Расчет защитного заземления
Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей оборудования, которые могут оказаться под напряжением, с землей при помощи заземляющего устройства. Схема защитного заземления представлена на рис.2.
Rч Rз Iз
Рис. 2.Схема защитного заземления
Принцип действия защитного заземления заключается в снижении до безопасных значений напряжений прикосновения и шага.
Снижение напряжения прикосновения обеспечивается:
уменьшением сопротивления заземляющего устройства;
путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек и заземляемого оборудования;
Снижение шагового напряжения обеспечивается за счет равномерного распределения электродов заземлителя на площадке обслуживания.
Область применения защитного заземления:
1.Электрические сети напряжением 1000 В
1.1 переменного тока трехфазные трехпроводные с изолированной нейтральной точкой источника тока;
1.2 переменного тока однофазные двухпроводные с изолированным выводом источника тока;
1.3 постоянного тока с изолированной средней точкой источника тока.
2.Электрические сети напряжением выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтральной и средней точек источника тока.
Целью расчета является определение числа одиночных вертикальных электродов, длины горизонтальной соединительной полосы проектируемого заземлителя, обеспечивающих суммарное сопротивление заземлителя, отвечающего требованиям ПУЭ: Rз гр < Rз доп. Исходные данные представлены в табл.28
Порядок расчета.
1. Исходя из местонахождения предприятия принять вид грунта и по табл.29 его удельное сопротивление ρизм. не менее среднего значения предела колебаний.
2. На основании исходных данных (табл. 28) в соответствии с требованиями ПУЭ и ГОСТ 12.1.030-81 определить допустимое сопротивление растеканию тока Rз доп (табл. 30,31).
3. Определить расчетное удельное сопротивление грунта ρв расч (наибольшее значение его в течение года с учетом изменения влажности) по формуле .
Ом∙м,
(28)
где Kсв - коэффициент сезонности, учитывающий изменение сопротивления грунта с изменением его влажности для вертикальных электродов (табл.32). Признаки климатических зон приведены в табл.33.
4. В соответствии с вариантом задания определить расчетное сопротивление одиночного электрода заданного профиля Rэ. Расчетные формулы приведены в табл.34. В приведенных формулах: ρв.расч - расчетное удельное сопротивление грунта Ом·м; l, d - длина и диаметр электрода, м (см. графы 5,6 в табл. 28); t – глубина заложения заземлителя, м; b – ширина полки уголка или горизонтальной полосы, м.
(29)
где
– расстояние от поверхности земли до
электрода, м (
= 0,5-0,8 м);
l – длина электрода, м.
5. Методом последовательных приближений определить число вертикальных электродов по формуле:
(30)
где ηв – коэффициент использования вертикальных электродов (табл. 35).
Так как значение ηв, зависит от числа одиночных электродов, которое неизвестно, расчет ведется в нижеприведенной последовательности:
- принять ηв = 1 и рассчитать nв без учета явления экранирования по формуле 30;
- выбрать схему размещения электродов (в ряд или по контуру при n > 3);
- для найденного nв по табл. 35 с учетом схемы размещения электродов и расстояния α между ними (табл. 28) определить соответствующее значение ηв и т.д. до получения разницы между последними числами электродов меньше 1. Округлить полученное значение до ближайшего большего целого числа и определить по табл. 35 окончательное значение ηв.
Например: Rэ = 44,6 Ом , Rз доп = 4 Ом,
Для nв = 11 и α / l = 4.5/3 = 1.5 по табл. 33 методом интерполяции определяем ηв = 0,6.
Уточняем число электродов:
nв = 19 соответствует ηв = 0,56. Подставив ηв = 0,56 в формулу (30), получим
Округлив, имеем окончательное значение nв = 20 электродам и соответствующий ему коэффициент использования ηв = 0,55, который необходим для расчета суммарного сопротивления заземлителя из вертикальных электродов Rсв (формула 36) и общего сопротивления группового заземлителя Rзгр (формула 38).
6. Определить длину горизонтальной соединительной полосы lг. Для электродов, расположенных по контуру по формуле:
м, (31)
Для электродов, расположенных в ряд по формуле;
м, (32)
где
α - расстояние между электродами, м;
–
число вертикальных электродов.
7. Определить расчетное удельное сопротивление грунта для горизонтальной соединительной полосы по формуле:
Ом·м, (33)
где
– коэффициент сезонности для однородной
земли при использовании горизонтальных
заземлителей (табл. 32).
