Методика й алгоритм розрахунку

Захисного заземлення

Мета розрахунку — визначення основних конструктивних параметрів заземлення (числа, розмірів, порядку розміщення вертикальних стрижнів і довжини з'єднувальної штаби, що поєднує їх у груповий заземлювач), при яких опір розтіканню струму групового заземлювача (R_гр) не перевищить нормативне значення (R_зн).

Розрахунок виконується методом коефіцієнтів використання у такій послідовності.

1.2.1. Уточнити вихідні дані. Для розрахунку захисного заземлення необхідні такі відомості:

— характеристика електроустановки (тип установки, робоча напруга, способи заземлення нейтралей, розміщення устаткування і т.п.);

— форма і розміри стрижнів, із яких мають виготовити проектований заземлювач, передбачувана глибина закладення їх у землі.

1.2.2. Визначити розрахунковий струм замикання на землю і відповідне до нього нормативне значення опору зазємлювального пристрою.

Розрахунковий струм замикання — це найбільший можливий у даній електроустановці струм замикання на землю. Для електроустановок напругою до 1000 В струм однополюсного замикання на землю не перевищує 10 А, оскільки навіть при найгіршому стані ізоляції і значній ємності опір фази щодо землі не буває менше 100 Ом. Нормований опір зазємлювального пристрою практично не залежить від цього струму і згідно з ПУЭ [7] і ГОСТом 12.1.030-81 [1] мае не перевищувати значення, наведені у таблиці 1.1.

Таблиця 1.1.

В електроустановках напругою понад 1000 В з ізольованою нейтраллю розрахункове значення струму замикання на землю може бути визначене за такою напівемпіричною формулою:

, (1.1)

де U_Л — лінійна напруга мережі (на високій стороні трансформаторної підстанції), кВ;

L_К, L_П - довжина електричних зв'язаних між собою кабельних і повітряних ліній, км.

Нормативні значення опору заземлювального пристрою (ЗП) вибираються за табл. 1.1. відповідно до отриманого розрахункового струму замикання на землю.

При з'єднанні ЗП електроустановок різних напруг призначень береться менше за встановлені правилами значення опору.

1.2.3. Визначити потрібний опір штучного заземлювача. При використанні природних заземлювачів R_Ш визначається за формулою:

(1.2)

де -опір розтіканню струму природних заземлювачів, Ом;

- необхідний опір штучного заземлювача. Ом;

- розрахунковий нормований опір ЗП, Ом (див. табл. 1.1.).

При відсутності природних заземлювачів потрібний опір штучного заземлювача має дорівнювати розрахованому нормованому опору ЗП;

(1.3)

1.2.4. Визначити розрахунковий питомий опір землі за формулою:

, Ом ּ м , Ом ּ м ( 1.4)

де - питомий опір землі, отриманий у результаті вимірів, Ом·м; , - розрахункові питомі опори землі, Ом·м;

, - коефіцієнти сезонності, що враховують промерзання чи висихання грунту (вибирається за дод. 1, табл. Д.1.6).

1.2.5. Обчислити опір розтіканню струму одиночного вертикального заземлювача Ом. Розрахункова формула вибирається за табл. 1.17 [6J залежно від типу, геометричних розмірів і умов залягання* У випадку стрижневого круглого перерізу (трубчастого) заземлювача, заглибленого в землю (рис. 5.2), розрахункова формула має вигляд:

Ом (1.5.)

де - розрахунковий питомий опір ґрунту, визначений за формулою (1.4), Ом·м;

- довжина вертикального стрижня, м;

d — діаметр перерізу, м;

t — відстань від поверхні ґрунту до середини довжини вертикального стрижня, м.

Рис. 1.2. Схема залягання стрижневого трубчастого заземлювача

1.2.6. Розрахувати наближену (мінімальну) кількістьвертикальних стрижнів:

(1.6)

де - опір розтікання струму одиночного вертикального заземлювача, Ом;

- необхідний опір штучного заземлювача, Ом;

Отриману кількість стрижнів округляють до довідкового значення (5).

1.2.7. Визначити конфігурацію групового заземлювача — ряд або контур — з урахуванням можливості його розміщення на відведеній території і відповідну довжину горизонтальної штаби, якщо вертикальні електроди розміщені:

за контуром м (1.7)

у ряд м, (1.8)

де а - відстань між вертикальними стрижнями, м, що розраховується за формулою:

(1.9)

де k - коефіцієнт кратності, який дорівнює 1, 2, 3;

- довжина вертикального стрижня;

— кількість вертикальних стрижнів.

1.2.8. Обчислити опір розтіканню струму горизонтального стрижня , Ом. Розрахункові формули наведено в табл. 1.17 [6]. У випадку горизонтального смугового заземлювача (рис. 1.3) розрахунок здійснюється за формулою:

Ом

де - розрахунковий питомий опір ґрунту, Ом-м;

- довжина горизонтальної штаби, м;

- ширина штаби, м;

t - відстань від поверхні ґрунту до середини ширини горизонтальної штаби.

Рис. 5.3. Схема закладання горизонтального штабового заземлювача

1.2.9. Визначити коефіцієнти використання вертикальних стрижнів () і горизонтальної штаби (), що враховують їх взаємне екранування з урахуванням кількості вертикальних стрижнів (n) і відношення відстані між стрижнями () до їх довжини { ) (табл. Д1.2, Д1.3).

1.2.10. Розрахувати еквівалентнийопір розтіканню струму групового заземлювача:

Ом (1.11)

де , — відповідно опір вертикального стрижня і горизонтальної штаби, Ом;

, - коефіцієнти використання вертикальних стрижнів і горизонтальної штаби, Ом;

— кількість вертикальних стрижнів.

1.2.11.Отриманий опір розтіканню струму групового заземлювача має не перевищувати потрібний опір, визначений у пункті 1.2.3:

(1.12)

Якщо отриманий опір групового заземлювача задовольняє умові (1.12), розрахунок вважається виконаним. Якщо більший або значно менший за потрібний (> 20%), слід внести поправки в попередню схему ЗП — змінити кількість і розміщення вертикальних стрижнів, а інколи їх розміри, площу, яку займає заземлювач, тощо і знову обчислити опір.

Таким чином, захисне заземлення розраховують методом послідовних наближень.

1.2.12. Розраховані параметри ЗП навести в табл. 5.2.

Таблиця 1.2

Розраховані параметри заземлюючого пристрою

Розрахунковий питомий опір землі для вертикального стрижня, Ом·м
Розрахунковий питомий опір землі для горизонтальної штаби, Ом·м
Коефіцієнт сезонності, що враховує проме- рзання чи висихання грунту для вертикального стрижня
Коефіцієнт сезонності, що враховує проме- рзання чи висихання грунту для горизонтальної штаби
Кількість вертикальних стрижнів, шт
Довжина вертикального стрижня, м
Коефіцієнт використання вертикальних стрижнів
Коефіцієнт використання горизонтальної штаби
Опір вертикального стрижня, Ом
Опір горизонтальної штаби, Ом
Еквівалентний опір розтікання струму групового заземлювача, Ом	R_гр
Потрібний опір штучного заземлювача, Ом