Внимание! Это ознакомительный вариант работы с системой, войдите или зарегистрируйтесь.
Размещение рекламы | Пользовательское соглашение | Тарифы
, Гость!
Режим : Trial 
Войти...
Регистрация...

Для организаций:
информационный буклет


Институт повышения квалификации специалистов релейной защиты и автоматики

 
Учебник "Онлайн Электрик">Содержание Расчет | Пример 1 | Пример 2 | Источники | Теория

Расчет заземляющего устройства в двухслойном грунте

Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение с землей металлических нетоковедущих частей электроустановок, которые нормально не находятся под напряжением, но могут оказаться под ним (прежде всего вследствие нарушения изоляции).

При замыкании фазы на металлический корпус электроустановки он приобретает электрический потенциал относительно земли. Если к корпусу такой электроустановки прикоснется человек, стоящий на земле или токопроводящем полу (например, бетонном), он немедленно будет поражен электрическим током.

Посредством защитного заземления ток замыкания перераспределяется между заземляющим устройством и человеком обратно пропорционально их сопротивлениям.

Поскольку сопротивление тела человека в сотни раз превышает величину сопротивления растеканию тока заземляющего устройства, через тело человека, прикоснувшегося к поврежденному заземленному оборудованию, пройдет ток, не превышающий предельно допустимого значения (10 мА), а основная часть тока уйдет в землю через контур заземления. При этом напря-жение прикосновения на корпусе оборудования не превысит 42 В.

Контур заземления выполняют из стальных стержней, уголков, некондиционных труб и др. В траншее глубиной до 0,7 м вертикально забиваются стержни (трубы, уголки и др.), а выступающие из земли верхние концы соединяются сваркой внахлест стальной полосой или прутком.

При этом необходимо соблюдать следующие условия.

  1. Сечение соединительной полосы, ее толщина, минимальный диаметр прутка, минимальная толщина стенки уголка - определяются в соответствии с техническим циркуляром ( Скачать технический циркуляр Доступно только для зарегистрированных пользователей.).
  2. Длина стержня должна быть не менее 1,5...2 м, чтобы достичь незамерзающего слоя почвы (рис. 2).

Рис. 2. Установка одиночного заземлителя в двухслойном грунте:
L - длина одиночного заземлителя; D - диаметр одиночного заземлителя;
Н - толщина верхнего слоя грунта; Т - заглубление заземлителя (расстояние
от поверхности земли до середины электрода); t - глубина траншеи (заглубление соединительной полосы)

  1. Расстояние между соседними стержнями рекомендуется выбирать равным длине стержня (если иное не предусмотрено условиями эксплуатации) (рис. 3).

Стержни можно располагать в ряд (рис. 3) или в виде какой-либо геометрической фигуры (квадрата, прямоугольника) в зависимости от удобства монтажа и используемой площади. Совокупность стержней, соединенных между собой полосой, образует контур заземления. В помещении контур заземления приваривается к корпусу силового щита и к заземляющей магистрали (шине заземления), которая проходит вдоль стен здания. На практике часто используются естественные заземлители (части коммуникаций, зданий и сооруже-ний производственного или иного назначения), находящиеся в соприкосновении с землей. Это канализационные трубы, железобетонные конструкции фундаментов, свинцовые оболочки кабелей и др.

 

Рис. 3. Конструкция заземляющего устройства:
L - длина одиночного заземлителя; K - расстояние между соседними (смежными) заземлителями

Измерение сопротивления растеканию тока заземляющих устройств должно производиться в сроки, установленные Правилами эксплуатации электроустановок потребителей (ПЭЭП) не реже одно-го раза в шесть лет, а также после каждого капитального ремонта и длительного бездействия установки.

Сопротивление заземляющих устройств рекомендуется измерять в наиболее жаркие и сухие или в наиболее холодные дни года, когда грунт имеет наименьшую влажность. Чем меньше влажность, тем выше удельное сопротивление грунта. В первом случае влага из грунта испаряется, во втором - замерзает (лед практически не проводит электрический ток). При замерах в другие дни нужно полученные значения корректировать с помощью поправочных коэффициентов, которые приводятся в ПЭЭП [3].

Расчет заземляющего устройства сводится к определению числа вертикальных заземлителей и длины соединительной полосы. Для упрощения расчета примем, что одиночный вертикальный заземлитель представляет собой стержень, либо трубу малого диаметра.

