Расчет защитных заземлений в цепях промышленных предприятий и на подстанциях

При расчете заземляющего устройства определяется 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. Грунт, окружающий заземлители, не является однородным. Наличие в нем песка, строительного мусора и грунтовых вод оказывает большое влияние на его сопротивление. ПУЭ рекомендует определять удельное сопротивление грунта р путем непосредственных измерений в том месте, где будут размещаться заземлители. При этом необходимо учитывать сезонное колебание удельного сопротивления. Весной и осенью оно ниже, чем зимой и летом. Увеличение удельного сопротивления в зимнее и летнее время года учитывается с помощью коэффициента повышения сопротивления.

Различают три значения коэффициента:

ш₁ — удельное сопротивление грунта соответствует минимальному значению (грунт влажный, перед измерением произошло выпадение большого количества осадков);

Ш₂ — удельное сопротивление грунта соответствует среднему значению (грунт средней влажности, перед измерением произошло выпадение небольшого количества осадков);

Удельное сопротивление грунтов.

ш₃ — удельное сопротивление грунта соответствует максимальному значению (сухой грунт, перед измерением не было выпадение осадков). Расчетное значение удельного сопротивления грунта в месте устройства заземления.

Р = Риз ш где р_из — измеренное удельное сопротивление грунта, ш — коэффициент повышения сопротивления. При отсутствии данных измерения для расчетов пользуются примерными значениями удельных сопротивлений грунтов. Расчетные значения коэффициента повышения сопротивления для различных грунтов и глубин заложения заземлителей приведены в таблице.

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

R_o = (0,366p /L) Lg (4L / d).

В расчетах можно пользоваться также следующими упрощенными формулами:

* для углубленного пруткового электрода диаметром 12 мм, длиной 5 м.

R_o пр = 0?227 p ;

* для электрода из угловой стали размером 50×50×5 мм, длиной 2,5 м.

R_{о у} = 0,0034 p ;

* для электрода из трубы диаметром 60 мм, длиной 2,5 м.

R_o тр = 0,325 p, где p выражено в Ом/см.

* Число вертикальных заземлителей определяется по значениям.

R_o = R₁ и R_У=R3 n = R_o/(?? R_з) ,.

где n — коэффициент экранирования.

Если расстояние между заземлителями б и отношение б/L уточняется по периметру подстанции, то вновь рассчитывается число заземлителей при новом значении коэффициента использования.

Заземлители соединяются посредством горизонтальных металлических полос, сопротивление которых R_n необходимо учитывать, если сопротивление R_У вертикальных заземлителей больше сопротивления R₃, принятого по нормам.

R_n = ln.

где К_иI — коэффициент использования протяженных заземлителей (зависит от отношения б/L и числа вертикальных электродов в ряду; составляет примерно 0,75−0,89; L_n, b_n — длина и ширина полосы, см; t_n — глубина заложения полосы. Если учитывается сопротивление соединительной полосы, то уменьшается необходимое количество заземляющих вертикальных электродов. После выбора расчетной величины сопротивления растеканию R₃ находят сопротивление искусственных заземлителей Rи, при этом учитывается сопротивление Re естественных заземлителей: Rк = R3Re (Re-R3)/ проводимость искусственного заземлителя складывается из проводимости искусственного заземлителей I / R_У, и стальной горизонтальной полосы I / R_n, с учетом коэффициента экранирования (см. табл. 21.1). Чтобы создать надежный контакт со слоями грунта, не подверженными промерзанию и высыханию, заземлители закладывают на глубину порядка 0,7 м (от поверхности земли до верхней части заземлителя).

По форме расположения заземлителей различают выносные (или сосредоточенные) и контурные заземления. При высоком заземлении все заземлители сосредотачиваются 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 большей величине территории заземлители закладываются так же 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. В установках с большими токами замыкания на землю заземлители и полосы связи следует располагать так, чтобы обеспечить по возможности равномерное распределение потенциала по площади, занятой электрооборудованием. Для этого вдоль осей оборудования на глубине 0,5 м прокладывают выравнивающие проводники, котрые через каждые 6 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) Сопротивление растеканию заземлителей в основном зависит от удельного сопротивления грунта р, которое, в свою очередь, зависит от состава почвы, ее влажности, температуры, плотности прилегания частиц, наличие растворимых солей и пр. С изменением времени года изменяется также и сопротивление растеканию заземлителей. Ниже приведены величины удельного сопротивления грунта p (Ом? м), полученные на основании опытных данных при влажности грунта 10−20%.

Песок 700.

Супесок 300.

Суглинок 100.

Глина 40.

Садовая земля 40.

Чернозем 20.

Торф 20.

Расчет защитного заземления

Защитное заземление применяется для защиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции.

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

Заземлителем называется — проводник или группа проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей.

Заземляющими проводниками называются токоведущие части, соединяющие заземляющие части электроустановок с заземлителем.

