Расчёт сопротивления контура заземления. Расчет заземления частного дома

В современном мире очень часто используется электричество. Фактически оно есть везде. Где-то стоит стиральная машинка, даже на даче есть бойлер. Таким образом электричество — это надёжный друг. Но ведь оно может и убить, поэтому ученые изобрели специальное устройство. Это защитное заземление. Как верно произвести расчет заземления частного дома? Об этом мы и поговорим.

Вкратце о том, зачем нужно заземление

Вообще-то все проводники изолированы, но материал может повредиться. Поэтому бытовая техника может внезапно оказаться под напряжением. Иногда происходит утечка тока. Люди ощущают это пощипыванием. Поэтому для электрооборудования нужен еще один проводник, третий, который соединяет поверхность с заземлением. Тогда ток уйдет в землю.

Если в доме нет заземления, то оборудование может стать угрозой.

Требования, предъявляемые к заземлению

Заземляющая цепь должна обеспечить такое сопротивление, которое в частных домах обычно не должно превышать 4 Ом. На всем расстоянии третьего провода плохих соединений, разных выключателей, а также их разъединителей не должно быть. Нельзя защищать материал, которым обустраивают контур заземления, от коррозии. То есть на нем не должно быть грунтовки, краски. Соединять контур нужно только при помощи сварного шва — кругового. Все жилы должны быть сделаны из меди.

Виды заземлителей

Прежде чем сделать расчет заземления частного дома, нужно знать, что оно бывает вертикальным, также горизонтальным. При этом первый вид используют только тогда, когда электроэнергия не превышает по своему объему 15 киловатт.

Заземление может быть естественным или искусственным. В первом случае используются металлические трубы. Иногда применяют арматуру бетонного фундамента.

Заземление и ГОСТ

Расчет заземления имеет некоторые особенности. Например, устройство для заземления должно иметь постоянное сопротивление не более чем 0, 5 ом. Расчет нужно сделать тогда, когда делают проект дома. Если в помещении будут пользоваться током, у которого постоянное напряжение будет больше, чем 120 Ватт, обязательно делать заземление. Если же напряжение будет ниже, то расчет заземления ГОСТ нужно делать только в тех комнатах, где будет повышенная опасность. Если же установка располагается незащищенная крышей, то ее нужно обязательно заземлить. Если используется машина, то заземляется она в том случае, если в помещении будет большая влажность.

Расчет заземления частного дома начинается с того, что нужно посчитать металлические стержни, которые нужны для определенных параметров. Сначала нужно рассчитать, какое сопротивление имеет 1 стержень. Это измеряется или рассчитывается. Но сначала нужно выбрать правильное место. При этом учитывают расстояние. Электрод должен углубляться на высоту полтора метра. Стержни должны отделяться на полтора метра.

Установка стержней

Учитывая подобные расстояние, делают расчет. Тогда материалы можно будет сократить, а также другие виды хозяйственной деятельности можно будет спокойно делать. Важно понимать, что точного расчета не будет. Если вы хотите сделать все, как надо, приглашайте специалистов или обращайтесь к специальным программам. Формула достаточно сложная. Нужно учитывать, что щит и заземление должна соединять металлическая полоса.

Сначала надо выкопать траншею, потом приваривают контур полосе, полосу затягивают к заземлению, потом соединяют заземление и щит при помощи медной жилы.

Ни в коем случае не покрывайте никакими лаками и составами из них, любой элемент схемы. Категорически запрещено подключать к заземлению так называемый нулевой провод. Воспрещается присоединять металлические трубопроводы, которые идут от коммуникации, к проводникам. Лучше всего составить схему, хотя бы временную.

Чтобы определить сопротивление конкретного стержня, используют формулу: R = U / I

U — это напряжение, его измеряют при помощи вольтметра. I — это сила тока, его измеряют при помощи амперметра.

Если по каким-то причинам замеры нельзя воспроизвести, то можно использовать формулу. Но она очень сложная.

Формула сопротивления стержня

L- это длина стержня, она измеряется в метрах. d- это диаметр стержня, он тоже изменяется в метрах. T- это так называемая геометрическая середины стержня. Она представляет собой расстояние от середины стержня до поверхности грунта.

