Расчетная часть

Типовые конструкции комбинированных заземлителей и их стандартные размеры приведены в таблице 1.

Для установки вертикальных заземлителей предварительно роют траншеи глубиной 0,7 – 0,8 м, после чего уголки или трубы заглубляют специальными механизмами – копрами, гидропрессами. Стальные стержни диаметром 10-12 мм, длиной 4 – 4,5 м ввертывают в землю с помощью специальных приспособлений, а более заглубленной вибраторами.

Таблица 1.Конструктивные особенности заземлителей

Тип	Материал
	Уголок 40´40´4 мм, полоса 4´40 мм: С = 3 м; l = 2,5 м С = 3 м; l = 3 м С = 6 м; l = 2,5 м С = 6 м; l = 3 м Круглая сталь d = 10¸20 мм, полоса 4´40 мм: С = 3 м; l = 2,5 м С = 3 м; l = 3 м С = 5 м; l = 2,5 м С = 5 м; l = 3 м С = 3 м; l = 5 м С = 5 м; l = 5 м

Продолжение таблицы 1

Тип	Материал
	Уголок 40´40´4 мм, полоса 4´40 мм: С = 3 м; l = 2,5 м С = 6 м; l = 2,5 м С = 7 м; l = 3 м Круглая сталь d = 10¸20 мм, полоса 4´40 мм: С = 2,5 м; l = 2,5 м С = 2,5 м; l = 3 м С = 5 м; l = 2,5 м С = 5 м; l = 3 м С = 6 м; l = 5 м
	Уголок 40´40´4 мм, полоса 4´40 мм: С = 5 м; l = 2 м С = 5 м; l = 3 м С = 7,5 м; l = 2 м С = 7,5 м; l = 3 м Круглая сталь d = 10¸20 мм, полоса 4´40 мм: С = 5 м; l = 2 м С = 5 м; l = 3 м С = 7,5 м; l = 2 м С = 7,5 м; l = 3 м С = 5 м; l = 5 м С = 7,5 м; l = 5 м
	Уголок 40´40´4 мм, полоса 4´40 мм: С = 6 м; l = 3 м

Расчет заземлителей электроустановок напряжением до 1 кВ, а также свыше 1 до 35 кВ включительно выполняют обычно методом коэффициентов использования по допустимому сопротивлению заземлителя растеканию тока. При этом допускают, что заземлитель размещен в однородной земле. Для электроустановок сети с эффективно заземленной нейтралью напряжением 110кВ и свыше заземлитель рассчитывают способом наведенных потенциалов как по допустимому напряжению прикосновения. При этом необходимо учитывать многослойное строение земли, представляя её в расчете в виде двухслойной модели.

Цель расчета защитного заземления – определение количества электродов заземлителя и заземляющих проводников, их размеров и схемы размещения в земле, при которых сопротивление заземляющего устройства растеканию тока или напряжение прикосновения при замыкании фазы на заземленные части электроустановок не превышают допустимых значений.

Для расчета используются следующие исходные данные:

- характеристика установки (тип, вид оборудования, рабочие напряжения, суммарная мощность генераторов или трансформаторов, питающих данную сеть, режим нейтрали сети. Способы её заземления и т.п.);

- удельное электрическое сопротивление земли на участке размещения заземлителя, полученное непосредственным измерением по методике, приведенной ниже, и характеристика погодных условий во время измерений. При невозможности проведения измерений необходимо знать тип земли и степень её неоднородности в зависимости от глубины. Следует определить признаки климатической зоны, в пределах которой сооружается заземлитель;

- вид форма, размеры, материал электродов и заземляющих проводников, предназначенных для сооружения искусственного заземляющего устройства.

Для заземления стационарных электроустановок наибольшее распространение получили групповые искусственные заземлители, размещенные в земле на определенной глубине. Они представляют собой систему вертикальных электродов, параллельно соединенных между собой горизонтальным проводником связи. Вертикальные электроды располагают в ряд или по контуру. Расстояние а между соседними вертикальными электродами (если позволяют размеры отведенной под заземлитель площадки) рекомендуется брать не менее 2,5 м. Для заземлителей, расположенных в ряд, отношение а к длине t вертикального электрода предпочтительно выбирать равным 2 – 3, а при расположении электродов по контуру – равным 3.

1 Согласно ПУЭ определяется наибольшее допустимое значение сопротивления R_доп, Ом, заземляющего устройства. Оно выбирается в зависимости от напряжения и мощности электроустановки.

Для электроустановок напряжением до 1 кВ R_доп = 10 Ом при помощи генераторов и трансформаторов 100 кВ×А и менее; R_доп = 4 Ом во всех остальных случаях.