  1. Сопротивление одиночного вертикального заземлителя: (2)

где L и D - длина и диаметр стержня соответственно, м; Pэкв эквивалентное удельное сопротивление грунта, Ом*м; Т - заглубление электрода (расстояние от поверхности земли до середины электрода), м.

Студенты неэлектротехнических специальностей могут определить сопротивление одиночного вертикального заземлителя по формуле:

(3)

или по упрощенной формуле:

(4)

Примечание: здесь и далее знаком (*) обозначаются формулы для расчетов, которые проводят студенты неэлектротехнических специальностей. Формулы, не отмеченные данным знаком, общие для студентов всех специальностей.

Величина эквивалентного удельного сопротивления грунта Pэкв для студентов неэлектротехнических специальностей задается преподавателем из табл. 2.

Эквивалентным удельным сопротивлением грунта Pэкв неоднородной структурой называется такое удельное сопротивление земли с однородной структурой, в которой сопротивление заземляющего устройства имеет то же значение, что и в земле с неоднородной структурой. Если грунт двухслойный, эквивалентное удельное сопротивление определяется из выражения:

Pэкв = Y*P1*P2L/[P1(L - H + t) + P2(H - t)], (5)

где Y - коэффициент сезонности (по табл. 2 - для стержневых заземлителей); P1 - удельное сопротивление верхнего слоя грунта, Ом*м; P2 - удельное сопротивление нижнего слоя грунта Ом*м; Н - толщина верхнего слоя грунта, м; t - заглубление полосы, м.

Одиночный заземлитель должен полностью пронизывать верхний слой грунта и частично нижний.

Таблица 1 -Эквивалентное удельное сопротивление грунтов

Грунт

Удельное сопротивление Rэкв, Ом? м

пределы колебаний

при влажности грунта 10...12%

Чернозем

9...53

20

Торф

9...53

20

Глина

8...70

40

Суглинок

40...150

100

Супесь

150...400

300

Песок

400...700

700

Заглубление полосы t принимается равным 0,7 м - это глубина траншеи (рис. 2). Величина удельного сопротивления грунта непостоянна и зависит от его влажности. Степень влажности грунта определяется в основном количеством выпавших осадков и процессами их высу-шивания. Поверхностные слои грунта подвержены значительным из-менениям влажности. Вследствие этого сопротивление заземлителя будет тем стабильнее, чем глубже он расположен в грунте. Для уменьшения влияния климатических условий на сопротивление заземления верхнюю часть заземлителя размещают в грунте на глубину не менее 0,7 м. Следовательно, заглубление стержня можно определить по формуле:

T = (L/2) + t (6)

Таблица 2 - Значения расчетных климатических коэффициентов сезонности сопротивления грунта

Заземлитель

Климатическая зона

I

II

III

IV

Стержневой

1,8...2,0

1,6...1,8

1,4...1,5

1,2...1,4

Полосовой

4,5…7,0

3,5…4,5

2,0…2,5

1,5…2,0

 

  1. Определяем ориентировочное количество вертикальных заземлителей без учета сопротивления соединительной полосы:

n0 = R0/Rн, *(7)

где RH - нормируемое сопротивление растеканию тока заземляющего устройства согласно ПУЭ, Ом;

Для студентов электротехнических специальностей:

n0 = R0*Y/Rн.(8)

Коэффициент сезонности Y второй климатической зоны (средняя температура января от -15 до -10°С, июля - от +18 до +22°С) принимается равным 1,6...1,8.

 

 

 

 

Таблица 3 - Нормируемые значения величины сопротивления растеканию тока заземляющих устройств (для электроустановок напряжением до 1000 В)

Вид заземления

Напряжение сети, В

220/127

380/220

660/380

нормируемое сопротивление Rн, Ом

Рабочее заземление нулевой точки трансформатора (генератора)

8

4

2

Повторное заземление нулевого провода на вводе в объект

20

10

5

Повторное заземление нулевого провода на воздушной линии

60

30

15

Величины, приведенные в табл. 3, справедливы при эквивалентном удельном сопротивлении грунта 100 Ом*м и менее. Если эквивалентное удельное сопротивление грунта более 100 Ом*м, необходимо эти величины умножить на коэффициент kз=rэкв/100. Коэффициент kз не может быть меньше 1 и больше 10 (даже при больших удельных сопротивлениях грунта).