Рэкв- это удельное сопротивление грунта. Оно известно для разных видов грунтов.

Теперь рассчитываем сопротивление:

Формула расчета сопротивления

Rн- нормируемое сопротивление растеканию тока заземляющего устройства.

ψ — сезонный климатический коэффициент сопротивления грунта. Для России в средней полосе равен 1,7.

Теперь сделаем расчет заземления, пример такой: имеется частный дом, в нем электричество с одной фазой. Сопротивление растеканию равно 4 ОМ. Располагается дом на черноземье. Чтобы создать систему заземления, были взяты трубы из стали. У них длина 160 см, а диаметр 32. Подставляем все это в формулу.

Формула расчета заземления

Рассчитываем, сколько нужно заземлителей. При этом полученной число нужно округлить в большую сторону.

Расчет заземлителей

Расчет заземления кабелей можно провести по следующей формуле:

Формула расчета заземления кабелей

Rтр – у каждой опоры ЛЭП есть трос. Здесь указано сопротивление одной из них, в Ом.

Rоп – это сопротивление, которое оказывает растекающийся ток опоры, тоже в Ом.

• В сухом грунте нужно использовать длинные стержни, потому что такой грунт очень плохо проводит ток.
• Тонкий металл во влажном грунте использовать не рекомендуется, потому что он быстро подвергается коррозии. Лучше всего применить водоносную скважину.
• Если вы сами не можете рассчитать заземление, то можете использовать программу «Заземление v 2.1».

Контур заземления необходим для защиты людей от поражения электрическим током. Для молниезащиты создается собственное заземляющее устройство, не связанное с защитным контуром заземления. Для правильной их постройки требуется расчет.

Заземляющее устройство (ЗУ) имеет параметр, называемый сопротивлением растекания или просто – сопротивлением. Оно показывает, насколько хорошим проводником электрического тока является данное ЗУ. Для электроустановок с линейным напряжением 380 В сопротивление растекания ЗУ не должно быть более 30 Ом, на трансформаторных подстанциях – 4 Ом. Для контуров заземления медицинской техники и оборудования видеонаблюдения, серверных комнат, норма устанавливается индивидуально и составляет от 0,5 до 1 Ом.

Задача расчета заземляющего устройства – определение количества и расположения вертикальных и горизонтальных заземлителей, достаточного для получения требуемого сопротивления.

Определение удельного сопротивления грунта

На результаты расчетов ЗУ оказывает существенное влияние характеристика грунта в месте его постройки, называемая удельным сопротивлением (⍴). Для каждого из видов грунта существует расчетное значение, указанное в таблице.

На сопротивление грунта оказывают влияние влажность и температура. Зимой при максимальном промерзании и летом в засуху удельное сопротивление достигает максимальных значений. Для учета влияния погодных условий к величине ⍴ вводятся поправки для климатической зоны.

Если есть возможность, перед расчетами производят измерение удельного сопротивления.

Виды заземлителей и расчет их сопротивления

Заземлители бывают естественными и искусственными, и для создания заземляющего устройства используются и те, и другие. Рассчитать влияние естественных заземлителей (железобетонных фундаментов, свай) на величину сопротивления растекания сложно, это проще сделать методом измерений на месте. Сопротивление естественных заземлителей длиной более 100 м можно узнать из таблицы.

Если значение ⍴ отличается от 100 Ом∙м, значение R умножается на соотношение ⍴/100.

В качестве искусственных заземлителей используются арматура, трубы, угловая или полосовая сталь. Сопротивление каждого из них рассчитывается по собственной формуле, указанной в таблице.

Вид заземлителя	Расчетная формула
Вертикальный электрод из круглой арматурной стали или трубы. Верхний конец ниже уровня земли.
Вертикальный электрод из угловой стали. Верхний конец ниже уровня земли
Вертикальный электрод их круглой арматурной стали или трубы. Верхний конец над уровнем земли
Горизонтальный электрод из полосовой стали
Горизонтальный электрод из круглой арматурной стали или трубы
Электрод из пластины (уложена вертикально)
Вертикальный электрод из круглой арматурной или угловой стали
Горизонтальный электрод из круглой арматурной или полосовой стали

Значения переменных в формулах:

Теперь рассчитывается суммарное сопротивление штырей искусственных заземлителей:

Вычисляем сопротивление проводника, соединяющего вертикальные заземлители по формуле:

И полное сопротивление заземляющего устройства.

