Методика проектирования. Проектирование защитного заземления электроустановок (ЭУ) или электрооборудования (ЭО) выполняется в три этапа

Проектирование защитного заземления электроустановок (ЭУ) или электрооборудования (ЭО) выполняется в три этапа. На первом (подготовительном) этапе собирают следующие сведения:

1) характеристика ЭУ - тип установки, виды основного ЭО, рабочие напряжения и т.п.;

- 65 -

2) компоновка (размещение) 30 на участке или в помещении с указанием основных размеров:

3) форма и размеры заземлителей и заземляющих проводников (можно взять из табл. 6.1 и 6.2), из которых предполагается изготовить поектируемое заземляющее устройство (ЗУ), а также предполагаемая глубина погружения их в землю;

4) данные измерения удельного сопротивления грунта r на участке, где предполагается сооружение ЗУ, и погодных (климатических) условий, при которых производились эти измерения, а также характеристика климатической зоны. Если известен грунт и глубина заложения ЭУ, то можно определить по табл. 6.3 и 6.4 значения rтабл (лучше брать среднюю величину) и Y;

5) данные об естественных заземлителях и их сопротивлени­ях Re, Ом. Оно может быть задано или же вычислено по формуле табл. 6.5;

6) расчетный ток замыкания на землю J3 для ЭУ U > 1 кВ, а для ЭУ U£1кВ величина предельно допустимого (нормативного) сопротивления ЗУ берут по табл. 6.6. Значение J3 определяют по формуле

(6.1)

где Uл - линейное напряжение сети, кВ; lкаб - общая длина подключенных к сети кабельных линий, км; lвоз - общая длина подключенных к сети ЛЭП. км.

При отсутствии величин lкаб и lвоз значения J3 принимают по § 1.7.58 ПУЭ [15]. По величине J3 и r (или rрасч) находят по табл. 6.7 или 6.8 значение для ЭУ U выше 1 кВ.

На втором этапе ведется конкретный электротехнический расчет по определению основных параметров ЗУ; существует два метода расчета [16]: метод коэффициентов использования и метод наведенных потенциалов. Их реализация может производиться по допустимому сопротивлению растекания тока заземлителя и по допустимым напряжениям прикосновения и шага. Электротехничес­кий расчет ЗУ производят в большинстве случаев по , величина которого приведена в табл. 6.6...6.8. При этом в основном при­меняется метод коэффициентов использования (когда земля счита­ется однородной) и реже - метод наведенных потенциалов (когда земля принимается двухслойной).

Порядок расчета по методу коэффициента использования по состоит в следующем (метод наведенных потенциалов по допусти­мому сопротивлению см. на с. 216...219 учебного пособия [16]).

- 66 -

Таблица 6.1. Наименьшие размеры заземляющих и нулевых защитных проводников (извлечение из ПУЭ [15])

Наименование	Медь	Алю-миний	Сталь
			в зданиях	в наружных установках	в земле
Неизолированные проводники сечение, мм*мм...........
диаметр, мм..........	-	-
Изолированные провода: сечение, мм...........	1.5	2.5	-	-	-
Заземляющие нулевые жи­лы кабелей и многожильных проводов в общей защитной оболочке с фазными жилами: сечение мм*мм			-	-	-
Угловая сталь: толщина полки, мм.... Полосовая сталь. сечение, мм-..........	- -	- -		2,5
толщина, мм..........	-	-
Водогазопроводные трубы (стальные): толщина стенки, мм... Тонкостенные трубы (стальные): толвина стенки, мм...	- -	- -	2,5 1,5	2,5 2,5	3,5 Не допускается

Таблица 6.2. Наименьшие размеры стальных искусственных заземлителей (извлечение из ПУЭ [15])

Заземлители Размер

Круглые (прутковые), диаметр, мм:

неоцинкованные........ 10

оцинкованные........... 6

Прямоугольные:

сечение, мм............ 48

толщина, мм............ 4

Угловая сталь:

толщина полок, мм...... 4

1. Определяют расчетное удельное сопротивление грунта по формуле

(6.2)

где rтабл - табличное (измеренное) удельное сопротивление грунта, Ом*м (см. табл. 6.3); Y - климатический коэффициент, принятый по табл. 6.4.

