2015-09-06
2362
Как известно земля не является во всем своем объеме однородной, а имеет слоистое строение, хотя в большинстве случаев явно выраженных границ между слоями нет. Слои земли расположены практически горизонтально и представляют собой грунты различного рода, с разным минеральным составом, разной структурой, пористостью, плотностью и температурой, а также с различным содержанием влаги, солей и пр. Поэтому удельные сопротивления различных слоев земли могут значительно различаться. Обычно верхние слои земли имеют большее удельное сопротивление, чем нижележащие. В редких случаях бывает наоборот, например, когда под поверхностью земли находятся горные породы, обладающие, как правило, весьма большим сопротивлением. Такое же положение наблюдается в теплое время года в районах вечной мерзлоты, когда глубинные слои земли, более холодные, чем верхние, имеют более высокое сопротивление.
Кроме того, значение ρ верхних слоев земли колеблется в течение года, причем в значительных пределах, в связи с изменением погодных условий, влекущих за собой изменение температуры грунта, содержания в нем влаги, солей и т.п. Эти изменения принято называть сезонными, а толщину слоя земли, подверженного сезонным изменениям, – слоем сезонных изменений и обозначать hс. Для оценки влияния климата местности на сопротивление земли территория нашей страны условно разделена на четыре климатические зоны от I до IV, в которых hс имеет следующие значения:
|
|
|
Климатическая зона I II III IV
Толщина слоя сезонных
изменений hс, м 2,2 2,0 1,8 1,6.
Слои земли, лежащие ниже слоя сезонных изменений, как менее подверженные воздействию погодных условий имеют обычно незначительные сезонные колебания удельного сопротивления, и поэтому считается, что удельные сопротивления этих слоев в течение года неизменны.
Учет неоднородности земли, т. е. наличия в ней горизонтальных слоев с разными удельными сопротивлениями, значительно повышает точность расчета заземлителей и, следовательно, удешевляет их сооружение. С другой стороны, учет слоистости земли весьма усложняет сам расчет, а также экспериментальное определение удельного сопротивления слоев грунта.
В последние годы все шире начинает внедряться в практику метод расчета заземлителей, при котором условно принимается, что земля имеет два слоя – верхний и нижний, обладающие каждый своим удельным сопротивлением ρ1 и ρ2 (рис. 7). При этом толщина верхнего слоя h1 может быть равной или больше толщины слоя сезонных изменений hс. Следовательно, верхний слой (весь или частично) подвержен непосредственному воздействию погодных условий и его удельное сопротивление ρ1 имеет значительные сезонные колебания, которые подлежат учету при расчетах заземлителей.
|
|
|
Рис. 7. Двухслойная модель земли:
ρ1 и ρ2 – удельные сопротивления верхнего и нижнего слоев земли; h1 – толщина верхнего слоя; hс – толщина слоя сезонных изменений
Сопротивление заземлителя растеканию тока в многослойной земле зависит от его геометрических размеров, конструкции, размещения в земле относительно ее поверхности и слоев и так называемого эквивалентного сопротивления земли ρэ.
Эквивалентным удельным сопротивлением многослойной земли называется такое удельное сопротивление однородной земли, при котором сопротивление растеканию данного электрода имеет то же значение, что и в реальном многослойном грунте.
Эквивалентное удельное сопротивление многослойной земли ρэ, в том числе и двухслойной, в отличие от ρ однородной земли зависит от ряда факторов: от значений ρ отдельных слоев, формы, размеров и размещения в земле заземлителей. Оно определяется по формулам или таблицам, составленным для отдельных типов заземлителей при известных значениях удельных сопротивлений всех слоев земли, конфигурации, размерах и размещении в земле заземлителя.
Сопротивление растеканию группового заземлителя в двухслойной земле R зависит от его конфигурации, параметров и эквивалентного удельного сопротивления земли ρэ. Значение R вычисляется по тем же формулам, по которым вычисляется сопротивление растеканию аналогичных заземлителей в однородной земле при условии замены удельного сопротивления однородной земли на rэ.
Для вычисления сопротивления растеканию сложного группового заземлителя в двухслойной земле, выполненного в виде горизонтальной сетки (или контура) с вертикальными электродами (рис. 8а), может быть использована формула (*).
При отсутствии вертикальных электродов в указанной конструкции заземлителя применима формула (**).