Если рассчитанное сопротивление контура заземления оказалось недостаточным, увеличиваем количество вертикальных заземлителей или изменяем их вид. Повторяем расчет до получения требуемого значения сопротивления.

Прошли те времена, когда застройщики и не слыхали о контуре заземления. Сейчас они прекрасно знают, что нужно думать о своей безопасности, о защите многочисленного оборудования, в приобретение которого были вложены немалые деньги. Чтобы заземляющий контур максимально эффективно выполнял свои функции, его нужно грамотно рассчитать. Все, о чем пойдет речь ниже, как раз и посвящено решению этого вопроса.

Заземление призвано осуществлять главнейшее назначение: снизить напряжение до такой степени, чтобы при контактировании с корпусом электроприборов, оно не составляло угрозы для обитающих в жилище. Конфигурацию и сопротивление контура заземления дома определяют:

• длиной и числом электродов;
• длиной диапазона, на котором они располагаются по отношению друг к другу. Замерив электрод по длине и взяв от результата 2,2 части, получим расстояние, меньше которого не допускается;
• глубиной установки электродов, а регламентируется она 70 см и не меньше;
• электропроводящими свойствами земли на этом конкретном участке.

Поэтому в расчете будут участвовать эти исходные.

Материал, требуемый для устройства контура заземления

Прежде чем начинать расчет контура заземления, необходимо продумать из чего он будет создаваться и затем выполнять расчет для выбранного материала. Контур заземления устраивают из:

• труб со стенками минимум 0,35 см;
• арматуры или круга. Подходит прокат диаметром не менее 1,6 см;
• металлического уголка с полками не тоньше 0,4 см.

Связующим звеном между электродами служит полоса стальная с размерами 0,4х1,2 см. Заземляющие электроды размещают:

• в ряд;
• треугольником;
• наподобие квадрата или иной геометрической фигуры.

Что мы должны иметь по окончании расчета сопротивления контура заземления

Выполнение расчета контура заземления — это не вопрос теории, плодом наших усилий будет ответ на вполне практические вопросы:

• сколько же заземляющих стержней будет размещено в монтируемом нами контуре;
• для полосы, соединяющей их, мы найдем длину.

Главнейший параметр при расчете контура заземления — это его сопротивление. В ПУЭ на этот счет есть такие указания:

• для электросети с напряжением 220 В — 8 Ом;
• с напряжением 380 В — 4 Ом.

Формула, по которой будем рассчитывать, имеет вид: R= R0/ ηв*N:

• R0 здесь обозначает сопротивление отдельно взятого электрода;
• R — сопротивление в целом;
• ηв — коэффициент, характеризующий востребованность электрической цепи, другими словами — коэффициент использования заземлителей;
• N — количество электродов в контуре заземления.

А вот формула, по которой мы определим сопротивление одного составляющего электрической цепи:

• ρэкв — обозначает удельное сопротивление грунта эквивалентное. Измеряется в Ом*м. Определить его можно из таблицы. Подходит она в том случае, если грунт однородный;

• L — длина заземляющего стержня. Чем больше ρэкв, тем больше L . Если грунт такой, что электроды, длину которых мы рассчитали,в него не войдут, то выход в увеличении их количества;
• d — диаметр электрода;
• Т — длина промежутка земля-середина электрода.

При этом последние 3 значения берем в м. Если грунт имеет неоднородное строение и состоит из 2 слоев, то придется делать расчет по формуле:

В этой формуле: Ψ — коэффициент сезонный климатический; удельное сопротивление 1 и 2 слоя земли обозначается соответственно ρ1 и ρ2; символом Η обозначено толщину 1 слоя; t — глубина траншеи, которую необходимо вырыть под электрод. Значение Ψ найдем, воспользовавшись таблицей:

Устройство контура заземления при данных обстоятельствах выполняется при опускании стержней на всю толщу 1 слоя и частичном задействовании второго.