8.
Вычислить сопротивление растеканию
тока горизонтальной полосы
без учета коэффициента использования
по формуле.
Ом, (34)
где
b1
– ширина полосы, м (0,04м);
– глубина заложения полосы, м.
м. (35)
9.
Определить коэффициент использования
горизонтальной полосы
(табл.
36), так как при групповом заземлителе
наряду с взаимоэкранированием вертикальных
электродов возникает экранирование
между горизонтальной соединительной
полосой и вертикальными электродами.
10.
Рассчитать суммарное сопротивление
заземлителя из вертикальных электродов
и общее сопротивление полосы
,
Ом.
(36)
(37)
11. Определить общее сопротивление группового заземлителя Rз гр, Ом;
(38)
Если число вертикальных электродов и длина соединительной полосы определены правильно (и нет ошибки в выборе коэффициентов), сопротивление группового заземлителя должно быть меньше допустимого по ПУЭ Rз гр ≤ Rз доп. При Rз гр >Rз доп расчет повторяют, увеличив число электродов. Нежелательны также большие отклонения Rз гр от Rз доп в сторону меньших значений, так как в этом случае будет завышено число электродов, что неэкономично, связано с перерасходом материалов и увеличением объема работ по устройству заземления.
Таблица 28
Варианты заданий
|
№ вар иан та
|
Размеры стержневого электрода для расчета удельного сопроти- вления грунта, м
|
Заземляемое оборудование
|
Напр яжен ие,В
|
Характеристика заземлителя
|
Место и состояние грунта
| |||||
|
| ||||||||||
|
l
|
|
|
|
Тип элект- рода
|
Размеры электрода, м
|
Расстояние между электродами, , м
|
t0, м
| |||
|
d
|
|
| ||||||||
|
|
| |||||||||
|
|
| |||||||||
|
|
|
l
|
d
| |||||||
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
|
1
|
1,5
|
0,01
|
1 опора ЛЭП
|
>1000
|
труба
|
3
|
0,05
|
6
|
0,5
|
Омск, после
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сильного дождя
|
|
2
|
1,8
|
0,009
|
2 опора ЛЭП
|
>1000
|
стерже
|
5
|
0,03
|
5
|
0,6
|
Хабаровск, сухо
|
|
|
|
|
|
|
нь
|
|
|
|
|
|
|
3
|
2,0
|
0,008.
|
э/установка
|
660
|
труба
|
3
|
0,06
|
9
|
0,5
|
Курск, после
|
|
|
|
|
Р=120 кВ-А
|
|
|
|
|
|
|
небольшого дождя
|
|
4
|
2,5
|
0,007
|
1 опора ЛЭП
|
>1000
|
уголок
|
5
|
0,05
|
10
|
0,7
|
Благовещенск, после
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сильных дождей
|
|
5
|
2,8
|
0,007
|
2 опора ЛЭП
|
>1000
|
стерже
|
2,5
|
0,04
|
2,5
|
0,8
|
Одесса, сухо
|
|
|
|
|
|
|
нь
|
|
|
|
|
|
|
6
|
3,0
|
0,008
|
э/установка
|
380
|
уголок
|
3
|
0,06
|
6
|
0,6
|
Рига, после сильных
|
|
|
|
|
Р=90 кВ-А
|
|
|
|
|
|
|
дождей
|
|
7
|
1,5
|
0,09
|
э/установка
|
660
|
труба
|
5
|
0,05
|
15
|
0,7
|
Ленинград, после
|
|
|
|
|
Р=150кВ-А
|
|
|
|
|
|
|
сильных дождей
|
|
8
|
2,0
|
0,01
|
1 опора ЛЭП
|
>1000
|
труба
|
3
|
0,06
|
6
|
0,6
|
Киев, сухо
|
|
9
|
2,5
|
0,006
|
2 опора ЛЭП
|
>1000
|
уголок
|
3,5
|
0,05
|
10,5
|
0,8
|
Оха после
|
|
Окончание таблицы 28 | ||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
небольшого дождя
|
|
10
|
2,8
|
0,009
|
э/установка
|
380
|
стерже
|
2,5
|
0,05
|
5
|
0,6
|
Минск, после
|
|
|
|
|
Р=200 кВ-А
|
|
нь
|
|
|
|
|
небольших дождей
|