2 Определяется значение расчетного удельного сопротивления грунта для вертикальных и горизонтальных заземлителей

, (1)

где r_г – удельное сопротивление грунта, принимаемое в зависимости от грунта по таблице 2;

К – климатический коэффициент (коэффициент сезонности), учитывающий влияние климатической зоны и влажности грунта на его сопротивление.

Умножением r на климатический коэффициент сопротивление грунта приводится к наихудшим условиям, когда грунт имеет наименьшую влажность. Климатический коэффициент определяется по таблице 2 в зависимости от вида заземлителя (вертикальный и горизонтальный) и климатической зоны.

3 Определяется сопротивление R_в, Ом, одиночного вертикального электрода по расчетным зависимостям, приведенным в таблице 4.

4 Ориентировочное количество в вертикальных электродов можно определить с некоторым избытком. Находим предварительно произведение коэффициента использования вертикальных электродов h_в на их количество по формуле

. (2)

Затем по таблице 5 определяется количество вертикальных электродов n.

Не указанные в таблице значения n находят методом интерполяции. Полученные значения округляются в меньшую сторону до целых чисел.

Коэффициент использования заземлителя h_в учитывает явления наложения электрических полей расположенных рядом одиночных заземлителей, вследствие которого плотность тока вблизи каждого электрода увеличивается и это приводит к увеличению их сопротивления.

Значение коэффициента h_в определяется по таблице 5 в зависимости от расположения заземлителей (в ряд или по контуру), их количества n и отношения расстояния а между соседними вертикальными электродами к их длине l.

5 С учетом схемы размещения заземлителя в грунте находим длину L, м, горизонтального проводника связи по формулам

- при расположении электродов в ряд

; (3)

- при расположении электродов по контуру

. (4)

Рассчитываем сопротивление горизонтального проводника связи R_г, Ом по формулам из таблицы 4.

Значения r в формулы таблицы 4 должны подставляться с учетом соответствующих коэффициентов сезонности, которые приведены в таблице 2.

6 Определяем результирующие сопротивления, Ом, искусственного группового заземлителя

, (5)

где h_г и h_в – коэффициенты использования горизонтального и вертикального электродов, значения которых указаны в таблицах 5 и 6.

Полученное значение сопротивления R_и не должно превышать R_доп.

В то же время сопротивление R_и не должно быть значительно меньше предельно допустимого во избежание неоправданно больших экономических затрат на сооружение заземляющего устройства.

7 Если результаты расчета не удовлетворяют установленным ограничениям, то изменяют количество вертикальных электродов n и расчет повторяют заново. Таким образом, методом последовательного приближения добиваются указанных выше требований к сопротивлению заземляющего устройства.

Расчет заземления произвести для электроустановки, подключенной к сети напряжением до 1000 В с источником питания мощностью более 100 кВА.

Таблица 2.Коэффициенты сезонности К для однородной земли

Климатическая зона	Влажность земли во время измерения её сопротивления	Климатическая зона	Влажность земли во время измерения её сопротивления
повышен- ная	нормаль- ная	малая	повышен- ная	нормаль- ная	малая
Вертикальный электрод длиной 3 м	Горизонтальный электрод длиной 10 м
I	1,9	1,7	1,5	I	9,3	5,5	4,1
II	1,7	1,5	1,3	II	5,9	3,5	2,6
III	1,5	1,3	1,2	III	4,2	2,5	2,0
IV	1,3	1,1	1,0	IV	2,5	1,5	1,1
Вертикальный электрод длиной 5 м	Горизонтальный электрод длиной 50 м
I	1,5	1,4	1,3	I	7,2	4,5	3,6
II	1,4	1,3	1,2	II	4,8	3,0	2,4
III	1,3	1,2	1,1	III	3,2	2,0	1,6
IV	1,2	1,1	1,0	IV	2,2	1,4	1,12

Таблица 3. Ориентировочные значения удельных электрических сопротивлений различных видов земель и воды

Вид земли и воды	r, Ом×м
Кокс, коксовая мелочь	2 – 5
Торф	10 – 30
Садовая земля	20 – 60
Чернозем	10 – 50
Гранит	1000 – 1200
Каменный уголь	100 – 150
Известняк пористый	150 – 200
Глины пластинчатые	3 – 80
Глины полутвердые	40 – 80
Сланцы графитовые	10 – 100
Аргилиты	10 – 60
Мел	20 – 100
Алевриты	100 – 300
Суглинок пластинчатый (лажный)	5 – 40
Суглинок полутвердый (слабовлажный)	50 – 150
Суглинок лесовидный (водонасыщенный)	50 – 150
Пахотная земля, смешанный грунт	20 – 180
Почва	10 – 300
Супесь водонасыщенная (текучая)	20 – 60
Супесь влажная (пластинчатая)	100 – 200
Супесь слабовлажная (твердая)	200 – 400
Мергели глинистые	10 – 100
Мергели	100 – 250
Мергели известковые	250 – 400
Лесс	200 – 300
Песок при глубине залегания вод менее 5 м	300 – 700
Песок при глубине залегания вод 6 – 10 м	500 – 1500
Известняк плотный	1000 – 2000
Скальные породы	1000 – 3000
Гравий, щебень	4000 – 7000
Вода:
морская	0,2 – 1
речная	10 – 100
прудовая	40 – 50
грунтовая	20 – 70