2. Определяют необходимость искусственного заземлителя и вычисляют его требуемое сопротивление Rи, Ом.

Если Rе £ , то нет необходимости в искусственном зазем-

- 67 -

Таблица 6.3. Табличные значения удельных сопротивлений грунтов и воды

Грунт	Значения rт абл,. Ом*м	Грунт, вода	Значения rтабл, Ом*м
Торф	10...30	Каменистый	500...800
Чернозем	9...53	Скалистый
Садовая земля	30...60	Вода:
		речная	10...100
Глина	8...70
		прудовая	40...50
Суглинок	40...150
		грунтовая	20...70
Супесь	150...400
		в ручьях	10...60
Песок	400...700

Таблица 6.4. Значения климатического коэффициента для грунтов

Грунт	Глубина заложения, м	Значения Y
Торф	0...2	1.1
Садовая земля	0...3	1.32
Гравий с примесью глины	0...2	1.2
Глина	0...2	1.36
Гравий с примесью песка	0...2	1.3
Песок	0...2	1.56
Известняк	0...2	1.51
Суглинок	0.8...3.8	1.5

лителе, а при Re = 0 . В других случаях величину Rи oпределяют по формуле

. (6.3)

Примечания. 1. Величину выбирают по табл. 6.6, 6.7 или 6.8 в зависимости от U ЭУ и r расчв месте сооружения этого ЗУ, а также режима нейтрали данной электросети. 2. Значение Rе, берут заданным или вычисляют по одной из формул табл. 6.5 в зависимости от типа естественного заземлителя. 3. Уточняют расчетные параметры искусственного ЗУ путем

- 68 -

- 69 -

Таблица 6.6. Предельно допустимое сопротивление ЗУ для ЭУ U до 1 кВ в сети с изолированной нейтралью (извлечение из ПУЭ [15])

Мощность генераторов, трансформаторов s,kb*А	Сопротивление ЗУ не более Ом	Удельное сопротив­ление грунта Ом*м
S>100 S£100
S>100 S£100
S>100 S£100

Таблица 6.7. Предельно допустимое сопротивление ЗУ для ЭУ U выше 1 кВ в сети с изолированной нейтралью (извлечение из ПУЭ [15])

Использование	ЗУ	Сопротивление ЗУ Ом	Удельное сопротив­ление грунта, Ом*м
Для ЭУ U до 1 кВ Для ЭУ U > 1 кВ	и выше
Для ЭУ U до 1 кВ Для ЭУ U > 1 кВ	и выше
Для ЭУ U до 1 кВ Для ЭУ U > 1 кВ	и выше

Таблица 6.8. Предельно допустимое сопротивление ЗУ для Эу U выше 1 кВ в сети с эффективно заземленной нейтралью (извлечение из ПУЭ [15])

Сопротивление ЗУ не более Ом Удельное сопротивление грунта

Ом*м

0.5 r£500

500<r£5000

5 r>5000.

- 70 -

ряда вычислений сопротивлений этого ЗУ принятой конструкции R до тех пор, пока R£Rи. Это производят в следующем порядке:

3.1. По предварительной схеме искусственного заземлителя, нанесенной на план объекта, определяют тип заземлителя (разомкнутый или замкнутый контур), длины горизонтальных l г и коли­чество nв вертикальных электродов. Величина lг можно определить по формулам:

для замкнутого контура (6.4)

для разомкнутого контура (6.5)

где ав - расстояние между вертикальными электродами nв, м.

3.2. Вычисляют расчетное значение сопротивления вертикального (одиночного стержневого) электрода Rв,Ом. по формуле (а или б) табл. 6.5.

3.3. Рассчитывают значение сопротивления горизонтального электрода (соединительной полосы) Рг,Ом, по формуле (в или г) табл. 6.5.