Рассчитываем нужное количество стержней

Для того чтобы узнать, сколько же стержней нам потребуется, определим из ниже приведенной таблицы Rн, т.е. сопротивление нормируемое:

Если параллельно расположенный элемент не брать во внимание, то количество стержней определяется так:

• берем сопротивление R0;
• умножаем его на коэффициент климатический сезонный Ψ;
• делим произведение на нормируемое сопротивление Rн.

n0 = R0/ Ψ х Rн. Теперь уделим внимание параллельному заземлителю. Вот так выглядит формула для определения его сопротивления:

Для вычислений потребуются данные о длине стержня. Для заземлителей, расположенных в ряд и по контуру, формулы разные. В 1 случае Lг определим так:

• от найденного ранее n0, отнимаем 1;
• умножаем полученное на a — промежуток между стержнями.

Во 2 случае Lг = a . Теперь у нас есть все данные для определения сопротивления стержней, расположенных перпендикулярно к земле — Rв, учитывая горизонтальные заземлители. Для этого:

• умножаем сопротивление горизонтального заземлителя Rг на нормируемое сопротивление Rн;
• затем находим разницу между Rг и Rн;
• умножаем первый результат на второй.

Осталось подставить полученное в формулу и найти общее количество заземлителей:

• ɳв — коэффициент использования. На его значение влияет пролет между электродами. В случае, если в качестве заземляющих электродов выбраны трубы выстроенные в одну линию и объединенные полосой, то значение коэффициента можно выбрать из таблицы;

• n — количество заземляющих электродов;
• если в результате получится число дробное, то результат округлим в сторону большую.

Измерение контура заземления

Чтобы полностью удостовериться в безупречной работе заземления, необходимо произвести измерения контура заземления, для чего существуют специально предназначенные для этого приборы. Своевременно проведенные измерения помогут:

• эксплуатировать электроприборы, не опасаясь поражения электрическим током;
• своевременно выявить слабые параметры и характеристики, ведь могут измениться характеристики грунта или вдруг заржавеет какой-то элемент.

Контур заземления, схема которого приведена ниже, подходит идеально для частного дома.

Опыт показывает, что для среднестатистического особняка достаточно 3 электродов, которые в плане создают равнобедренный треугольник со сторонами 120 см.

О заземлении и его составляющих доступным языком, вы узнаете из этого видео:

Существует много полезных фактов о заземлении и операций, которые проводятся по отношении к нему. Одной из важных процедур, является расчет заземления. Это мероприятие необходимо для того, чтобы полностью вычислить сопротивление, которым будет обладать сооруженный контур заземляющего устройства.

Владельцы отдельных домов и дач все больше начинают понимать, что пользование электроэнергией не только значительно облегчает выполнение повседневных бытовых потребностей, но и представляет определённые риски для человека. В жизни всегда существует возможность возникновения аварийной ситуации, которая может привести к получению электротравмы.

Электрическая безопасность отдельного здания требует постоянного пристального внимания со стороны владельца. Одним из вопросов ее обеспечения является эксплуатация индивидуального контура заземления, который необходимо не только создать по определённой методике, но и правильно выбрать конструкцию, выполнив надежный расчет всех ее элементов.

Сразу оговоримся, что осуществить его своими руками может любой человек, знакомый с основами электротехнических расчетов. Для этого ниже приведена методика его выполнения.

Однако, она носит рекомендательный, ознакомительный характер и требует уточнения полученного результата в специализированной лаборатории, обладающей лицензией на право проведения экспертизы подготовленным персоналом проектировщиков, периодически подтверждающих свою квалификацию сдачей экзаменов в инспектирующих государственных органах.

Выбор конструкции заземления для расчета

В электрической схеме зданий разного назначения работает большое количество различных видов заземлительных устройств. Среди них для бытовых целей лучше подходят изделия с:

Последняя конструкция еще не обладает такой широкой известностью, как первые две перечисленные, но вполне может конкурировать с ними, выступать альтернативой.

Предварительный расчет электрических характеристик каждой модели поможет определиться с наиболее подходящим типом заземления и остановить на нем свой выбор для дальнейшего монтажа, наладки, эксплуатации.

Кратко на примерах рассмотрим методику их расчета.

