный анализ не требует более экстремальных значений. Частые перекрестные соединения оказывают относительно небольшое влияние на снижение сопротивления сети, но полезны для защиты нескольких путей в условиях тока короткого замыкания.