|
11
|
1,5
|
0,01
|
1 опора ЛЭП
|
>1000
|
труба
|
3
|
0,05
|
6
|
0,6
|
Амурск, кол-во
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
осадков выше нормы
|
|
12
|
1,75
|
0,011
|
2 опора ЛЭП
|
>1000
|
стерже
|
5
|
0,03
|
5
|
0,7
|
Новгород, после
|
|
|
|
|
|
|
нь
|
|
|
|
|
небольшого дождя
|
|
13
|
2,0
|
0,012
|
э/установка
|
<1000
|
уголок
|
2,5
|
0,06
|
5
|
0,8
|
Брянск, сухо
|
|
|
|
|
Р=90 кВ-А
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14
|
2,25
|
0,01
|
1 опора ЛЭП
|
<1000
|
труба
|
3,5
|
0,06
|
7
|
0,5
|
Свердловск, кол-во
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
осадков ниже нормы
|
|
15
|
2,5
|
0,009
|
2 опора ЛЭП
|
<1000
|
стерже
|
4
|
0,04
|
4
|
0,6
|
Иркутск, кол-во
|
|
|
|
|
|
|
нь
|
|
|
|
|
осадков соотв. норме
|
|
16
|
2,75
|
0,013
|
э/установка
|
380
|
уголок
|
3
|
0,05
|
6
|
0,7
|
Владивосток, после
|
|
|
|
|
Р=110кВ-А~
|
|
|
|
|
|
|
сильных дождей
|
|
17
|
3,0
|
0,015
|
1 опора ЛЭП
|
>1000
|
труба
|
2,5
|
0,055
|
5
|
0,8
|
Сочи, кол-во осадков
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
выше нормы
|
|
18
|
1,5
|
0,008
|
2 опора ЛЭП
|
>1000
|
стерже
|
3
|
0,03
|
6
|
0,15
|
Анадырь, сухо
|
|
|
|
|
|
|
нь
|
|
|
|
|
|
|
19
|
2,0
|
0,009
|
э/установка
|
660
|
уголок
|
3,5
|
0,06
|
7
|
0,6
|
Севастополь, после
|
|
|
|
|
Р=130кВ-А
|
|
|
|
|
|
|
сильных дождей
|
|
20
|
2,5
|
0,01
|
1 опора ЛЭП
|
>1000
|
труба
|
3
|
0,05
|
9
|
0,7
|
Новосибирск, кол-во
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
осадков соотв. норме
|
|
21
|
2,75
|
0,011
|
2 опора ЛЭП
|
>1000
|
стерже
|
4
|
о;о4
|
4
|
0,8
|
Кишинев, небольшие
|
|
|
|
|
|
|
нь
|
|
|
|
|
ДОЖДИ
|
|
22
|
2,8
|
0,012
|
э/установка
|
<1000
|
уголок
|
3
|
0,05
|
6
|
0,9
|
Мурманск, кол-во
|
|
|
|
|
передвижная
|
|
|
|
5
|
|
|
осадков соотв. норме
|
|
23
|
3,0
|
0,015
|
э/установка с
|
>1000
|
труба
|
2,5
|
0,06
|
7,5
|
0,5
|
Южно-Сахалинск,
|
|
|
|
|
эффективно
|
|
|
|
|
|
|
после сильных
|
|
|
|
|
заземленной
|
|
|
|
|
|
|
дождей
|
|
|
|
|
нейтралью
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24
|
1,5
|
0,01
|
э/установка с
|
>1000
|
стерже
|
5
|
0,03
|
10
|
0,6
|
Красноярск, кол-во
|
|
|
|
|
изолированно
|
|
нь
|
|
|
|
|
осадков ниже нормы
|
|
|
|
|
и нейтралью
|
|
|
|
|
|
|
|
|
25
|
1,75
|
0,012
|
1 опора ЛЭП
|
>1000
|
уголок
|
3,0
|
0,05
|
6
|
0,7
|
Чита, сухо
|
Таблица 29
Приближенные значения удельных сопротивлений грунта
|
Вид грунта |
Удельное сопротивление, Ом·м | |
|
пределы колебаний |
при влажности 10-12% к массе грунта | |
|
Песок Супесь Суглинок Глина Чернозем Каменистый грунт |
400 - 700 150-400 40-150 8-70 9-53 500-800 |
700 300 100 40 20 – |
Таблица 30
Наибольшие допустимые сопротивления защитных заземляющих устройств в электроустановках (по ПУЭ)
|
Характеристика установок
|
Наибольшее допустимое сопротивление заземляющего устройства, Ом |
|
Электроустановки напряжением выше 1000 В
|
|
|
1 . Защитные заземляющие устройства электроустано-
|
0,5
|
|
вок сети с эффективно заземленной нейтралью (вклю-
|
|
|
чая сопротивление естественных заземлителей)