Расчет контуров заземлений для жилых зданий

Назначение

Расчет помогает проанализировать габариты и форму создаваемого контура для обеспечения допустимого электрического сопротивления аварийному току, отводимого от дома на потенциал земли.

Заземление призвано снизить напряжение прикосновения человека до безопасного значения за счет растекания от него недопустимых токов и перераспределения опасных потенциалов.

Для жилых зданий сопротивление контура не должно превышать 8 Ом при эксплуатации однофазной сети 220 вольт и 4 Ома - для трехфазной 380.

Факторы, влияющие на расчет контура

Величина электрического сопротивления заземления зависит от:

Характеристики грунтов

Для учета их влияния на протекание токов используется термин «Удельное сопротивление грунта», единицей которого выбран «Ом∙м». Он обозначается латинской буквой ρ. Этот показатель зависит от многих факторов, включая влажность почвы и ее состав, изменяется в определённых пределах даже с учетом погодных условий.

Величина удельного сопротивления грунта определяется измерением на местности, а его усредненные значения для предварительных ориентировочных расчетов сведены в таблицы. Электроды заземлителей с целью уменьшения климатического воздействия заглубляют в землю на 0,7 метра или больше.

Сравнить влияние состава грунтов, влажности, температуры рабочей среды на величину этого показателя можно на основе предлагаемой таблицы.

Таблица приближенных значений удельного сопротивления для грунтов и воды

Металл заземлителя

Для изготовления электродов контура обычно выбирают:

Величину их проводимости легко найти в технических справочниках.

Параметры контура, влияющие на расчет сопротивления заземления R

Кроме удельного сопротивления грунта ρ, при проведении анализа необходимо учитывать:

Устройство заземлителя может быть цельным либо создано из сборной конструкции, выполненной сваркой или на основе соединения резьбой рабочих деталей.

Для расчета его электрического сопротивления используют формулу, приведенную ниже.

где:

L – длина заземлителя (м)
d – диаметр заземлителя (м)
T — заглубление заземлителя (расстояние от поверхности земли до середины заземлителя) (м)

ln — натуральный логарифм

R1 составит 27,8 Ом (при p = 100 Ом*м, L = 3 м, d = 0.05 м (50 мм; для плоских электродов под диаметром понимается их ширина), T = 2 м (T - расстояние от верхнего уровня грунта до середины заглубленного электрода).

Расчет заземления (расчет сопротивления заземления) для нескольких электродов модульного заземления производится как расчет параллельно-соединенных одиночных заземлителей.

Формула расчета с учетом взаимного влияния электродов — коэффициента использования:

где:

R - рассчитываемое сопротивление заземлителя состоящего из нескольких стержней

R₁ - сопротивление одиночного стержня (Ом)

K₁ - коэффициент взаимного влияния электродов

N - количество стержней в заземлителе

Электроды могут располагаться в линию или образовывать треугольник либо другую симметричную геометрическую фигуру.

Расчет заземления, расчет необходимого количества заземляющих электродов

Проведя обратное вычисление получим формулу расчета количества электродов для необходимой величины итогового сопротивления сопротивления (R):

где:
] [ — округление результата в бОльшую сторону.
R – необходимое сопротивление многоэлектродного заземлителя (Ом)
R1 – сопротивление одиночного заземлителя/электрода (Ом)
Ки – коэффициент использования

Расчет заземления из электролитических заземлителей

Для его проведения используются те же принципы, что и при вычислении сопротивления горизонтальных электродов, выполненных в форме обычной трубы. Только учитывается влияние электролита на окружающую его почву. Для этого вводится поправка коэффициента С. Она может изменяться в разных условиях от 0,05 до 0,5.

Формула расчета сопротивления представлена ниже.

где:
ρ – удельное сопротивление грунта (Ом*м )
L – длина заземлителя (м)
d – диаметр заземлителя (м)
T — заглубление (расстояние от поверхности земли до заземлителя) (м)
π — математическая константа Пи (3,141592)
ln — натуральный логарифм
С – коэффициент содержания электролита в окружающем грунта

Электролитическое заземление, принцип работы

Электролитическое заземление изготавливается в виде горизонтального отрезка полой трубы из нержавеющей легированной стали или медных сплавов, устойчивых к процессам коррозии. Через нее происходит насыщение почвы сквозь электроды минеральными солями, обладающими электролитическими свойствами.

