2.10 Расчет контура заземления

При эксплуатации электрических сетей, промышленного и бытового электрооборудования имеется опасность поражения электрическим током.

Поэтому при устройстве и эксплуатации электроустановок предусматривают меры, гарантирующие их безопасное обслуживание.

Опасность поражения электрическим током возникает в случае непосредственного прикосновения человека к к токоведущим частям, между которыми имеется разность потенциалов или которые находятся под напряжением относительно земли. Однако поражение возможно и в случае прикосновения к металлическим частям электрооборудования, нормально, не находящимся под напряжением.

Металлические корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников, каркасы распределительных щитов, шкафов, пультов управления, металлические конструкции ЛЭП, подстанций, и распределительных устройств, металлические обмотки кабелей и пр. могут оказаться под напряжением в случае повреждения электроизоляции.

Чтобы избежать опасность поражения электрическим током, все перечисленные части электрооборудования подлежат заземлению.

Заземление – преднамеренное электрическое соединение электроустановки или оборудования с заземляющим устройством. Защитное заземление – заземление, выполняемое в целях безопасности.

В электроустановках с глухозаземленной нейтралью нейтраль генератора или трансформатора трехфазного переменного тока, один из выводов источника однофазного тока должны быть присоединены к заземлителю при помощи заземляющего проводника.

Согласно ПУЭ сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генератора или трансформатора или выводы источника однофазного тока должно быть не более 2,4,8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220, и 127 В источника однофазного тока.

При расчете заземляющего устройства определяются тип заземлителей, их количество и место размещения, а также сечение заземляющих проводников. Этот расчет производится для ожидаемого сопротивления заземляющего устройства в соответствии с существующими требованиями ПУЭ.

Исходные данные:

– вид ЗУ - контурное;

– климатическая зона - III;

– вертикальный электрод- круглая сталь d=16 мм - диаметр, L_в=5м;

– горизонтальный электрод - полоса стальная мм, сечение 160 мм²;

– заземляющий проводник – пруток d=8 мм;

– глубина заложения горизонтального заземлителя t = 0,5м;

– грунт- суглинок.

Требуется определить количество вертикальных электродов N_В, длину горизонтальной полосы L_П, фактическое сопротивление заземляющего устройства.

Расчетное сопротивление одного вертикального электрода определяется по формуле, Ом

r_в =0,3ρ ∙ К_сез.в, (87)

где ρ – удельное сопротивление грунта, Ом ∙м, по ([20] табл. 1.13.2; 1.13.3) ρ= 100 Ом ∙м.;

К_сез.в = F(зона III) = 1,5;

К_сез.г = F(зона III) = 2,3.

Определяем расчетное сопротивление вертикального электрода по формуле (89),Ом

r_в =0,3 ∙ 100 ∙1,5=45

Требуемое для сети НН при данном грунте R_зу2 ≤ 4 Ом.

Для расчета принимается R_зу2 =4 Ом.

Количество вертикальных электродов без учета экранирования может быть определено по формуле

N′_в..р..= r_в / R_зу2, (88)

а с учетом экранирования количество вертикальных электродов может быть определено по формуле

N_в..р..= N′_в..р. / η_в , (89)

где η_в – коэффициент использования электродов, η_в =0,55 (тип ЗУ, вид заземления, α / L, N_в -([13] таблица 1.13.6).

Определяем количество вертикальных электродов без учета экранирования по формуле (90), а с учетом экранирования по формуле 91

N′_в..р.= 45/4 = 11,1.

Принимается N′_в.р = 12

с учетом экранирования

N_в..р.= 12 /0,55 = 21,8

Принимается N_в.р = 22.

По ([13] таблица 1.13.5) η _В = F (контурное; 1, 12)=0,55.

Размещаем ЗУ на плане (рисунок 7), уточняем расстояния между электродами. Так как контурное ЗУ закладывается на расстоянии не менее 1м, то длина по периметру закладки определяется по формуле

L_п=(А+3) ∙2+(В+2) ∙2, (90)

где А×В=9×7 м–габаритные размеры подстанции.

Тогда расстояние между электродами уточняется с учетом формы объекта. По углам устанавливают по одному вертикальному электроду, а оставшиеся между ними.

Для равномерного распределения электродов окончательно принимается N_в=22, тогда расстояние между электродами по длине объекта а_А и по ширине объекта определяется по формуле, м

; , (91)

где n_A –количество электродов по длине объекта;

n_В –количество электродов по ширине объекта.

Определяем расстояние между электродами по формуле 75, м

a_A=15/6=2,5; a_В=9/5=1,8;

Определяем длину полосы по формуле 74,м

L_п=(9+3)∙2+ (7+2) ∙2 =46

Для уточнения коэффициентов использования η_в и η_г определяем среднее значение отношения а/ L_в по формуле

(92)

Принимаем .

Тогда по ([13] таблица 1.13.5) уточняются коэффициенты использования η _В = F (контурное; 1, 22)=0,47; η _г = F (контурное; 1, 22)=0,27.

Уточненные значения сопротивлений вертикального и горизонтального электродов могут быть определены по формулам (95), (96) соответственно

; (93)

, (94)

где Lп – длина горизонтального электрода, м;

b– ширина полосы, м ;

η _В, η _г –коэффициенты использования F(тип ЗУ, вид заземления, α/L, N_в, N_г);

ρ – удельное сопротивление грунта, Ом ∙м;

t –глубина заложения горизонтального заземлителя, м;

к_сез.г– коэффициент сезонности.

Определим уточненные значения сопротивлений вертикального и горизонтального электродов по формулам (95), (96), Ом

;

.

Фактическое сопротивление ЗУ определяется по формуле, Ом

. (95)

.

R_зу.доп. (4,0 Ом) > R_зу.ф(3,92), следовательно ЗУ будет эффективным.

Заземляющее устройство состоит из 22 вертикальных электродов длиной L_В =5м, диаметром d =16мм; горизонтальный электрод- стальная полоса имеет длину Lп =46 м, 40х4 мм; R_зу.ф=3,92 Ом.

Рисунок 10