Таблица 4.Формулы для расчета сопротивления одиночных заземлителей, размещенных в однородном грунте

Тип заземлителя	Схема	Формула	Условия применения
Стержневой круглого сечения (трубчатый) или уголковый у поверхности земли			l >>d; для уголка с шириной полки b d = 0,95 b
То же в земле			l >>d; t 0 ³ 0,5 м; для уголка с шириной полки b d = 0,95 b
Протяженный на поверхности земли (стержень, труба, полоса, кабель и т.п.)			L >>D; для полосы шириной b d = 0,5 b
То же в земле			L >>D; L >> 4t; для полосы шириной b d = 0,5 b
Кольцевой на поверхности земли			D >>d; для полосы шириной b d = 0,5 b
То же в земле			D >>d; D >>2t; для полосы шириной b d = 0,5 b
Круглая пластина на поверхности земли			-

Продолжение таблицы 4

Тип заземлителя	Схема	Формула	Условия применения
Пластинчатый в земле (пластина поставлена на ребро)			2t0 ³ a

Таблица 5. Коэффициенты использования h_в вертикальных электродов без учета влияния полосы связи и их количество n

а/l	При размещении в ряд	При размещении по контуру
hв n	n	hв	hв n	n	hв
	1,70		0,85	2,76		0,69
2,34		0,78	3,66		0,61
2,92		0,73	5,50		0,55
3,50		0,7	9,40		0,47
3,90		0,65	16,40		0,41
	5,90		0,59	23,40		0,39
8,10		0,54	36,00		0,36
9,60		0,48	-	-	-
	1,82		0,91	3,12		0,78
2,61		0,87	4,38		0,73
3,32		0,83	6,80		0,68
4,05		0,81	12,60		0,63
4,62		0,77	23,20		0,58
7,40		0,74	33,00		0,55
10,50		0,70	52,00		0,52
13,40		0,67	-	-	-
	1,88		0,94	3,4		0,85
2,73		0,91	4,8		0,80
3,56		0,89	7,6		0,76
4,35		0,87	14,2		0,71
5,10		0,85	26,4		0,66
8,10		0,81	38,4		0,64
11,70		0,78	62,0		0,62
15,20		0,76	-	-	-

Таблица 6.Коэффициенты использования h_г горизонтального электрода, соединяющего вертикальные электроды

а/l	Число вертикальных электродов
При расположении электродов в ряд
	0,85	0,77	0,72	0,67	0,62	0,42	0,31	-	0,21	-	-	-
	0,94	0,89	0,84	0,79	0,75	0,56	0,46	-	0,36	-	-	-
	0,96	0,92	0,88	0,85	0,82	0,68	0,58	-	0,49	-	-	-
При расположении по контуру
	-	0,45	0,40	0,36	0,34	0,27	0,24	0,22	0,21	0,20	0,20	0,19
	-	0,55	0,48	0,43	0,40	0,32	0,30	0,29	0,28	0,27	0,26	0,23
	-	0,70	0,64	0,60	0,56	0,45	0,41	0,39	0,37	0,36	0,35	0,33

3.Экспериментальная часть.

1. Усвоить назначение, принцип действия, область приме­нения защитного заземления. Разобраться с устройством ес­тественных и искусственных заземлителей, заземляющих проводников.

2. Изучить компенсационный метод измерения сопротив­ления растеканию тока заземлителей. Ознакомиться с прин­ципиальной схемой и правилам пользования прибором М-416.

3. Собрать последовательно схемы для измерений сопро­тивлений R_x, R_z и R_в, выполнить измерение этих величин прибором М-416, полученные результаты занести в отчет по лабораторной работе.

Rx, Ом..............................................................

Rz, Ом............................................................

Rв. Ом.............................................................

4. По исходным данным, которые задаются преподавате­лем, выполнить расчет защитного заземления методом коэф­фициентов использования.

Лабораторная работа “ Исследование электрического сопротивления тела человека”

Цель работы – закрепление лекционного материала путем изучения параметров, определяющих опасность прикосновения к элементам электрической цепи.