|
|
|
2. Защитные заземляющие устройства электроустано-
|
|
|
вок сети с изолированной нейтралью:
|
|
|
а) если заземляющее устройство одновременно ис-
|
125/I3 (Iз - расчетный |
|
пользуется для электроустановок до 1000 В
|
ток замыкания на зем-
|
|
|
лю, А), при этом
|
|
|
должно выполняться
|
|
|
требование п.3 табл.5
|
|
|
|
|
б) если заземляющее устройство используется только
|
250/Iз,но не более 10
|
|
для электроустановки напряжением выше 1000 В
|
|
|
Электроустановки напряжением до 1000 В
|
|
|
3. Защитные заземляющие устройства электроустано-
|
|
|
вок сети с изолированной нейтралью при мощности
|
|
|
генератора или трансформатора:
|
|
|
не более 100 кВ -А
|
10
|
|
более 100 кВ-А
|
4
|
|
Передвижные электроустановки
|
|
|
Защитные заземляющие устройства передвижных
|
25
|
|
электроустановок
|
|
Таблица 31
Наибольшие допустимые сопротивления заземляющих устройств опор линий электропередачи (по ПУЭ)
|
Характеристика заземляющих устройств
|
Наибольшее допустимое сопротивление заземляющего устройства, Ом
|
|
Воздушные линии электропередачи напряжением выше 1 000 В |
|
|
1. Заземляющие устройства опор с устройствами грозозащиты, железобетонных и металлических опор ВЛ 3-35 кВ в зависимости от удельного эквивалентного сопротивления земли р, Ом-м до 100 | |
|
10
| |
|
более 100 до 500
|
15
|
|
более 500 до 1000
|
20
|
|
более 1000 до 5000
|
30
|
|
более 5000
|
6·10-6 р
|
|
2. Заземляющие устройства железобетонных и металлических опор ВЛ 3-20 кВ в ненаселенной местности в грунтах с удельным сопротивлением р, Ом-м до 100
|
|
|
| |
|
| |
|
30
| |
|
более 100
|
0.3 р |
|
Воздушные линии электропередачи напряжением до 1000В
|
|
|
| |
|
3. Заземляющие устройства крюков и штырей фазных проводов в сетях с изолированной нейтралью, устанавливаемых на железобетонных опорах и арматурах этих опор |
50 |
Таблица 32
Значения коэффициентов сезонности Кс для однородной земли
|
Климатическая зона |
Коэффициент сезонности для однородной земли при влажности | |||
|
повышенной |
нормальной |
малой | ||
|
|
Вертикальный электрод длиной 3м
| |||
|
1
|
1,9
|
1,7
|
1,5
| |
|
2
|
1,7
|
1,5
|
1,3
| |
|
3
|
1,5
|
1,3
|
1,2
| |
|
4
|
1,3
|
1,1
|
1,0
| |
|
|
Вертикальный электрод длиной 5м
| |||
|
1
|
1,5
|
1,4
|
1,3
| |
|
2
|
1,4
|
1,3
|
1,2
| |
|
3
|
1,3
|
1,2
|
1,1
| |
|
4
|
1,2
|
1,1
|
1,0
| |
|
|
Горизонтальный электрод длиной 10м
| |||
|
1
|
9,3
|
5,5
|
4,1
| |
|
2
|
5,9
|
3,5
|
2,6
| |
|
3
|
4,2
|
2,5
|
2,0
| |
|
|
|
|
Окончание таблицы 32 | |
|
4
|
2,5
|
1,5
|
1,1
| |
|
|
Горизонтальный электрод длиной 50м
| |||
|
1
|
7,2
|
4,5
|
3,6
| |
|
2
|
4,8
|
3,0
|
2,4
| |
|
3
|
3,2
|
2,0
|
1,6
| |
|
4
|
2,2
|
1,4
|
1,12
| |
|
|
|
|
| |
Примечание. Земля считается повышенной влажности если измерению ее сопротивления предшествовало выпадение большого количества (свыше нормы) осадков; нормальной (средней) влажности если измерению предшествовало выпадение небольшого количества (близкого к норме осадков); малой влажности если земля сухая, количество осадков в предшествующий период ниже нормы.
