23. Расчёт заземляющих устройств в электроустановках.

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

Грунт, окружающий заземлители, не является однородным. Наличие в нем песка, строительного мусора и грунтовых вод оказывает большое влияние на сопротивление грунта. Поэтому ПУЭ рекомендуют определять удельное сопротивление р грунта путем непосредственных измерений в том месте, где будут размещаться заземлители. Полученное путем замеров удельное сопротивление грунта является важнейшей величиной, определяющей сопротивление заземляющего устройства. При этом необходимо учитывать сезонные колебания удельного сопротивления грунта. Весной и осенью оно ниже, чем зимой и летом. Увеличение удельного сопротивления земли в зим­нее н сухое летнее время учитывается с помощью коэффициентов повышении. Коэффициент повышения показывает, во сколько раз расчетное удельное сопротивление грунта больше по сравнению с измеренным в теплое время года (май — октябрь). Величина коэффициента повышения зависит от состояния грунта во время замеров и количества осадков, выпавших непосредственно перед замерами. Различают три значения коэффициентов:

-удельное сопротивление грунта соответствует примерно минимальному значению (грунт влажный; измерениям предшествовало выпадение большого количества осадков);

V» — удельное сопротивление грунта соответствует примерно среднему значению (грунт средней влажности: измерениям предшествовав выпадение небольшого количества осадков);

-удельное сопротивление грунта соответствует примерно наибольшему значению (сухая земля; измерениям не предшествовало выпадение осадков).

Расчетное значение удельного сопротивления грунта в месте устройства заземления Р - Рнз,Ф. (9.7)

где Рнз — измеренное удельное сопротивление грунта; Ф — коэффициент повышения сопротивления.

Зная расчетное удельное сопротивление грунта, можно определить сопротивление одиночного заземлителя. Сопротивление вертикального заземлителя при длине 1 (м), диаметре d (мм) определяется приближенной формулой

Ro = (0,366р/1) tg (41/d). (9.8)

В расчетах можно пользоваться также следующими упрощенными формулами: для углубленного пруткового электрода диаметром 12 мм, длиной 5 м Ro, пр = 0,00227 р; для электрода из угловой стали размером 50 X 50 х 5 мм, длиной 2,5 м Roy = 0,0034 р; для электрода из трубы диаметром 60 мм, длиной 2,5 м R_u - = 0,00325 р. где р выражено в Ом-см.

Число вертикальных заземлителей определяется по значениям R> = R_x и R_a - R, 1см. (9.4)1. л ~ Roi(v\Rt)t (9.9)

где п — коэффициент экранирования (см. табл. 9.1).

Если расстояние между заземлителями а и отношение а/1 уточняются по периметру подстанции, то вновь рассчитывается число за- заземлителей при новом значении коэффициента использования.

Заземлители соединяются посредством горизонтальных металлических полос, сопротивление которых R„ необходимо учитывать, если сопротивление Rz вертикальных заземлителей больше сопротивления R„ принятого по нормам:

дег n — коэффициент экранирования полосы; In — длина полосы',; bn — ширина полосы, см; — глубина заложения полосы, см.

Если учитывается сопротивление соединительной полосы, то уменьшается необходимое количество заземляющих вертикальных электродов.

После выбора расчетной величины сопротивления растеканию R, находят сопротивление искусственных заземлителей R3, при этом учитывается сопротивление R_e естественных заземлителей: Rn=R3Re/(Re-Rs)

По форме расположения заземлителей различают выносные (или сосредоточенные) и контурное заземления.

При выносном заземлении все заземлители сосредоточивают в одном определенном месте, где располагают их на расстоянии не менее 2,5—3 мм друг от друга. С помощью магистралей заземления к выносному заземлению присоединяется электрооборудование. При контурном заземлении заземлители располагаются по периметру защищаемой территории; при большой величине территории заземлители закладываются также и внутри ее. Контурное заземление рекомендуется во всех случаях, а в установках напряжением выше 1000 В оно является обязательным.