1. Колодец для обслуживания
2. Специальная смесь минеральных солей
3. Заполнитель околоэлектродный
4. Электрод — заземлитель

Соли, попадая в грунт, преобразуются под действием влаги почвы в электролит, который:

1. повышает электропроводящие свойства грунта
2. снижает температуру замерзания почвы около электрода и этим дополнительно уменьшает электрическое сопротивление контура заземления

Эффективным приемом повышения работоспособности подобных конструкций является использование активаторов - специальных заполнителей с пониженным удельным сопротивлением. Их размещение снаружи электрода уменьшает переходное сопротивление в направлении от заземлителя к грунту и увеличивает площадь поверхности, с которой происходит токоотдача от электрода.

Характерной особенностью подобных конструкций является то, что коэффициент С с течением времени постепенно уменьшается: сказывается медленное проникновение электролита в толщу грунта и увеличение его объема в нем.

Электролит постепенно выщелачивает соли электрода даже в плотном грунте и понижает коэффициент С от 0,5 до 0,125 уже через полгода после ввода в эксплуатацию.

Все эти особенности работы электролитических заземлителей более точно учитываются при расчете специалистами электротехнических лабораторий.

Видео, монтаж электролитического заземления

Как проверить качество смонтированного контура заземления

Правильность отвода опасных токов от здания можно узнать только двумя путями:

Первый способ самый точный и действенный, но он не позволяет устранить неисправности и часто приводит к печальным последствиям при наличии ошибок. На практике применяют второй метод: привлечение специалистов подготовленных электрических подразделений.

Какие измерения выполняет лаборатория

Среди непосвященных людей часто возникает путаница с основными работами и терминами, выполняемых подобными организациями. Поэтому заострим внимание на их трактовке:

Как видим, все три вида работ очень похожи по названию, но они выполняются по разным технологиям, преследуя собственные, уникальные цели.

Измерения сопротивления заземления предназначены выявить качество связей корпусов металлических приборов, к которым может прикоснуться человек, с потенциалом земли через заземлительное устройство. При этом измеряется электрическое сопротивление этого участка специальными приборами типа М416 или его современными аналогами различных модификаций.

Проверки сопротивления заземления используются для анализа состояния молниезащиты здания. Ее оценка проводится для определения сопротивления контура при наихудших условиях эксплуатации с целью определения степени износа всей конструкции и предоставления рекомендаций по ее восстановлению.

Для замера устанавливают штыри-электроды в нескольких точках местности и подают между ними и контуром разность потенциалов.

Измерения сопротивления изоляции подразумевают:

1. определения тангенса потерь диэлектрического слоя изоляции путем проведения испытаний повышенным напряжением;
2. замеры мегаомметром.

Все эти работы требуют специального дорогостоящего оборудования, которого у обычного электрика нет в пользовании.

Нормы > Все про заземление

РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Расчет заземляющих устройств сводится главным образом к расчету собственно заземлителя, так как заземляющие проводники в большинстве случаев принимаются по условиям механической прочности и устойчивости к коррозии. Исключение составляют лишь установки с выносным заземляющим устройством. В этих случаях рассчитывают последовательно сопротивление соединительной линии и сопротивление заземлителя, чтобы суммарное сопротивление не превышало расчетного.
Расчет сопротивления заземлителя проводится в следующем порядке:
1. Устанавливается необходимое по ПУЭ допустимое сопротивление заземляющего устройства . Если заземляющее устройство является общим для нескольких электроустановок, то расчетным сопротивлением заземляющего устройства является наименьшее из требуемых.
2. Определяется необходимое сопротивление искусственного заземлителя с учетом использования естественного заземлителя, включенного параллельно, из выражений

где - расчетное сопротивление заземляющего устройства по п. 1; - сопротивление искусственного заземлителя; - сопротивление естественного заземлителя.
3. Определяется расчетное удельное сопротивление грунта с учетом повышающих коэффициентов, учитывающих высыхание грунта летом и промерзание его зимой.
При отсутствии точных данных о грунте можно воспользоваться табл. 12-1, где приведены средние данные по сопротивлениям грунтов, рекомендуемые для предварительных расчетов.

