3.16 Розрахунок заземлення і засобів грозозахисту.

Вихідними даними для розрахунку заземлень електрообладнання на підстанціях і в цехах промислових підприємств є опір природних заземлювачів Rе, питомий опір ґрунту , струм замикання на землю в електромережі з ізольованою нейтраллю напругою вище 1000 В Із і кліматична зона.

Розрахунок слід починати з визначення нормативної межі допустимого опору заземлення. Якщо на підстанції є напруга тільки більша І000 В, то допустимий опір заземлення Rз.дoп, Ом, визначається з формули:

Rз.доп=250/Із (3.110)

де Із - струм замикання на землю в електромережі вище 1000 В, А.

Якщо опір Rз.доп, визначений з формули (3.110), перевищує 10 Ом, то слід обмежитися величиною Rз.доп =10 Ом.

Якщо на підстанції є напруга вище і нижче 1000 В, то опір Rз.доп, Ом, розраховується з формули:

Rз.доп=125/Із (3.111)

але не повинен перевищувати 2; 4 і 8 Ом для електромереж 660; 380 і 220 В відповідно при умові, що питомий опір ґрунту не перевищує 100 Ом*м . Якщо >100 Ом*м, то межа допустимого опору, розрахована з формули (3.111) не повинна перевищувати значень, підрахованих з формул, що занесені в таблицю 3.14 в залежності від номінальної напруги електромережі нижче І000 В.

Таблиця 3.14 - Допустимий опір відповідно напругам електромереж

	межа допустимого опору
При Uн=660 В	Rз.доп 0,02
При Uн=380 В	Rз.доп 0,04
При Uн=220 В	Rз.доп 0,08

Визначають перехідний опір заземлення одного вертикального заземлювача Rов, Ом, по одній з двох формул 3.112 або 3.113. Формула 3.112 є точною, а формула 3.113 – наближеною:

Rов= * *Кмв*(lg +0,5lg ) (3.112)

Rво 0,3* *Кмв (3.113)

де l - довжина вертикального заземлювача, м;

- питомий опір грунту, Ом*м;

Кмв - коефіцієнт сезонності для вертикальних заземлювачів, що береться з таблиці 3.15;

d - зовнішній діаметр вертикального заземлювача (штиря або труби), м. Якщо вертикальними заземлю­вачами с косині, то замість d. в формулу 3.112 підставляють 0,95b, де b - ширина полки косинця, м;

t - глибина закладання заземлювача (відстань від поверхні землі до середини заземлювача), м.

Таблиця 3.15 – Коефіцієнти сезонності.

Кліматична зона	Вид заземлювача		Додаткові відомості
	вертикальний	горизонтальний
І	1,9	5,8	Глибина залягання вертика-льнивх заземлювачів від по-верхні землі 0,5…0,7 м.
ІІ	1,7	4,0	Глибина залягання горизон-тальних заземлювачів 0,3…0,8 м
ІІІ	1,5	2,3
ІV	1,3	1,8

З урахуванням наявності величини природного заземлення Rе знаходять верхню межу штучного опору заземлення, Rз.доп.и, Ом, який сумісно з R е не перевищить допустимого опору заземлення Rз.доп:

Rз.доп.и (3.114)

Знаходять орієнтовну кількість вертикальних заземлювачів nв, шт., з формули:

nв= (3.115)

Величину nв можна округлити не тільки в більший, але і в менший бік, тому що паралельно вертикальним заземлювачам буде підключений і горизонтальний заземлювач, що додатково знизить опір.

Знаючи орієнтовне значення кількості вертикальних заземлювачів і обравши відстань між ними а, м, а також визначившись як забивати вертикальні заземлювачі - в лінію, або по контуру, знаходять коефіцієнти використання вертикальних і горизонтальних заземлювачів в і г з таблиці 3.16. Бажано щоб співвідношення відстані між вертикальними заземлювачами а до їх довжини l було цілим числом, тобто =m - ціле число, щоб не виникало потреби інтерполювати при визначенні з таблиці 3.16 коефіцієнтів використання.

Таблиця 3.16 – Значення коефіцієнтів використання електродів

nв							Додаткові відомості
	1		2		3
	в	г	в	г	в	г
4	0,69 0,74	0,45 0,77	0,78 0,83	0,55 0,89	0,85 0,88	0,7 0,92	Чисельник для контурного зазем-люючого прис-трою, а знамен-ник – для рядного
6	0,62 0,63	0,4 0,71	0,73 0,77	0,48 0,83	0,8 0,83	0,64 0,88
10	0,55 0,59	0,34 0,62	0,69 0,75	0,4 0,75	0,76 0,81	0,56 0,82
20	0,47 0,49	0,27 0,42	0,64 0,68	0,32 0,56	0,71 0,77	0,45 0,68
30	0,43 0,43	0,24 0,31	0,6 0,63	0,3 0,46	0,68 0,75	0,41 0,58

Визначають довжину горизонтального заземлювача lг, м, з формули:

lг=а(nв – 1) (3.116)

Визначають опір всіх вертикальних заземлювачів Rв , Ом., з урахуванням коефіцієнту використання:

Rв = (3.117)

Визначають опір горизонтального заземлювача Rг, Ом, для якого обирають стальну штабу шириною b, м:

Rг= *Кмг*lg (3.118)

де Кмг - коефіцієнт сезонності для горизонтальних зазем­лювачів, що береться з таблиці 3.15;

b - ширина стальної штаби, м;

t - глибина залягання стальної штаби від поверхні землі, м.