3.4. По данным табл. 6.9 находят коэффициенты использования для вертикальных и горизонтальных электродов - hв и hг.

3.5. Вычисляют расчетное сопротивление, Ом, группового зазем­лителя

(6.6)

3.6. Сравнивают вычисленное R с ранее определенным Rи: если R£Rи, то расчет проведен правильно и окончательно; при R>rи необходимо внести поправку в предварительную схему ис­кусственного заземлителя, т.е. увеличить количество вертикаль­ных электродов nв определить длину горизонтального электрода lг по формуле (6.4 или 6.5).

Затем расчет производят вновь по формулам, указанным в пунктах 3.3...3.6, до тех пор, пока не будет удовлетворено ус­ловие

(6.7)

Для наглядности вычислений по пункту 3 рассмотрим пример, в котором показан двухступенчатый (а может быть многоступенча­тым) ход расчета величины R до тех пор, пока R£Rи.

Пример. Рассчитать фактическое сопротивление искусствен­ного ЗУ R, если извесно:rрасч = 910 Ом*м; Rи= 14,86 Ом; контур ЗУ - разомкнутый; nв = 12 шt.; lв = 5 м; dв = 0,05 м; dг = 0.021 м; lг = 55 м; aв/lв = 1; Н0 = 0.7 м.

Решение. Вычисляем фактическое сопротивление искусствен­ного заземлителя, представляющего собой разомкнутый контур,

- 71 -

Таблица 6.9. Коэффициент использования вертикальных и горизонтальных электродов (заземлителей)

Число вертикальных электродов nв, шт.	Отношение расстояний между электродами авк их длине lв
	1
	hв	hг	hв	hг	hв	hг

Электроды размещены в ряд	(разомкнутый контур)
	0.85	0.85		.91			0.			.96
	0.73	0.77		.83			0.			.92
	0.65	0.72		.77			0.			.88
	0.59	0.62		.74			0.			.82
	0.48	0.42		.67			0.			.68
Электроды расположены по контуру	(замкнутый контур)
	0.69	0.45		.78			0.			.70
	0.61	0.40		.73			0.			.64
	0.56	0.34		.68			0.			.56
	0.47	0.27		.63			0.			.45
	0.41	0.22		.58			0.			.39
	0.39	0.20		.55			0.			.36
	0.36	0.19		.52			0.			.33

так как согласно формуле (6.5) lг=(12-1)*5=55 м, т.е. 12 вертикальных электродов, соединенных прутком:

1) сопротивление одиночного вертикального электрода определяем по формуле (б) табл. 6.5.

при H=0,7+0,5*5=3,2 м.

- 72 -

2) сопротивление горизонтального электрода (прутка) опре­деляем по формуле (г) табл. 6.5

при Н = 0.7 м;

3) по данным табл. 6.9 находим коэффициенты hв = 0,56 и hг = 0.57 (интерполируем данные строк для 10 и 20 электродов) и вычисляем по формуле (6.6) расчетное сопротивление группово­го заземлителя

4) сравнивая фактическое сопротивление искусственного за­землителя с требуемым, видим, что 17,14 Ом > 14,86 Ом, т.е. неравенство (6.7) не выполняется, следовательно, расчет произ­веден неправильно. Необходимо увеличить число вертикальных электродов и определить длину горизонтального электрода по формуле (6.5). Принимаем nв = 20 электродов, тогда lг = (20-1)5=95 м. При повторном расчете получаем

5) по табл. 6.9 находим hв= 0,48 и hг = 0,42, тогда

Полученное значение R удовлетворяет неравенству (6.7), т.е. 12.71 Ом < 14,86 Ом. Следовательно, расчет произведен правиль­но и окончательно.

4. Определяют общее сопротивление комбинированного ЗУ rk, Ом, по формуле

(6.8)

На третьем этапе проектирования осуществляется конструктивная разработка рассчитанного ЗУ для конкретной ЗУ. Она вы­полняется в строгом соответствии с материалами и указаниями подраздела 6.4.