Рис. 8. Сложные групповые заземлители в двухслойной земле,
выполненные в виде горизонтальной сетки
с вертикальными электродами:
а – сетка неправильной формы, вертикальные электроды размещены неравномерно; б – сетка квадратная с квадратными ячейками одинакового размера и равномерно размещенными вертикальными электродами по контуру заземлителя.
Эквивалентное удельное сопротивление двухслойной земли, Ом, для сложного группового заземлителя в виде горизонтальной квадратной сетки с квадратными ячейками одинакового размера и равномерно размещенными вертикальными электродами по контуру (периметру) заземлителя (рис. 8б) вычисляется по формуле:
где ρ1 и ρ2 – удельные сопротивления верхнего и нижнего слоев земли соответственно, Ом м; k – показатель степени;
при 
при 
где h1 – толщина верхнего слоя земли, м; lВ – длина вертикального электрода, м; а – расстояние между вертикальными электродами, м; lотн – относительная длина верхней части вертикаль электрода, т. е. части, находящейся в верхнем слое земли, м:
где tВ – глубина погружения в землю верхнего конца вертикального электрода, м.
Для того же заземлителя значение ρэ может быть определено также с помощью табл. 1.
Таблица 1
Относительное эквивалентное расчетное
удельное сопротивление для горизонтальных сеток
с вертикальными электродами ρ1/ρ2
| ρ1/ρ2 | а/lВ | ρэ/ρ2 при относительной длине верхней части заземлителя lотн | ||||||
| 0,025 | 0,05 | 0,1 | 0,2 | 0,4 | 0,8 | 0,95 | ||
| 0,125 0,25 0,5 1,0 | 0,5 – 2 0,5 – 4 0,5 – 4 1 – 4 | 0,95 0,97 0,99 | 0,9 0,93 0,96 | 0,8 0,85 0,92 | 0,7 0,78 0,88 | 0,62 0,71 0,83 | 0,54 0,65 0,79 | 0,52 0,64 0,77 |
| 2,0 | 1,02 1,03 1,05 | 1,03 1,07 1,17 | 1,05 1,1 1,13 | 1,1 1,13 1,15 | 1,13 1,15 1,2 | 1,3 1,32 1,38 | 1,4 1,5 1,6 | |
| 5,0 | 1,05 1,22 1,33 | 1,1 1,26 1,41 | 1,15 1,35 1,5 | 1,22 1,43 1,65 | 1,35 1,54 1,83 | 1,86 2,12 2,6 | 2,4 2,7 3,5 | |
| 1,1 1,3 1,52 | 1,2 1,4 1,7 | 1,28 1,5 1,88 | 1,38 1,6 2,08 | 1,62 1,8 2,33 | 2,5 2,75 3,52 | 3,7 5,5 6,0 |
ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ
|
|
|
В соответствии со своим вариантом выполнить расчет защитного заземляющего устройства для производственного здания, в котором установлено электрооборудование напряжением до 1000 В.
Задания для выполнения расчета защитного заземления приведены в табл. 2. Номер задания соответствует номеру студента в журнале преподавателя.
