12.3. Расчет заземляющих устройств

Выбор параметров заземлителя производится с учетом ограничений длин сторон контура и расстояния между вертикальными заземлителями:

(12.5)

где L₁, L₂ длины сторон контура, принятые в расчете; L_lmin, L_2min, L_1max L_2max, - минимально и максимально допустимые длины первой и второй сторон контура; — расстояние между вертикальными электродами; l_в — длина вертикального электрода.

Заземлитель может быть простым и сложным. Простой заземлитель выполняется в виде замкнутого контура или полосы с вертикальными заземлителями. Расчет простых заземлителей ведется методом коэффициента использования.

Сложный заземлитель выполняется в виде замкнутого контура с вер­тикальными электродами и сеткой продольных и поперечных заземляющих проводников. Метод расчета допускает замену сложного заземлителя с примерно регулярным размещением электродов квадратной ра-

298

счетной моделью при условии равенства площадей размещения заземлителя S₁, общей длины L_г горизонтальных полос и глубины их заложения t_г , числа п и длины l_в вертикальных заземлителей.

В качестве расчетной можно принять двухслойную модель неоднородной земли с удельным сопротивлением слоев — верхнего ₁ толщиной h₁ и нижнего ₂. Предусматривается расчет естественных заземлителей — подводящих ЛЭП ГПП и железобетонных фундаментов здания, внутри или вблизи которого располагаются заземляемые электроустановки.

Проверка возможности использования железобетонных фундаментов зданий в качестве заземлителей основана на необходимости использования этих фундаментов в качестве заземлителей без сооружения искусственных заземлителей. Для электроустановки напряжением выше 1 кВ с глухозаземленной нейтралью

(12.6)

где S — площадь, ограниченная периметром здания, м²; _э — удельное эквивалентное электрическое сопротивление земли, Омм; k — коэффициент, Ом^-1; k = 1 при _э  5  10², k = 500/_э при 510² < _э < 510³, k =0,1 при _э 510³.

Для электроустановки напряжением выше 1 кВ с изолированной нейтралью

(12.7)

где I - расчетный ток короткого замыкания на землю, кА; k =410 В^-1 — для заземляющих устройств, одновременно использующихся для электроустановок напряжением до 1 кВ; k = 210 В^-1 - для заземляющих устройств, использующихся только для электроустановок напряжением выше .1 кВ.

Для электроустановки напряжением до 1 кВ

S > S₀,

где S₀ — критический периметр, определяемый справочными данными.

Расчет удельного эквивалентного электрического земли (грунта) производится по формуле

(12.8)

где ₁, ₂- удельное электрическое сопротивление верхнего и нижнего слоев земли, Омм (табл. 12.1); h₁ — толщина верхнего слоя зем-

299

Таблица 12.1. Удельное сопротивление грунтов

Наименование грунта	Удельное со­противление , Омм	Наименование грунта	Удельное со­противление , Омм
Глина (слой 7-10 м, да- лее скала, гравий)	70	Скала	4000
		Суглинок	100
Глина каменистая (слой	100	Супесок	300
1-3 м, далее гравий)		Торф	20
		Чернозем	30
Земля садовая	50	Вода:
Известняк	2000	грунтовая	50
Лёсс	250	морская	3
Мергель	2000	прудовая	50
Песок	500	речная	100
Песок крупнозернистый с валунами	1000

ли (м);  - коэффициенты:

 = 3,6,  = 0,1 при ₁ > ₂;

 = 1,1,  = 0,3 при ₁ < ₂.

При расчете заземляющего устройства для главной понизительной подстанции учитывается сопротивление системы трос—опора как есте­ственный заземлитель.

Простые заземлители используются в основном для установок на­пряжением до 1 кВ и 6—35 кВ с изолированной нейтралью. Часто применяют заземлитель из вертикальных электродов диаметром 16 мм, соединенных полосой 40 х 4 мм.

Сопротивление вертикального электрода, находящегося в двухслойной земле (или в однородной, но с учетом промерзания или высыхания верхнего слоя), определяется формулой

(12.9)

где ₁ , ₂ — удельные сопротивления соответственно верхнего и ниж­него слоев земли, Омм; l₁, l₂ - части электродов, находящиеся в верхнем и нижнем слоях земли, м; l_в — длина электрода, м; d -внешний диаметр электродов, м; t_l — глубина заложения, равная расстоянию от поверхности земли до середины электрода, м. Формула справедлива для стержней электродов из круглой стали или труб. При при-

300

менении уголка для вертикальных электродов в качестве диаметра подставляется эквивалентный диаметр уголка d_у.э =0,956, где b — ширина сторон уголка.

Определяется ориентировочное число вертикальных заземлителей п при предварительно принятом коэффициенте использования К_и и необходимом суммарном сопротивлении R_b из вертикальных электродов:

(12.10)

Коэффициенты использования вертикальных заземлителей в случае расположения их в ряд даны в табл. 12.2. Для случая размещения их по контуру и для другой конфигурации имеются соответствующие справочные таблицы. В таблице /l - отношение расстояния между вертикальными электродами к их длине.

Сопротивление растеканию горизонтального полосового электрода определяется по формуле

(12.11)

где l — длина полосы, м; b — ширина полосы, м; t — глубина заложения, м.

Сопротивление горизонтального полосового электрода, соединяющего вертикальные (в контуре)

(12.12)

где _г — коэффициент использования горизонтальных заземлителей, который определяется справочными данными или интерполированием табличных данных. В частности, можно использовать данные табл. 12.2 с увеличением значений К_и на 10-20%; R_г - необходимое сопротивле-

Таблица 12.2. Коэффициенты использования вертикальных электродов К_и при расположении их в ряд

Число Электродов, шт.	Отношение /l
	1	2	3
2	0,84	0,9	0,93
3	0,76	0,85	0,9
5	0,67	0,79	0,85
10	0,56	0,72	0,79
15	0,51	0,66	0,76
20	0,47	0,65	0,74

301

ние горизонтальных электродов. Сопротивление заземлителя

(12.13)

Уточняются необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом проводимости горизонтальных соединительных электродов и число вертикальных электродов.

Для установок напряжением выше 1 кВ в сетях с эффективно заземленной нейтралью заземляющие проводники проверяются на термическую стойкость в соответствии с §7.2,7.3.

Стоимость монтажа заземляющего устройства рассчитывается по формуле

где С_в, С_п — удельные стоимости монтажа вертикального электрода и соединительной полосы; К_с — поправочный коэффициент на разработку грунта; С_раз - затраты на разработку грунта; С_зас — затраты на засыпку грунта; К_нак — коэффициент накладных расходов; К₃ — объем земляных работ, приходящихся на 1 м траншеи и равных 0,35 м³ (при глубине 0,7 и ширине 0,5 м); L - общая длина соединительной полосы, м.