Таблица 12-1 Удельное сопротивление грунтов

Повышающие коэффициенты k для различных климатических зон приведены в табл. 12-2 для горизонтальных и вертикальных электродов.
4. Определяется сопротивление растеканию одного вертикального электрода по формулам из табл. 12-3. Эти формулы даны для стержневых электродов из круглой стали или труб. При применении углов для вертикальных электродов в качестве диаметра подставляется эквивалентный диаметр уголка

где b - ширина сторон уголка.

Таблица 12-2 Значения коэффициента k для различных климатических зон

Таблица 12-3 Расчет сопротивлений растеканию одного электрода

5. Определяется примерное число вертикальных заземлителей n при предварительно принятом коэффициенте использования :

где - необходимое сопротивление искусственного заземлителя.
Коэффициенты использования вертикальных заземлителей даны в табл. 12-4 в случае расположения их в ряд и в табл. 12-5 в случае размещения их по контуру без учета влияния горизонтальных электродов связи.
6. Определяется сопротивление растеканию горизонтальных электродов по формулам из табл. 12-3. Коэффициенты использования горизонтальных электродов для предварительно принятого числа вертикальных электродов принимаются по табл. 12-6 при расположении их в ряд и по табл. 12-7 при расположении их по контуру.

Таблица 12-4 Коэффициенты использования вертикальных электродов

Таблица 12-5 Коэффициенты использования вертикальных электродов

Таблица 12-6 Коэффициенты использования горизонтальных электродов

Таблица 12-7 Коэффициенты использования горизонтальных электродов

7. Уточняется необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом проводимости горизонтальных соединительных электродов из выражений

где - сопротивление растеканию горизонтальных электродов, определенное в п. 6.
8. Уточняется число вертикальных электродов с учетом коэффициентов использования по табл. 12-4 или 12-5:

Окончательно принимается число вертикальных электродов из условий размещения.
9. Для установок выше 1000 В с большими токами замыкания на землю проверяется термическая стойкость соединительных проводников по формуле (12-5).

Пример 12-1. Требуется рассчитать заземление подстанции 110/10 кВ со следующими данными: наибольший ток через заземление при замыканиях на землю на стороне 100 кВ 3,2 кА; наибольший ток через заземление при замыканиях на землю на стороне 10 кВ 42 А; грунт в месте сооружения подстанции - суглинок; климатическая зона 2; дополнительно в качестве заземления используется система тросы - опоры с сопротивлением заземления 1,2 Ом.

Решение
1. Для стороны 110 кВ требуется сопротивление заземления 0,5 Ом. Для стороны 10 кВ по формуле (12-6)

где расчетное напряжение на заземляющем устройстве принято равным 125 В, так как заземляющее устройство используется также для установок подстанции до 1000 В. Таким образом, в качестве расчетного принимается сопротивление .
2. Сопротивление искусственного заземлителя рассчитывается с учетом использования системы тросы - опоры;

3. Рекомендуемое для предварительных расчетов удельное сопротивление грунта в месте сооружения заземлителя - суглинке по приведенным выше данным составляет 100 Ом Ч м. Повышающие коэффициенты для климатической зоны 2 по табл. 12 2 принимаются равными 4,5 для горизонтальных протяженных электродов при глубине заложения 0,8 м и 1,8 для вертикальных стержневых электродов длиной 2-3 м при глубине заложения их вершины 0,5-0,8 м.
Расчетные удельные сопротивления:
для горизонтальных электродов

для вертикальных электродов

4. Определяется сопротивление растеканию одного вертикального электрода - уголка № 50 длиной 2,5 м при погружении ниже уровня земли на 0,7 м по формуле из табл. 12-3:

где

6. Определяется сопротивление растеканию горизонтальных электродов - полос 40 X 4 мм2, приваренных к верхним концам уголков. Коэффициент использования соединительной полосы в контуре при числе уголков порядка 100 и отношении по табл. 12-7 равен: .
Сопротивление растеканию полосы по формуле из табл. 12-3

7. Уточненное сопротивление вертикальных электродов

Принятом из табл. 12-5 при n =100 и :

Окончательно принимается 117 уголков.
Дополнительно к контуру на территории подстанции устраивается сетка из продольных полос, расположенных на расстоянии 0,8-1 м от оборудования, с поперечными связями через каждые 6 м. Дополнительно для выравнивания потенциалов у входов и въездов, а также по краям контура прокладываются углубленные полосы. Эти неучтенные горизонтальные электроды уменьшают общее сопротивление заземления; проводимость их идет в запас.
9. Проверяется термическая стойкость полосы 40 X 4 мм2. Минимальное сечение полосы из условий термической стойкости при к. з. на землю по формуле (12-5) при приведенном времени прохождения тока к. з.