Таблица 2
Варианты заданий для выполнения расчета защитного заземления
| № варианта | Установленная мощность питающего трансформатора | Размеры объекта, м | Грунт | Климатический коэффициент | Сопротивление естественных заземлителей, Ом | Искусственные заземлители | Сечение соединительной полосы, мм | |
| Тип | Удельное сопротивление, Ом*м | |||||||
| Больше 100 кВА | 20х20 | песок | 4*102 | 2,4 | Трубчатый, D=0,2 м, L= 2м, Глубина 0,8м | 40х4 | ||
| Больше 100 кВА | 30х10 | супесок | 2*102 | Стержневой.D=0,15м L=3м, Глубина 0,8м | 50х4 | |||
| Больше 100 кВА | 20х8 | суглинок | 1*102 | нет | Трубчатый, D=0,2м, L= 1,5м, Глубина 0,6м | 60х4 | ||
| Больше 100 кВА | 40х40 | глина | 2*102 | 2,4 | Стержневой, D=0,1м, L=2м. Глубина 0,6м | 40х5 | ||
| Продолжение табл. 2 | ||||||||
| № варианта | Установленная мощность питающего трансформатора | Размеры объекта, м | Грунт | Климатический коэффициент | Сопротивление естественных заземлителей, Ом | Искусственные заземлители | Сечение соединительной полосы, мм | |
| Тип | Удельное сопротивление, Ом*м | |||||||
| Больше 100 кВА | 40х10 | чернозем | 3*102 | 1,3 | Уголок, 40х40х4 мм L=2м, Глубина 0,8м | 50х5 | ||
| Больше 100 кВА | 50х10 | песок | 6*102 | 1,6 | Уголок 40х40х4 мм L=3м, Глубина 0,7м | 40х5 | ||
| Больше 100 кВА | 20х10 | супесок | 2*102 | 1,5 | Полоса в грунте 40х4 мм глубина 0,7м | - | ||
| Больше 100 кВА | 60х20 | суглинок | 3*102 | 1,5 | Трубчатый D=0,1м, L=2,5м, Глубина 0,5м | 40х4 | ||
| Больше 100 кВА | 40х20 | глина | 1.5*102 | 1.4 | Труба в грунте D=0,1м, Глубина 0,8м | - |
| Продолжение табл. 2 | ||||||||||||||||||||||||
| № варианта | Установленная мощность питающего трансформатора | Размеры объекта, м | Грунт | Климатический коэффициент | Сопротивление естественных заземлителей, Ом | Искусственные заземлители | Сечение соединительной полосы, мм | |||||||||||||||||
| Тип | Удельное сопротивление, Ом*м | |||||||||||||||||||||||
| Больше 100 кВА | 30х20 | чернозем | 2*102 | 1,4 | нет | Стержневой D=0,1м. L= 2,5м, Глубина 0,8м | 50х4 | |||||||||||||||||
| меньше 100 кВА | 20х20 | песок | 7*102 | 1,2 | Полоса в грунте 80х4 мм, глубина 0.8м | - | ||||||||||||||||||
| меньше 100 кВА | 30х10 | супесок | 5*102 | 1,3 | Уголок 50х50х4 мм L=2,5м, Глубина 0,6м | 60х4 | ||||||||||||||||||
| меньше 100 кВА | 20х8 | суглинок | 4*102 | 1,4 | Уголок, 40х40х4 мм L=2м, Глубина 0,8м | 80х4 | ||||||||||||||||||
| меньше 100 кВА | 40х40 | глина | 2*102 | 1,4 | Трубчатый D=0,15 м, L=3м, Глубина 0,7м | 60х4 | ||||||||||||||||||
| Продолжение табл. 2 | ||||||||||||||||||||||||
| № варианта | Установленная мощность питающего трансформатора | Размеры объекта, м | Грунт | Климатический коэффициент | Сопротивление естественных заземлителей, Ом | Искусственные заземлители | Сечение соединительной полосы, мм | |||||||||||||||||
| Тип | Удельное сопротивление, Ом*м | |||||||||||||||||||||||
| меньше 100 кВА | 40х10 | чернозем | 3*102 | 1,3 | Полоса в грунте 60х4 мм глубина 0,8м | - | ||||||||||||||||||
| меньше 100 кВА | 50х10 | песок | 6*102 | 2,4 | нет | Трубчатый D=0,2 м, L=3м, Глубина 0,7м | 40х4 | |||||||||||||||||
| меньше 100 кВА | 20х10 | супесок | 3*102 | Стержневой D=0,1м L= 2м, Глубина 0,6м | 50х4 | |||||||||||||||||||
| меньше 100 кВА | 60х20 | суглинок | 4*102 | 1,5 | Уголок, 60х60х4 мм L=1,5 м, Глубина 0,8м | 80х4 | ||||||||||||||||||
| меньше 100 кВА | 40х20 | глина | 1,4*102 | 1,4 | Труба в грунте, D=0,15 м, Глубина 0,6м | - | ||||||||||||||||||
