2.3. Расчет защитного заземления.

Расчет заземления электроустановок напряжением до 1 кВ, а также свыше 1 до 35 кВ включительно выполняют обычно методом коэффициентов использования по допустимому сопротивлению заземлителя растеканию тока. При этом допускается, что заземлитель размещен в однородной земле.

Цель расчета: Определение количества и длины вертикальных заземлителей , длины горизонтальных соединительных элементов и схемы размещения в земле, при которых сопротивление заземляющего устройства растеканию тока или напряжение прикосновения при замыкании фазы на заземленные части электроустановок не превышают допустимых значений.

Порядок расчета следующий.

1. Определяют расчетный тока замыкания по формуле:

I₃ = U_л ∙ (35l_к+l_в)/350 , А , (2.3.1.)

2. Определяют и рассчитывают необходимое сопротивление заземляющего устройства R_з в соответствии с табл. 2.3.1 . В случае, если R_з больше допустимого значения, то в дальнейших расчетах R_з принимают равным допустимому значению.

Таблица 2.3.1 Сопротивления защитных заземлителей в электрических установках

Характеристика установок	Допустимое сопротивление заземлителей Rз, Ом
Установки напряжением выше 1000 В. Защитное заземление в установках с большими токами замыкания на землю (IЗ > 500 А)	RЗ  0,5
Заземляющее устройство одновременно используется для установок напряжением до и выше 1000 В ( Iз < 500 А)	RЗ = 125 / IЗ  4
Заземляющее устройство используется только для установок выше 1000 В и током замыкания на землю IЗ < 500 A	RЗ = 250 / IЗ  10
Электроустановки напряжением 380 / 220 В	RЗ  4

3. Определяют расчетное удельное сопротивление грунта ρ_р:

ρ_р = ρ_изм ∙  , Ом ∙ м (2.3.2.)

где ρ_изм – удельное электрическое сопротивление грунта, полученное измерением или из справочной литературы (табл.2.3.2); - коэффициента сезонности, значение которого зависит от климатической зоны; (для четвертой климатической зоны со средними низшими температурами в январе от 0 до – 5 ⁰С и высшими в июле от +23 до +26 ⁰С = 1,3).

При высоком удельном сопротивлении земли применяют способы искусственного снижения ρ_изм в целях уменьшения размеров и количества используемых электродов и площади территории, занимаемой заземлителем. Существенного результата достигают химической обработкой области вокруг заземлителей с помощью электролитов, либо путем укладки заземлителей в котлованы с насыпным углем, коксом, глиной.

Таблица 2.3.2. Приближенные значения удельного электрического

сопротивления различных грунтов, Ом∙м

Вид земли и воды	ρизм, Ом∙м	Вид земли и воды	ρизм, Ом∙м
Кокс, коксовая мелочь	2–5	Пахотная земля, смешанный грунт	20–80
Торф	10–30	Почва	10–300
Садовая земля	20–60	Супесь водонасыщенная (текучая)	20–60
Чернозем	10–50	Супесь влажная (пластинчатая)	100–200
Каменный уголь	100–150	Супесь слабовлажная (твердая)	200–400
Известняк пористый	150–200	Песок при глубине залегания вод менее 5 м	300–700
Глины пластиночные	3–80	Песок при глубине залегания вод 6–10 м	500–1500
Глины полутвердые	40–80	Суглинок полутвердый (слабовлажный)	5–150
Суглинок пластичный (влажный)	5–40	Гравий, щебень	4000–7000

4. При использовании искусственных заземлителей вначале выбирают материал, тип и размеры заземлителей.

В качестве заземлителей применяют стальные трубы с толщиной стенок 35 – 50 мм, длиной 2 – 3 м; угловую сталь толщиной не менее 4 мм; прутковую сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м. Заземлители размещают в земле вертикально на глубине 0,5 – 0,8 м и соединяют при помощи сварки горизонтальной металлической полосой шириной 20-40 мм.

        

       

в)

Рис.2.3.1. Схематическое изображение заземлителей: а – стержневой (трубчатый); б – уголковый.

Сопротивления одиночного вертикального стержневого заземлителя, заглубленного ниже уровня земли на t₀ ,м определяется по формуле:

, Ом (2.3.3)

где: ρ_р – расчетное удельное сопротивление грунта, Омм;

l – длина стержня, м;

d – диаметр стержня, м;

t – расстояние от поверхности земли до середины заземлителя, м;

t₀ – глубина забивки заземлителя, м.

5. Определяют приближенное число заземлителей:

, шт (2.3.4.)

где R_з – допустимое сопротивление защитного заземления

(по табл. 2.3.1.), Ом

6. По приближенному числу заземлителей – n и по отношению расстояния между заземлителями а к длине вертикального заземлителя l, определяют коэффициент использования заземлителей η_из (табл. 2.3.3); а/ l принимают равным 1; 2; З.

Таблица 2. 3.3. Коэффициенты использования вертикальных электродов группового заземлителя без учета влияния горизонтального электрода

Отношение расстояния между вертикальными электродами к их длине а/ l	Число вертикальных электродов
	2	4	6	10	20	40	60	100
Размещение вертикальных электродов в ряд
1 2 3	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	– – –	– – –	– – –
Размещение вертикальных электродов по контуру
1 2 3	– – –	0,69 0,78 0,85	0,61 0,73 0,80	0,56 0,68 0,76	0,47 0,63 0,71	0,41 0,58 0,66	0,39 0,55 0,64	0,36 0,52 0,62

Таблица 2.3.4. Коэффициенты использования горизонтального полосового электрода, соединяющего вертикальные электроды группового заземлителя

Отношение расстояния между вертикальными электродами к их длине а/ l	Число вертикальных электродов
	2	4	6	10	20	40	60	100
Размещение вертикальных электродов в ряд
1 2 3	0,85 0,94 0,96	0,77 0,84 0,92	0,72 0,80 0,88	0,62 0,75 0,82	0,42 0,56 0,68	– – –	– – –	– – –
Размещение вертикальных электродов по контуру
1 2 3	– – –	0,45 0,55 0,70	0,40 0,48 0,64	0,34 0,40 0,56	0,27 0,32 0,45	0,22 0,29 0,39	0,20 0,27 0,36	0,19 0,23 0,33

7. Предварительное определение количества заземлителей:

, шт. (2.3.5.)

8. Сопротивление полосы (без учета коэффициента использования полосы), соединяющей одиночные вертикальные стержни заземлителя определяется по формуле:

, Ом (2.3.6.)

где: b – ширина полосы, равная 20– 40 мм; l₁ – длина полосы, соединяющей заземлители по контуру равна периметру Р, м.

Если предварительное количество заземлитетей n_з ≤ 20, тозаземлители располагаются в ряд. В этом случае длина соединительной полосы определяется по формуле :

(2.3.7.)

где a – расстояние между заземлителями ;

а = (1÷3)×l; l – длина вертикального заземлителя.

9. Сопротивление соединительной полосы с учетом коэффициента использования (табл. 2.3.4):

, Ом (2.3.8.)

10. Уточняется необходимое сопротивление вертикальных стержневых заземлителей с учетом сопротивления полосы:

, Ом (2.3.9.)

11. Уточненное количество заземлителей с учетом коэффициента использования заземлителей, определяется по формуле:

, шт (2.3.10.)

12. Выполняется схема защитного заземления в соответствии с результатами и исходными данными расчета (Рис. 2.2.3, 2.3.4).