Таким образом, полоса 40 X 4 мм2 условию термической стойкости удовлетворяет.

По результатам примера 12-1 можно видеть, что при достаточно большом количестве вертикальных электродов горизонтальные электроды, соединяющие верхние концы вертикальных, весьма слабо влияют на результирующее расчетное сопротивление контура заземления. При этом также обнаруживается дефект существующей методики расчета для случаев, когда требуется достаточно малое сопротивление контура. В выполненном примерном расчете этот дефект выявился в том, что учет дополнительной проводимости контура от горизонтальной соединительной полосы привел не к уменьшению потребного количества вертикальных электродов, а наоборот, к его увеличению примерно на 5%. На основании этого можно рекомендовать в подобных случаях рассчитывать необходимое количество вертикальных электродов без учета дополнительной проводимости соединительных и других горизонтальных полос, полагая, что их проводимость будет идти в запас надежности.

Пример 12-2. Требуется рассчитать заземление подстанции с двумя трансформаторами 6/0,4 кВ мощностью 400 кВ Ч А со следующими данными: наибольший ток через заземление при замыкании на землю со стороны 6 кВ 18 А; грунт в месте сооружения - глина; климатическая зона 3; дополнительно в качестве заземления используется водопровод с сопротивлением растеканию 9 Ом.
Решение
Предполагается сооружение заземлителя с внешней стороны здания, к которому примыкает подстанция, с расположением вертикальных электродов в один ряд на длине 20 м; материал - круглая сталь диаметром 20 мм, метод погружения - ввертыванием; верхние концы вертикальных стержней, погруженные на глубину 0,7 м, приварены к горизонтальному электроду из той же стали.
1. Для стороны 6 кВ требуется сопротивление заземления, определяемое формулой (12-6) :

где расчетное напряжение на заземляющем устройстве принято равным 125 В, так как заземляющее устройство выполняется общим для сторон 6 и 0,4 кВ. Далее согласно ПУЭ сопротивление заземлителя не должно превышать 4 Ом.
Расчетным, таким образом, является сопротивление заземления .
2. Сопротивление искусственного заземлителя рассчитывается с учетом использовании водопровода в качестве параллельной ветви заземления:

3. Рекомендуемое для расчетов сопротивление грунта в месте сооружения заземлителя - глины по табл. 12-1 составляет 70 Ом Ч м. Повышающие коэффициенты для климатической зоны 3 но табл. 12-2 принимаются равными 2,2 для горизонтальных электродов при глубине заложения 0,8 м и 1,5 для вертикальных электродов длиной 2--3 м при глубине заложения их вершины 0,5-0,8 м.
Расчетные удельные сопротивления грунта:
для горизонтальных электродов

для вертикальных электродов

4. Определяется сопротивление растеканию одного стержня диаметром 20 мм и длиной 2 м при погружении ниже уровня земли на 0,7 м по формуле из табл. 12-3:

5. Определяется примерное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования :

6. Определяется сопротивление растеканию горизонтального электрода из круглой стали диаметром 20 мм, приваренного к верхним концам вертикальных стержней. Коэффициент использовании горизонтального электрода в ряду из стержней при числе их примерно равном 5 и отношении расстояния между стержнями к длине стержня в соответствии с табл. 12-6 принимается равным 0,86.
Сопротивление растеканию горизонтального электрода по формуле из табл. 12-3

7. Уточненное сопротивление растеканию вертикальных электродов

8. Уточненное число вертикальных электродов определяется при коэффициенте использования , принятом из табл. 12-4 при n =4 и :
| Электромашины | Оборудование | Нормы | Подстанция |