| Продолжение табл. 2 | ||||||||||||||||||||||||
| № варианта | Установленная мощность питающего трансформатора | Размеры объекта, м | Грунт | Климатический коэффициент | Сопротивление естественных заземлителей, Ом | Искусственные заземлители | Сечение соединительной полосы, мм | |||||||||||||||||
| Тип | Удельное сопротивление, Ом*м | |||||||||||||||||||||||
| меньше 100 кВА | 30х20 | чернозем | 5*102 | 1,3 | нет | Стержневой D=0,2м, L= 3 м, Глубина 0,8м | 40х4 | |||||||||||||||||
| Меньше 100 кВА | 30х10 | Песок | 7*102 | 1.2 | Полоса в грунте 60х4 мм, глубина 0,8 м | - | ||||||||||||||||||
| Больше 100 кВА | 20х20 | Супесок | 5*102 | 1,3 | Уголок 50х50х5 мм, L=2,5 м, глубина 0,8 м | 60х4 | ||||||||||||||||||
| Меньше 100 кВА | 20х8 | Суглинок | 4*102 | 1,4 | Уголок 40х40х4 мм, L=2,5 м, глубина 0,8 м | 80х4 | ||||||||||||||||||
| Больше 100 кВА | 40х40 | Глина | 2*102 | 1,4 | Трубчатый D=0,15 м, L=3м, глубина 0,7м | 60х4 | ||||||||||||||||||
| Меньше 100 кВА | 60х10 | Чернозем | 3*102 | 1,3 | Полоса в грунте 60х6 мм, глубина 0,8 м | - | ||||||||||||||||||
| Продолжение табл. 2 | ||||||||||||||||||||||||
| № варианта | Установленная мощность питающего трансформатора | Размеры объекта, м | Грунт | Климатический коэффициент | Сопротивление естественных заземлителей, Ом | Искусственные заземлители | Сечение соединительной полосы, мм | |||||||||||||||||
| Тип | Удельное сопротивление, Ом*м | |||||||||||||||||||||||
| Больше 100 кВА | 50х20 | Песок | 6*102 | 2,4 | Нет | Трубчатый D=0,2 м, L=3м, глубина 0,7м | 40х4 | |||||||||||||||||
| Меньше 100 кВА | 20х30 | Супесок | 3*102 | Нет | Стержневой D=0,1м, L=2м, глубина 0,6м | 50х4 | ||||||||||||||||||
| Больше 100 кВА | 40х20 | Суглинок | 4*102 | 1,5 | Уголок 60х60х5 мм, L=1,5 м, глубина 0,8 м | 80х4 | ||||||||||||||||||
| Меньше 100 кВА | 40х40 | Глина | 1,4*102 | 1,4 | Труба в грунте D=0,15м, глубина 0,6м | - | ||||||||||||||||||
| Больше 100 кВА | 30х20 | Чернозем | 5*102 | 1,3 | Нет | Стержневой D=0,2м, L=3м, глубина 0,8м | 40х4 | |||||||||||||||||
| Меньше 100 кВА | 10х50 | Песок | 3*102 | Трубчатый, D=0,2 м, L= 2м, Глубина 0,8м | 40х4 | |||||||||||||||||||
| Окончание табл. 2 | ||||||||||||||||||||||||
| № варианта | Установленная мощность питающего трансформатора | Размеры объекта, м | Грунт | Климатический коэффициент | Сопротивление естественных заземлителей, Ом | Искусственные заземлители | Сечение соединительной полосы, мм | |||||||||||||||||
| Тип | Удельное сопротивление, Ом*м | |||||||||||||||||||||||
| Больше 100 кВА | 30х30 | Супесок | 2*102 | 1,5 | Стержневой.D=0,15м L=3м, Глубина 0,8м | 50х4 | ||||||||||||||||||
| Меньше 100 кВА | 20х8 | Суглинок | 4*102 | 1,3 | Трубчатый, D=0,2м, L= 1,5м, Глубина 0,6м | 60х4 | ||||||||||||||||||
| Больше 100 кВА | 40х20 | глина | 2,5*102 | 1,5 | Уголок 40х40х4 мм L=3м, Глубина 0,7м | 40х5 | ||||||||||||||||||
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
|
|
|
1. Какие технические мероприятия используются для защиты от поражения электрическим током в аварийном режиме?
2. Что такое защитное заземление?
3. Как устроено и работает заземление?
4. Какие виды заземляющих устройств применяют?
5. Когда (по ПУЭ) производят измерения сопротивления заземляющего устройства?
6. Какова цель расчета защитного заземления?
7. Какие способы существуют для расчета заземляющего устройства?
8. От чего зависит сопротивление заземления растеканию тока в многослойной земле?
9. Основное требование, предъявляемое к устройствам защитного заземления?