  1. Определяем сопротивление растеканию тока соединительной полосы:

(9)

где Lп, b - длина и ширина соединительной полосы, м; t - заглубление соединительной полосы; Yп - коэффициент сезонности для полосы (по табл. 2 - для полосовых заземлителей); hп - коэффициент использования полосы (табл. 4).

Формула для приближенного расчета:

(10)

Длину полосы можно определить по предварительному количеству вертикалъных заземлителей. Если принять что они размещены в ряд, то длина полосы составит:

Lп = K(n0 - 1), (11)

где К - расстояние между соседними вертикальными заземлителями, м,

  1. Определяем сопротивление вертикальных заземлителей с учетом сопротивления растеканию тока соединительной полосы (для студентов электротехнических специальностей):

Rв = Rп*Rн(Rп - Rн) (12).

  1. Определяем окончательное количество заземлителей (для студентов электротехнических специальностей):

n = Ro/Rв*hс, (13)

где hс - коэффициент использования вертикальных заземлителей.

Так как токи, растекающиеся с параллельно соединенных одиночных заземлителей, оказывают взаимное влияние, возрастает общее сопротивление заземляющего контура, которое тем больше, чем ближе расположены вертикальные заземлители друг к другу. Это явление учитывается коэффициентом использования вертикальных заземлителей, величина которого зависит от типа и количества одиночных заземлителей, их геометрических размеров и взаимного расположения в грунте.

Таблица 4 - Коэффициенты использования вертикальных заземлителей hс
и соединительной полосы hп

Число

заземлителей

Заземлители размещены

в ряд

Заземлители размещены

по замкнутому контуру

h ñ

h ï

h ñ

h ï

2

0,91

4

0,83

0,89

0,78

0,55

6

0,77

0,82

0,73

0,48

10

0,74

0,75

0,68

0,40

15

0,70

0,65

0,65

0,36

20

0,67

0,56

0,63

0,32

40

0,40

0,58

0,29

Примечание. Значения коэффициентов даны с учетом того, что отношение длины заземлителей к расстоянию между ними равно двум.

  1. *Определяем сопротивление одиночного заземлителя с учетом коэффициента использования:

Rсп = R0/hс.* (14)

  1. Определяем общее сопротивление вертикальных заземлителей с учетом сопротивления соединительной полосы:

Rв = Rп*Rн/Rп - Rн. (15)

  1. Определяем окончательное количество заземлителей:

n = Rсп/Rв. (16)

Вычисленное количество заземлителей округляем до ближайшего большего целого числа.

По данным расчета составляем эскиз контура заземления (план размещения заземлителей в грунте - вид сверху, с нанесением размеров) и эскиз одиночного вертикального заземлителя (рис. 2).


[Пример 1] [Пример 2]


Библиографическая ссылка на ресурс "Онлайн Электрик":
Алюнов, А.Н. Онлайн Электрик: Интерактивные расчеты систем электроснабжения / А.Н. Алюнов. - Режим доступа: http://online-electric.ru.


____________
Комментарии:






Дистанционые курсы
Повышение квалификации по программе БС-6 "Безопасность строительства и качество устройства электрических сетей и линий связи" (удостоверение гос. образца)
www.online-electric.ru

Профессиональная переподготовка
Дистанционные курсы профессиональной переподготовки по программе «Проектирование, монтаж и эксплуатация систем электроснабжения»
www.online-electric.ru

SaaS, Облачные вычисления, программа расчета, пример расчета, Электроснабжение загородного дома, промышленных предприятий, электроснабжение дома, коттеджа, квартиры, электроснабжение зданий, цеха, города, микрорайона. Проект электроснабжения, электрификация, электрофикация, система электроснабжения, схемы электроснабжения, учебник по электроснабжению, договор электроснабжения, расчет электроснабжения, надежность электроснабжения, категории электроснабжения, промышленное электроснабжение, электрификация сельского хозяйства, проектирование электроснабжения онлайн!
Побелитель Конкурса Электросайт года                  
© ОНЛАЙН ЭЛЕКТРИК: Онлайн расчеты электрических систем Online-electric.ru, 2008-2017
© А.Н. Алюнов, 2008-2017 Свидетельство №16066 от 23.08.2010 года