7. Заземляющие устройства.
Заземление электроустановок осуществляется преднамеренным соединением их заземляющим устройством. Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Заземлителем называется металлический проводник или группа проводников, находящееся в непосредственном соприкосновении с землей. Заземляющими проводниками называются металлические проводники, соединяющие заземляемые части электроустановок с заземлителем.
Сопротивление, которое оказывает току грунт, называется сопротивлением растеканию. В практике сопротивление растеканию относят не к грунту, а к заземлителю и применяют сокращенный условный термин «сопротивление заземлителя».
Для устройства заземлений в установках переменного тока следует в первую очередь использовать естественные заземлители. Естественные заземлители – это различные конструкции и устройства, которые по своим свойствам могут одновременно выполнять функции заземлителей: водопровод, металлические оболочки кабелей, металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, имеющие надежное соединение с землей. Преимуществом естественных заземлителей является малое сопротивление растеканию. Их рациональное использование упрощает и удешевляет сооружение заземляющих устройств.
Под искусственными заземлителями понимаются закладываемые в землю металлические электроды, специально предназначенные для устройства заземлений. Во избежание излишних затрат эти заземлители следует применять лишь при отсутствии естественных заземлителей, при невозможности их использования или при слишком высоком сопротивлении естественных заземлителей. Искусственные заземлители обычно выполняются из вертикальных электродов (труб, уголков, стержней) с расположением верхнего конца у поверхности земли или ниже уровня земли на 0,5-0,8 метра. При втором способе сопротивление заземления относительно стабильно, т.к. заземлитель соприкасается со слоями грунта, в которых относительно малы изменения влажности и температуры в течении года. При выборе размеров вертикальных электродов исходят из трех условий:
Обеспечение требуемого сопротивления заземлителя при наименьшем расходе металла.
Обеспечение механической устойчивости электрода при погружении в грунт.
Обеспечение устойчивости к коррозии электродов, расположенных в грунте.
Заземляющие устройства должны быть механически прочными, термически и динамически прочными к токам замыкания на землю.
7.1 Расчет заземления.
В соответствии с требованиями ПУЭ в электроустановках без компенсации емкостных токов сопротивление заземляющего устройства при протекании через него расчетного тока, в любое время года, должно удовлетворять условию, Ом:
(7.1)
где Iр - расчетный ток через заземляющее устройство, А;
Uр - расчетное
напряжение на заземляющем устройстве
по отношению к земле, В.Если заземляющее
устройство используется только для
электроустановок напряжением выше 1000
В, Uр - принимается
равным 250 В, если заземляющее устройство
одновременно используется и для
электроустановок напряжением до 1000 В,
Uр =125 В
.
Сопротивление заземляющего устройства для сетей напряжением выше 1000 В с малыми токами замыкания на землю должно быть не более 10 Ом.
Сопротивление заземляющего устройства в установках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью должно быть не более 4 Ом.
Если заземляющее устройство является общим для нескольких установок, то расчетным сопротивлением заземляющего устройства является наименьшее из требуемых.
Расчет заземляющих устройств сводится главным образом к расчету собственно заземлителя. Расчет сопротивления заземлителя производится в следующем порядке:
Выбираются типы вертикальных и горизонтальных электродов, их размеры, положение и глубину заложения в грунте. В данном случае это будет контурное заземляющее устройство. В качестве вертикальных заземлителей принимаем металлический уголок с шириной сторон 50 мм, длинной 5 м. Уголки вертикально забиты в землю так, что верхние концы располагаются на глубине 0,7 м от поверхности земли.
Рекомендуемое для предварительных расчетов удельное сопротивление грунта в месте сооружения заземлителя – суглинка составляет 1000 Ом·м. Повышающие коэффициенты учитывающих высыхание грунта летом и промерзания зимой, для горизонтальных протяжных электродов и вертикальных стержневых электродов равны 4,5 и 1,8 соответственно.
Расчетное удельное сопротивление для горизонтальных электродов из [3]:
Ом•м;
Расчетное удельное сопротивление для вертикальных электродов из [3]:
Ом•м
Определяется сопротивление растеканию
одного вертикального электрода Rв.о
по формуле:
(7.2)
где l - длинна электрода, м;
bу - ширина сторон уголка, м;
- глубина заложения электрода, м.
.
Определяется примерное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования:
(7.3)
где Rи - необходимое сопротивление искусственного заземлителя, Ом;
ηв - коэффициент использования вертикальных заземлителей, принимаемые из таблицы 10-5 из [3].
Суммарное сопротивление всех вертикальных заземлителей составит:
(7.4)
Определяется сопротивление растеканию
горизонтальных электродов 
,
состоящих из металлических полос:
(7.5)
где b - ширина полосы, м;
ηг - коэффициент использования горизонтальных соединительных электродов в контуре из вертикальных электродов, принимаемый из таблицы 10-7 из [3].
Определяется заземление всего заземляющего контура:
(7.6)
Для подстанции напряжением 10/0,4 кВ должно быть выполнено одно общее заземляющее устройство с сопротивлением заземляющего контура не более 4 Ом.
Сопротивление растеканию одного вертикального электрода по формуле (7.2):
Ом
Число вертикальных заземлителей по формуле (7.3):
Учитывая, что горизонтальные электроды будут уменьшать общее сопротивление контура заземления, примем количество вертикальных электродов равным 12 штукам.
Вертикальные заземлители соединяются металлическими полосами, шириной 0,4 м суммарной длинной 84 м. Сопротивление горизонтального заземлителя из (7.5) при этом равно:
Ом
Суммарное сопротивление всех вертикальных заземлителей по (7.4):
Ом
Сопротивление всего заземляющего контура по (7.6):
Ом
Полученное сопротивление удовлетворяет требованиям, предъявляемым электроустановкам до 1000 В.