6.4 Расчёт заземляющего устройства общего укрытия

Защитное действие заземления основано на снижении напряжения прикосновения, что достигается путём уменьшения напряжения на корпус оборудования относительно поверхности земли или за счёт малого сопротивления заземления.

Защитное заземление является эффективной мерой для электроустановок, питающихся напряжением 1000 В с изолированной нейтралью и напряжением выше 1000 В с любым режимом нейтрали источника питания.

Различают три вида заземлений: рабочее заземление, защитное заземление и заземление грозозащиты, причём в ряде случаев один и тот же заземлитель может выполнять два или три назначения одновременно. К рабочему заземлению относится заземление нейтралей силовых трансформаторов, генераторов, дугогасящих аппаратов, измерительных трансформаторов напряжения, реакторов, заземление фазы при использовании земли в качестве рабочего провода и пр.

Защитное заземление выполняется для обеспечения безопасности людей, обслуживающих электрическую установку, путём заземления металлических частей установки (например, баков трансформаторов), которые нормально имеют нулевой потенциал, но могут оказаться под напряжением при перекрытии или пробое изоляции.

Заземление грозозащиты служит для отвода тока молнии в землю от защитных разрядников, стержневых и тросовых молниеотводов или других конструкций, в которые произошёл удар молнии.

Заземляющее устройство состоит из заземлителей и заземляющих проводников.

Заземлитель — проводящая часть или совокупность соединённых между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землёй непосредственно или через промежуточную проводящую среду.

Заземляющий проводник - проводник, соединяющий заземляемую часть (точку) с заземлителем.

По условиям безопасности сопротивления заземления должны быть относительно малыми. Принципиально обеспечить такое сопротивление можно путём увеличения геометрических размеров одиночного заземлителя (электрода) или использования нескольких параллельно соединённых электродов. Такой заземлитель называется групповым. Расчёты показывают, что выполнение групповых заземлителей во много раз экономичнее по затратам металла и монтажным работам. Кроме того, при использовании нескольких заземлителей можно выровнять потенциальную кривую на территории, где они размещаются, что имеет также большое значение в обеспечении безопасности обслуживающего персонала. Поэтому на практике применяют в преобладающем большинстве групповые заземлители.

Заземляющие устройства должны быть механически прочными, термически и динамически стойкими к токам замыкания на землю.

В качестве естественных заземлителей в проекте использованы технологические кабельные и совмещённые эстакады, фундаменты зданий и сооружений.

Будем проводить расчёт заземляющего устройства без учёта естественных заземлителей. Сопротивление естественных заземлителей примем в счёт надёжности.

Укажем исходные данные для расчёта заземляющего устройства.

Эквивалентное удельное сопротивление грунта составляет 100 Ом м (измерение проводилось в июле). Местность расположения относится ко II климатической зоне.

Выполним заземляющий контур общего укрытия (здания, где находится ЗРУ) с внешней стороны с расположением вертикальных электродов по периметру здания на расстоянии 1 м от фундамента. Габаритные размеры: длина - 61 м, ширина - 41м.

В электроустановках напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью R3 <10 Ом, но так как в помещении ЗРУ-10 кВ используется напряжение 0,4 кВ, то за расчётное принимаем напряжение 4 Ом.

Рисунок 6.1 - Залегание электрода относительно земли

В качестве вертикальных заземлителей используются, круглые стальные стержни диаметром 16 мм, длиной 5 м. Верхние концы стержней заглублены на глубину 0,7 м от поверхности земли. К ним привариваются горизонтальные электроды — стальная полоса сечением 40x4 мм².

Так как заземлители проложены в слое сезонных изменений, то удельное сопротивление грунта в слое сезонных изменений, соответствующее сезону года, когда сопротивление заземляющего устройства принимает наибольшее значение:

(6.2)

где - удельное сопротивление грунта;

- коэффициент сезонности.

Ом·м

Эквивалентное удельное сопротивление грунта в месте расположения вертикального электрода:

_(6.3)

где Δl1 и Δl2 – длины частей электрода, находящихся соответственно в слое сезонных изменений и ниже слоя сезонных изменений земли (с учётом глубины траншеи и толщины слоя сезонных изменений);

и - удельные электрические сопротивления этих слоев.

Ом*м.

Расчётное сопротивление растеканию тока одного вертикального

электрода:

_{, (6.4)}

где lв — высота вертикального электрода, м;

d — диаметр электрода, d = 16 мм (0,016 м);

t - глубина заложения (до середины электрода), t=2,5+ 0,7=3,2 м.

Ом.

Определяем ориентировочное число вертикальных заземлителей:

, (6.5)

где R_B - расчётное сопротивление растеканию одного вертикального электрода, Ом;

R₃ - предельно допустимое сопротивление, Ом;

- предварительное значение коэффициента использования вертикальных электродов, = 0,6÷0,8.

Принимаем число вертикальных электродов из условия их размещения (n = 10).

Сопротивление растеканию горизонтального заземлителя. заложенного на глубине 0,7 м от уровня земли:

, (6.6)

Где = 112 м (63 м +43 м +63 м +43 м) – длина горизонтального электрода;

d = 0,5 * b = 0,5 * 40 = 20 мм (0,02 м);

t₀ = 0,5 м.

Ом.

Определим сопротивление растеканию тока принятого группового заземлителя:

, (6.7)

При размещении 10 вертикальных электродов группового заземлителя по прямоугольному контуру при отношении расстояния между электродами к их длине, примерно равном 2, коэффициенты использования = 0,5, = 0,7.

Это сопротивление меньше требуемого. Но так как разница положительно влияет на безопасность, то принимаем этот результат как окончательный.