2. Расчет заземляющего устройства

Цель расчета защитного заземления – определить число и длину вертикальных элементов, длину горизонтальных элементов и разместить заземляющее устройство на плане электроустановки исходя из регламентированных ПУЭ величин допустимого сопротивления заземления, допустимого напряжения прикосновения и шага или максимального потенциала заземлителя.

Расчет заземляющего устройства производится в следующей последовательности:

1. Вычисляется расчетный ток замыкания на землю (выражения 1.5 и 1.6) и нормы на сопротивление заземления [2] (подразделы 1.4 – 1.8) в зависимости от номинального напряжения электроустановки, режима нейтрали, номинальной мощности нагрузки и других данных электроустановки.

2. По формулам, приведенным в таблице 3.2, определяется сопротивление одиночного вертикального заземлителя R_од с учетом расчетного удельного сопротивления грунта.

3. Предварительно разместив заземлители на плане (в ряд, по контуру или в виде сетки), определяют число вертикальных заземлителей и расстояния между ними.

По этим данным определяют:

коэффициент использования вертикальных стержней _ст (таблица 3.3) и полосы _пол (таблица 3.4);

длину полосового заземлителя:

при размещении вертикальных заземлителей в ряд

l_пол = а(n-1) + l, м, (2.1)

где а – расстояние между вертикальными заземлителями, м;

n – количество вертикальных заземлителей, шт;

l – расстояние от заземляющего устройства до заземляемого оборудования, м,

при размещении вертикальных заземлителей по контуру

l_пол = а  n + l, м, (2.2)

при размещении вертикальных заземлителей в виде заземляющей сетки

l_пол = (n₁-1)·а·n₂ + (n₂-1)·а·n₁ + l, м, (2.3)

где n₁ – количество вертикальных заземлителей в горизонтальном ряду заземляющей сетки, шт.;

n₂ – количество вертикальных заземлителей в вертикальном ряду заземляющей сетки, шт;

а - расстояние между вертикальными заземлителями, м.

4. Определяется суммарное сопротивление одиночных вертикальных заземлителей

(2.4)

5. Определяется сопротивление соединительных полос R_п (по одной из формул таблицы 3.2).

6. Определяется суммарное сопротивление соединительных полос с учетом коэффициента использования полосы _пол

(2.5)

7. Определяется общее сопротивление заземляющего устройства

(2.6)

8. Проверяется выполнение условия

. (2.7)

При невыполнении данного условия необходимо увеличить количество вертикальных одиночных заземлителей и, начиная с пункта 4 повторить расчет. Условие (2.7) должно выполняться.

2.1. Пример расчета заземляющего устройства

Заземлению подлежит оборудование подстанции напряжением 6/0,4 кВ. Длина кабельных линий l_КЛ = 8 км, воздушных линий – l_ВЛ = 20 км. Грунт - суглинок, измерения производились при сухом грунте, _ИЗМ = 100 Омм. Заземляющее устройство расположить в виде заземляющей сетки. Расстояние от заземляющего устройства до подстанции 4 м. В качестве вертикальных стержней предполагается применить уголковую сталь длиной 2,5 м, в качестве горизонтальных заземлителей – стальную полосу.

Расчет

1. Расчетный ток замыкания на землю со стороны 6 кВ определяется из выражения (1.3) и (1.4)

Для дальнейших расчетов принимаем I_з = 5 А.

Так как к заземляющему устройству присоединяются корпуса оборудования напряжением до 1 кВ и выше 1кВ (0,4 и 6 кВ), сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом при линейном напряжении 380 В источника трехфазного тока. Таким образом,

2. По формуле для стержневого заземлителя в грунте (таблица 3.3) определяется сопротивление одиночного вертикального заземлителя R_од с учетом расчетного удельного сопротивления грунта

,

где d – эквивалентный диаметр вертикального заземлителя, м. Для уголка – d = 0,95b = 0,950,025=0,024 м (b – ширина сторон уголка, м).

где S – минимально допустимая площадь поперечного сечения уголковой стали по таблице 1.4, мм²;

h – минимально допустимая толщина стенки уголковой стали по таблице 1.4, мм²;

- удельное электрическое сопротивление грунта, Ом·м. Из исходных данных =100 Ом·м (или таблица 3.1);

H – расстояние от поверхности земли до середины вертикального заземлителя, м. Верхний конец вертикального заземлителя должен находиться на расстоянии 0,5 м от поверхности земли. Тогда, ;

l – длина вертикального заземлителя, м. Из исходных данных l = 2,5 м.

3. В соответствии с исходными данными заземлители размещаются в виде заземляющей сетки с количеством вертикальных заземлителей в одном горизонтальном ряду n₁=10 шт., в одном вертикальном ряду – n₂=6 шт.

Тогда общее количество вертикальных заземлителей составит n = 10·6 = 60 шт.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Тогда длина полосового заземлителя при размещении вертикальных заземлителей в виде заземляющей сетки по выражению 2.3 будет равно

l_пол = (n₁-1)·а·n₂ + (n₂-1)·а· n₁ + l = (10-1)·2·6 + (6-1)·2·10 + 4 = 212 м.

4. Определяются коэффициенты использования вертикальных стержней _ст (таблица 3.4) и полосы _пол (таблица 3.5)

_ст = 0,39;

_пол = 0,21.

5. Определяется суммарное сопротивление одиночных вертикальных заземлителей

7. Определяется сопротивление соединительных полос R_п по формуле для полосы в грунте (таблица 3.3)

8. Определяется суммарное сопротивление соединительных полос с учетом коэффициента использования полосы _пол

9. Определяется общее сопротивление заземляющего устройства

10. Проверяется выполнение условия

.

Условие выполняется, заземляющее устройство рассчитано правильно.

Как видно из полученного результата, получился большой запас, поэтому, можно уменьшить число вертикальных заземлителей и произвести заново расчет. Результат расчета должен быть как можно ближе к нормируемому значению сопротивления заземляющего устройства.