Способ размещения заземлителей (в ряд или по контуру) определяется по плану установки. И установках с большими токами замыкания на землю заземлители и полосы связи следует располагать так, чтобы обеспечить по возможности равномерное распределение потенциала на площади, занятой электрооборудованием. Для этого вдоль осей оборудования на глубине 0,5 м прокладывают выравнивающие проводники, которые через каждые б м соединяют поперечными проводниками. Выравнивание потенциалов предусматривают также у входов и въездов на территорию предприятия.

Полосовая сталь, применяемая для электрической связи между электродами, является дополнительным заземлением. Ввиду сравнительно большого сопротивления соединительных полос оно мало влияет на общее сопротивление заземляющего устройства. Поэтому в практических расчетах проводимость соединительных полос можно не учитывать (за исключением больших контурных заземлителей).

По форме расположения заземлителей различают выносные (или сосредоточенные) и контурное заземления.

При выносном заземлении все заземлители сосредоточивают в одном определенном месте, где располагают их на расстоянии не менее 2,5—3 мм друг от друга. С помощью магистралей заземления к выносному заземлению присоединяется электрооборудование.

При контурном заземлении заземлители располагаются по периметру защищаемой территории; при большой величине территории заземлители закладываются также и внутри ее. Контурное заземление рекомендуется во всех случаях, а в установках напряжением выше 1 ООО В оно является обязательным.

Способ размещения заземлителей (в ряд или по контуру) определяется по плану установки. В установках с большими токами замыкания на землю заземлители и полосы связи следует располагать так, чтобы обеспечить по возможности равномерное распределение потенциала иа площади, занятой электрооборудованием. Для этого вдоль осей оборудования на глубине 0,5 м прокладывают выравнивающие проводники, которые через каждые G м соединяют поперечными проводниками. Выравнивание потенциалов предусматривают также у входов и въездов на территорию предприятия.

Полосовая сталь, применяемая для электрической связи между электродахми, является дополнительным заземлением. Ввиду сравнительно большого сопротивления соединительных полос оно мало влияет на общее сопротивление заземляющего устройства. Поэтому в практических расчетах проводимость соединительных полос можно не учитывать (за исключением больших контурных заземлителей).

Пример 9.1. Определить число электродов заземления подстанции напряжением 6/0,4 кВ.На стороне с напряжением 6 кВ нейтраль изолирована, па стороне с 0,4 кВ— наглухо заземлена. Общая протяженность воздушных линий напряжением 6 кВ составляет 1_п = 10 км, кабельных линий напряжением 6 кВ — 1_Каб ⁼ 20 км, рас­четный коэффициент Ф = 1,5 (см. табл. 9.3). Измерения грунта, произведенные в июне месяце, показали величину удельного сопротивления р„з - 0,6-10⁴ Ом-см = 60 Ом-м при средней влажности.

Решение. Ток однофазного замыкания на землю в сети 6 кВ по (9.3)

1з = U (351каб + i_B)/350 = 6 (35 * 20+ 10)/350 - 12,2 А.

Сопротивление заземляющего устройства для сети 6 кВ при общем заземлении по (9.2)R₃ = (и₃Лз= 125/12,2= 10,2 Ом.

Сопротивление заземляющего устройства для сети 0,4 кВ с глухозаземленной нейтралью должно быть не более 4 Ом. Принимаем наименьшее сопротивление заземляющего устройства при общем заземлении 4 Ом.

Расчетное удельное сопротивление грунта по (9.7)

Р — РизФ2 = 0,6 * 10⁴® 1,5=0,9 « 10⁴ Ом * см = 90 Ом * м.

Коэффициент повышения сопротивления ~ф2, = 1,5 принят по (табл. 9.3). Выбираем в качестве заземлителей прутковые электроды длиной / = 5 м. Сопро­тивление одиночного пруткового электрода Ro _пр = 0,00227 р = 0,00227-0,9- 1Q⁴ = = 20,4 Ом.

Принимаем размещение заземлителей в ряд с расстоянием между ними а — 6 м. Число заземлителей

п = Ro. np/(nR3)=20.4/(0,8-4) = б шт., гдеп= 0,8 при а/1 > 1 (см. табл. 9.1), Яз = 4 Ом (по нормам).