Расчет защитного заземления

 

Общая мощность оборудования - 50 Вт, напряжение питания 220В. Для контура заземления предполагается использовать трубы стальные диаметром 50мм, длиной 3м, заглубленные на 1м. Полоса связи заземлителей – стальная, ширина полосы 40мм. Почва – двухслойная (верхний слой – суглинок, нижний - песок). Высота верхнего слоя составляет 2м. Предполагается оборудовать защитным заземлением рабочее место с характеристиками, описанными выше и располагающееся в здании, имеющим геометрические размеры представленные на рис. 6.1.

План здания

 

где a=15м, b=10м, с=1м.

Рис. 6.1

 

Минимальное расстояние установки заземлителей с=1м, обусловлено особенностями конструкции здания и фундамента, в частности. Ставится задача рассчитать количество труб, составляющих контур заземления.

Согласно указаниям СНиП 24-05-95 «Правила устройства электроустановок» /22/, сопротивление защитного заземления в любое время года для электроустановок до 1000В не должна превышать 4 Ом. R _н = 4 Ом.

Определяем расчетное значение удельного сопротивления грунта в месте установки устройств заземления. Удельное сопротивление грунта верхнего слоя (суглинка) составляет ρ₁=1·10² Ом · м, а нижнего слоя (песка) ρ₂=7·10² Ом · м.

Выбираем схему размещения заземлителей представленную на рис. 6.2.

 

Схема размещения заземлителей

Рис. 6.2

 

Число заземлителей n=16, расстояние между ними выбираем таким образом, чтобы выполнялось условие размещения заземлителей в установке, представленное в постановке задачи.

 

Используя рис.6.3 проведем ряд несложных вычислений:

 

Общий контур заземления

Рис. 6.3

 

Итак, a₁= a +2c, b₁= b +2c.

Таким образом, длина общего контура заземления при выбранной нами схеме размещения должна быть не менее значения, представленного следующим выражением:

L=2*(a+b+4c)=96м. (6.1)

Исходя из этого, делаем вывод о значении величины расстояния между одиночными заземлителями в контуре. Это значение aЇ должно быть равно или больше величины L/n=6м.

Находим коэффициент η_B использования вертикальных заземлителей. Отношение расстояния между трубами aЇ к длине труб составляет 4/3=1.3, число труб в контуре n=16. Тогда коэффициент η_B≈0.66.

Найдем коэффициент η_r использования горизонтальных заземлителей. Имеем, η_r=0.36.

Определяем расчетное сопротивление одиночного вертикального заземлителя R_B выбранного профиля. Для этого используем формулу для случая типа заземлителя – трубчатый в двухслойном грунте.

 

, (6.2)

 

где ρ₁ - удельное сопротивления грунта верхнего слоя (Ом · м);

ρ₂ - удельное сопротивления грунта нижнего слоя (Ом · м);

l - длина трубы (м);

h - высота верхнего слоя почвы (м);

r₀  - радиус сечения трубы (м).

 

(6.3)

Определяем сопротивление соединительных полос R_r без учета коэффициента использования. Тип заземлителя – горизонтальный, протяженный в однородном грунте (металлическая полоса). Полоса связи находиться в верхнем слое грунта, поскольку глубина заземления t=1м совместно с высотой полосы, которая в свою очередь < b, будет равна величине, меньшей высоты верхнего уровня грунта. Таким образом, в формуле расчета R_r в качестве ρ будем брать ρ₁.

Итак,

, (6.4)

где ρ₁ - удельное сопротивления грунта верхнего слоя (Ом · м);

l₁ = aЇ*(n-1) (м);

h - высота верхнего слоя почвы (м);

b - ширина полосы связи (м);

t - глубина заложения заземлителя (м).

Данная формула применима для вычисления сопротивление соединительной полосы при выполнении следующих условий:

l₁ >> d, l₁ >> 4t, где d=0.5b.

Проверим истинность условий:

d=0.5*0.04=0.02,

l₁ =6*15=90.

Очевидно, условия выполняются. Поэтому, мы вправе произвести вычисление величины R_r.

 (6.5)

Определяем сопротивление полученного контура

 (6.6)

Так как сопротивление расчитанного контура незначительно меньше установленной величины (< 4Ом), то условиям безопасности будет удовлетворять контур из 16 труб и соединительной полосы L=96м.