Расчет проводим в следующем порядке:

• * для стороны 110 кВ требуется сопротивление заземлителя r_з = 0,50 Ом.
• * для сороны 10 кВ сопротивление заземления находим по формуле:

R_з = (Ом),.

где U_расч — расчетное напряжение на заземляющем устройстве по отношению к земле, принимаем — 125 В. Так как заземляющее устройство используется также и для установок ПС напряжением до 1000 В.

I_расч — расчетный ток, через заземляющие устройства, а вычисляется по формуле:

I_расч = U,.

где l_к — общая длина электрически связанных между собой кабельных линий, км; l_в — общая длина электрически связанных между собой врздушных линий, 0,6 км;

I_расч = U =10 =1,45 А Отсюда сопротивление заземления.

R_з = = =86Ом.

* Сопротивление искусственного заземлителя рассчитывается с учетом использования системы тросы-опоры.

= - где R_e = 1,2 Ом — сопротивление растеканию естественного заземлителя.

Отсюда.

= - = - = 1,167, R_и = =0,857.

• * Рекомендуемое для предварительных расчетов удельное сопротивление грунта в месте сооружения заземлителя — суглинкасоставляет p=100 Ом? м. Повышающие коэффициенты учитывающие высыхания грунта леом и замерзания зимой для климатической зоны.
• * Для горизонтально протяженных электродов при глубине заложения 0,7 м, равна К=2,2;
• * Для вертикальных стержневых электродов длиной 2−3 м, и при глубине заложения их верхнего конца 0,5−0,8 м, равен 1,5

Находим расчетные удельные сопротивления.

* Для горизонтальных электродов.

p_{расч r} = К_r ?p = 2,2? 100 = 220 Ом? м.

* Для вертикальных электродов.

p_{расч в} = К_в? p =1,5? 100 = 150 Ом? м.

* Определение сопротивления растеканию одного вертикального электрода уголка 50 мм, длиной 3 м при погружении ниже уровня земли на 0,8 м по формуле.

R_{в о} =.

где: d — эквивалентный диаметр заземлителей из прутковой стали, d = 0,012 м.

t — глубина заземления стержня, равная расстоянию от поверхности земли до середины стержня.

t = l_o + = 0,8 + = 2,3 м тогда.

R_{в о} = = =52,5 Ом.

• * Определяем примерное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования ??_в = 0,6
• ?? = = = 102
• * Определяем сопротивление растеканию горизонтальных электродов (полюсы 40×4ммІ), приваренных к верхним концам уголков. Коэффициент использования соединительной полосы в контуре (К_и г зм) при числе уголков примерно 100 и отношении a/l = 2, то равен 0,24
• * Сопротивление растеканию полосы по периметру контура l = 200 м и по формуле равен

R_r = lg = = 0,93 Ом.

• * Уточненное число вертикальных электродов определяется при коэффициенте использования ??_в = 0,52.
• ?? = = = 108. Окончательно принимается 108 уголков
• * Проверяем на термическую устойчивость минимальное сечение полосы из условии термической устойчивости при к. з на землю при приведенном времени протекания тока к. з t_н = 0,2 с
• S = I_к.з = 3500 = 26,08 ммІ

Цель работы: Закрепление теоретических знаний по расчету защитных заземлений. заземление защитный электрический сопротивление Задание: Произвести расчет защитного заземления. Определить сопротивление заземления, количество вертикальных заземлителей, расстояние между электродами по периметру, сечение стрржня.

Исходные данные:

Ход работы:

1). Определить сопротивление одиночного вертикального заземлителя:

R_в =.

Где Р = Р_гр К_мв; l — длина стержня К_мв — повышающий коэффициент для вертикального стержня.

2). Определить сопротивление горизонтального заземлителя:

R_г = lg.

Где L — длина горизонтального стержня К_мг — повышающий коэффициент для горизонтального заземлителя.

3). Определить сопротивление искусственного заземлителя:

R_и =.

4). Определить количество вертикальных заземлителей:

N = ,.

где К_и — коэффициент использования.

5). Определить расстояние между электродами по периметру:

L =.

6). Определить сечение стержня:

F =.

Контрольные вопросы

• 1. Для чего нужно защитное заземление?
• 2. Чем опасно незаземленное оборудование?
• 3. Что означает термин замыкание на корпус?

• 1. Сибикин Ю. Д., Яшков В. А. «Электроснабжение предприятий и установок нефтяной промышленности». «Недра» 1997 г.
• 2. Липкин Б. Ю. «Электроснабжение промышленных предприятий и установок» Москва «Высшая школа» 1990 г.
• 3. Н. П. Постников, Г. М. Рубашов «Электроснабжение промышленных предприятий» Ленинград Стройиздат 1989
• 4. Боровиков В. А., Косарев В. К. «Электрические сети энергетических систем». Ленинград. Энергия, 1977 г.
• 5. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. Том I и II под редакцией А. А. Федорова. Энергоатомиздат 1987 г.