Визначають розрахункове значення штучного заземлюючого пристрою Rи.розр, Ом, з формули:

Rи.розр= (3.119)

і порівнюють його з Rз.доп.и, визначеними з формули 3.114. Повинно виконуватись рівняння:

Rи.розр Rз.доп.и (3.120)

Захист наземних об'єктів від прямих ударів блискавки здійснюється окремо стоячими високими спорудами, що закінчуються загостреними металевими штирями, так званими диверторами. Кожний дивертор має бути добре заземлений за допомогою металевої штаби, яка з'єднує його з окремим грозозахисним заземлюючим пристроєм найкоротшим шляхом без згинань під великими кутами.

Кожен дивертор утворює під собою захисну зону у вигляді шатра, в яку ніколи не влучає блискавка, як показано на рисунку 12.

1- дивертор; 2 – наземний об’єкт, що підлягає захисту; 3 – межа зони захисту; Н – висота дивертора над поверхнею землі, м; h_х – висота об’єкту, що підлягає захисту, м; h_а – висота перевищення дивертора над об’єктом, що підлягає захисту, м; r_х – радіус захисної зони дивертора на висоті об’єкту, що захищається, м.

Рисунок 12 – Схема захисту наземного об’єкта окремо стоячим дивертором.

Із схеми видно, що Н = h_x+ h_а. Радіус захисної зони r_х,м, на висоті h, м, зв'язаний з іншими розмірами емпіричною формулою

r_х= *Р (3.121)

де Р - поправний коефіцієнт. Для диверторів висотою Н до 30 м р= 1, а для диверторів Н>30 м:

Р=

Слід пам'ятати, що відстань між об'єктом, що захищається і дивертором має бути не менш 5 м, щоб запобігти перекриття зі струмовідводу на об'єкт при ударі блискавки в дивертор.

Значно більші можливості захисту наземних об'єктів, що розташовані на великій площі, можна одержати від декількох диверторів при умові їх сумісної дії. Сумісно діяти дивертори будуть лише тоді, коли відстань між ними а, м, не буде перевищувати семикратної висоти перевищення цих диверторів h_a, м, над висотою об'єкта, що захищається, h_х, тобто буде задовольнятись умова:

7 (3.122)

На рисунку 13 показані захисні зони двох однакових по висоті диверторів в вертикальній і горизонтальній площинах.

Висота межі сумісної захисної зони (найнижча точка захисної зони між двома диверторами) ho, м, визначається з формули:

ho=H - (3.123)

Радіус rx, м, визначається з формули 3.121. Найменша ширина захисної зони bx, м, на висоті hx визначається з кривих, приведених на рисунку 12.10 [1,507] або на рисунку 14, які встановлюють залежність ( ) від співвідношення і величини hx.

Щоб зробити креслення сумісної захисної зони двох диверторів через середину відстані між ними проводять вертикальну лінію, на якій буде центр кола О₁. Щоб знайти цей центр, визначають ho з формули (3.123) і таким чином одержують точку О, через яку пройде дуга кола радіуса R, що водночас проходить і через вершини диверторів А і В. Визначивши точку О, з'єднують її хордами АО і ОВ з вершинами диверторів. Далі викреслюють перпендикуляри к цім хордам, які перетнуться в точці О₁, яка і є центром кола радіуса R.

А і В - вершини двох диверторів висотою Н, м; а - відстань між двома диверторами, що створюють захисну зону радіуса R, м, у вертикальній площині; hо - висота межі сумісної захисної зони двох диверторів від поверхні землі в середині відстані між диверторами; rx - радіус захисної зони кожного дивертора в горизонтальній площині на висоті hx, м; bх - найменша ширина захисної зони в горизонтальній площині на висоті hx; АО і ОВ - хорди кола радіусом R.

Р исунок 13 - Зона захисту двох диверторів висотою Н до 60 м.

а) б)

а – для а/hа=0–7; б – для а/hа=5–7

Рисунок 14 – Значення найменшої ширини зони захисту bх двох

стрижневих диверторів.

Знайшовши в кривих залежність ( ) визначають найменшу ширину захисної зони в середині між двома диверторами bx, м, в горизонтальній площині на висоті hx, м, з формули:

bx=( )*2*ha (3.119)

де ( ) – коефіцієнт, цифрове значення якого визначають з кривих.