М
Расчет защитного заземления
|
|
Расчет заземления производится для того, чтобы определить сопротивление сооружаемого контура заземления при эксплуатации, его размеры и форму. Как известно, контур заземления состоит из вертикальных заземлителей, горизонтальных заземлителей и заземляющего проводника.
Вертикальные заземлители вбиваются в почву на определенную глубину.
Горизонтальные заземлители соединяют между собой вертикальные заземлители. Заземляющий проводник соединяет контур заземления непосредственно с электрощитом.
Примечание: Размеры и количество этих заземлителей, расстояние между ними, удельное сопротивление грунта – все эти параметры напрямую зависят на сопротивление заземления.
К чему сводится расчет заземления?
Заземление служит для снижения напряжения прикосновения до безопасной величины. Благодаря заземлению опасный потенциал уходит в землю тем самым, защищая человека от поражения электрическим током.
Величина тока стекания в землю зависит от сопротивления заземляющего контура. Чем сопротивление будет меньше, тем величина опасного потенциала на корпусе поврежденной электроустановки будет меньше. Заземляющие устройства должны удовлетворять возложенным на них определенным требованиям, а именно величины сопротивление растекания токов и распределения опасного потенциала.
Внимание! Основной расчет защитного заземления сводится к определению сопротивления растекания тока заземлителя. Это сопротивление зависит от размеров и количества заземляющих проводников, расстояния между ними, глубины их заложения и проводимости грунта.
Исходные данные для расчета заземления:
1. Основные условия, которых необходимо придерживаться при сооружении заземляющих устройств это размеры заземлителей.
1.1. В зависимости от используемого материала (уголок, полоса, круглая сталь) минимальные размеры заземлителей должны быть не меньше:
а) полоса 12х4 – 48 мм2;
б) уголок 4х4;
в) круглая сталь – 10 мм2;
г) стальная труба (толщина стенки) – 3.5 мм.
1.2. Длина заземляющего стержня должна быть не меньше 1.5 – 2 м.
1.3. Расстояния между заземляющими стержнями берется из соотношения их длины, то есть: a = 1хL; a = 2хL; a = 3хL.
В зависимости от позволяющей площади и удобства монтажа заземляющие стрежни можно размещать в ряд, либо в виде какой ни будь фигуры (треугольник, квадрат и т.п.).
Основной целью расчета заземления является определить число заземляющих стержней и длину полосы, которая их соединяет.
Пример расчета заземления:
Сопротивление растекания тока одного вертикального заземлителя (стержня):
где – ρэкв - эквивалентное удельное сопротивление грунта, Ом·м; L – длина стержня, м; d – его диаметр, мм; Т – расстояние от поверхности земли до середины стержня, м.
В случае установки заземляющего устройства в неоднородный грунт (двухслойный), эквивалентное удельное сопротивление грунта находится по формуле:
где – Ψ - сезонный климатический коэффициент (таблица 2); ρ1, ρ2 – удельное сопротивления верхнего и нижнего слоя грунта соответственно, Ом·м (таблица 1); Н – толщина верхнего слоя грунта, м; t - заглубление вертикального заземлителя (глубина траншеи) t = 0.7 м.
Так как удельное сопротивление грунта зависит от его влажности, для стабильности сопротивления заземлителя и уменьшения на него влияния климатических условий, заземлитель размещают на глубине не менее 0.7 м.
|
Удельное сопротивление грунта Таблица 1 |
|
|
Грунт |
Удельное сопротивление грунта, Ом·м |
|
Торф |
20 |
|
Почва (чернозем и др.) |
50 |
|
Глина |
60 |
|
Супесь |
150 |
|
Песок при грунтовых водах до 5 м |
500 |
|
Песок при грунтовых водах глубже 5 м |
1000 |
Заглубление горизонтального заземлителя можно найти по формуле:
Монтаж и установку заземления необходимо производить таким образом, чтобы заземляющий стержень пронизывал верхний слой грунта полностью и частично нижний.
|
Значение сезонного климатического коэффициента сопротивления грунта Таблица 2 |
|||||
|
Тип заземляющих электродов |
Климатическая зона |
|
|||
|
I |
II |
III |
IV |
|
|
|
Стержневой (вертикальный) |
1.8 ÷ 2 |
1.5 ÷ 1.8 |
1.4 ÷ 1.6 |
1.2 ÷ 1.4 |
|
|
Полосовой (горизонтальный) |
4.5 ÷ 7 |
3.5 ÷ 4.5 |
2 ÷ 2.5 |
1.5 |
|
|
|
Климатические признаки зон |
|
|||
|
Средняя многолетняя низшая температура (январь) |
от -20+15 по С |
от -14+10 по С |
от -10 до 0 по С |
от 0 до +5 по С |
|
|
Средняя многолетняя высшая температура (июль) |
от +16 до +18 по С |
от +18 до +22 по С |
от +22 до +24 по С |
от +24 до +26 по С |
|
Количество стержней заземления без учета сопротивления горизонтального заземления находится по формуле:
Rн - нормируемое сопротивление растеканию тока заземляющего устройства, определяется исходя из правил ПТЭЭП (Таблица 3).
|
Наибольшее допустимое значение сопротивления заземляющих устройств (ПТЭЭП) Таблица 3 |
||
|
Характеристика электроустановки |
Удельное сопротивление грунта ρ, Ом·м |
Сопротивление Заземляющего устройства, Ом |
|
Искусственный заземлитель к которому присоединяется нейтрали генераторов и трансформаторов, а также повторные заземлители нулевого провода (в том числе во вводах помещения) в сетях с заземленной нейтралью на напряжение, В: |
|
|
|
660/380 |
до 100 |
15 |
|
свыше 100 |
0.5·ρ |
|
|
380/220 |
до 100 |
30 |
|
свыше 100 |
0.3·ρ |
|
|
220/127 |
до 100 |
60 |
|
свыше 100 |
0.6·ρ |
|
Как видно из таблицы нормируемое сопротивления для нашего случая должно быть не больше 30 Ом. Поэтому Rн принимается равным Rн = 30 Ом.
Сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя:
Lг, b – длина и ширина заземлителя; Ψ – коэффициент сезонности горизонтального заземлителя; ηг – коэффициент спроса горизонтальных заземлителей (таблица 4).
Длину самого горизонтального заземлителя найдем исходя из количества заземлителей:
а – расстояние между заземляющими стержнями.
Определим сопротивление вертикального заземлителя с учетом сопротивления растеканию тока горизонтальных заземлителей:
Полное количество вертикальных заземлителей определяется по формуле:
ηв – коэффициент спроса вертикальных заземлителей (таблица 4).