Таблица 33
Признаки климатических зон для определения коэффициента сезонности
|
Характеристика климатической зоны |
Климатические зоны
| |||
|
1
|
2
|
3
|
4
| |
|
Средняя многолетняя низшая температура (январь), °С |
-20 – -15 |
-14 – -10 |
-10 – 0 |
0 – +5 |
|
Средняя многолетняя высшая температура (июль), °С |
+16 – +18 |
+ 18 – +22 |
+22 – +24 |
+24 – +26 |
|
Среднегодовое количество осадков, см |
40 |
50 |
50 |
30 – 50 |
|
Продолжительность замерзания вод, дни |
190 – 170 |
150 |
100 |
0 |
Примечание. Характеристики климатических зон выбираются по СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика.
Примерное распределение республик и областей по климатическим зонам:
1зона: Омская, Новосибирская, Читинская, Иркутская области, Хабаровский и Красноярский края, Амурская и Сахалинская области и др.;
2 зона: Ленинградская, Вологодская области, Центральные районы РФ до Волгоградской области на юге и др.;
3 зона: Латвия, Эстония, Литва, Белоруссия, Украина (кроме южных областей), Псковская, Новгородская, Смоленская, Брянская, Курская, Ростовская области и др.;
4 зона: Молдавия, Одесская, Херсонская, Крымская, Астраханская области, Краснодарский и Ставропольский края, Азербайджан, Грузия, Армения, Узбекистан, Таджикистан, Киргизия, и Туркмения (кроме горных районов).
Таблица 34
Формулы для вычисления сопротивления одиночных электродов растеканию
|
Тип электрода |
Схема забивки |
Формула |
Условия применения |
|
1.Труба или стержень у поверхности земли |
| ||
|
2. Труба или стержень, забитый на глубину |
| ||
|
3. Уголковый стержень у поверхности земли |
| ||
|
4. Уголковый стержень, забитый на глубину |
| ||
|
5. Протяжённый на поверхности земли (полоса, стержень) или на глубине |
| ||
Таблица 35
Коэффициенты использования ɳ в вертикальных электродов группового заземлителя (труб, уголков и т.п.) без учета влияния полосы связи
|
Число электродов
|
Отношение расстояний между электродами к их длине
| |
|
1 | 2 | 3
|
1 | 2 | 3
| |
|
Электроды размещены в ряд
|
Электроды размещены по контуру
| |
|
2 4 6 10 20 40 60 100
|
0,85 0,91 0,94 0,73 0,83 0,89 0,65 0,77 0,85 0,59 0,74 0,81 0,48 0,67 0,76 - - - - - - - - -
|
- - - 0,69 0,78 0,85 0,61 0,73 0,80 0,56 0,68 0,76 0,47 0,63 0,72 0,41 0,58 0,66 0,39 0,55 0,64 0,36 0,52 0,62
|
Таблица36
Коэффициенты использования горизонтального полосового электрода, соединяющего вертикальные электроды (трубы, уголки) группового заземлителя
|
Отношение расстояния между вертикальными электродами к их длине
|
Число вертикальных электродов
| |||||||
|
2
|
4
|
6
|
10
|
20
|
40
|
60
|
100
| |
|
1 2 3
1 2 3
|
Вертикальные электроды размещены в ряд 0,85 0,77 0,72 0,62 0,42 0,94 0,80 0,84 0,75 0,56 0,96 0,92 0,88 0,82 0,69 Вертикальные электроды размещены по контуру - 0,45 0,40 0,34 0,27 0,22 0,20 - 0,55 0,48 0,40 0,32 0,29 0,27 - 0,70 0,64 0,56 0,45 0,39 0,36
|
0,19 0,23 0,33 | ||||||
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Образец оформления титульного листа контрольной работы
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Тихоокеанский государственный университет»
Институт (факультет) ________________________________________
Специальность ______________________________________________
Курс_____________
Дисциплина ________________________________________________
Студент ____________________________________________________
Шифр ____________