Obliczanie urządzenia uziemiającego programu pętli uziemienia. Obliczanie urządzeń uziemiających

System uziemiający zapewnia bezpieczeństwo mieszkańców i nieprzerwaną pracę urządzeń elektrycznych. Uziemienie zapobiega porażeniu prądem w przypadku upływu prądu do elementów metalowych nie przewodzących prądu, które powstają w przypadku uszkodzenia izolacji. Stworzenie systemu bezpieczeństwa jest odpowiedzialnym wydarzeniem, dlatego przed jego wykonaniem konieczne jest obliczenie uziemienia.

Ziemia naturalna

W czasach, gdy lista urządzeń gospodarstwa domowego w domu ograniczała się do jednego telewizora, lodówki i pralki, urządzenia uziemiające były rzadko używane. Ochronę przed upływem prądu przypisano naturalnym przewodom uziemiającym, takim jak:

• nieizolowane rury metalowe;
• obudowa studni wodnych;
• elementy metalowych ogrodzeń, latarni ulicznych;
• oplatanie sieci kablowych;
• stalowe elementy fundamentów, słupy.

Najlepszą opcją dla naturalnego uziemienia jest stalowa magistrala wodociągowa. Dzięki dużej długości rury wodociągowe minimalizują opór na przepływający prąd. Skuteczność rur wodociągowych osiąga się również dzięki ich układaniu poniżej poziomu sezonowego zamarzania, a zatem ani ciepło, ani zimno nie wpływają na ich właściwości ochronne.

Elementy metalowe podziemnych wyrobów betonowych nadają się do wykonania systemu uziemienia, jeżeli spełniają następujące wymagania:

• jest wystarczający (zgodnie z normami Przepisów Instalacji Elektrycznej) kontakt z gliną, gliną piaszczystą lub mokrym podłożem piaszczystym;
• podczas budowy fundamentu wyprowadzono zbrojenie w dwóch lub więcej sekcjach;
• elementy metalowe mają połączenia spawane;
• odporność wzmocnienia zgodna z przepisami UEP;
• istnieje połączenie elektryczne z szyną uziemiającą.

Notatka! Z całej listy powyższych naturalnych uziemień obliczane są tylko podziemne konstrukcje żelbetowe.

Sprawność działania uziemienia naturalnego ustalana jest na podstawie pomiarów wykonanych przez osobę upoważnioną (przedstawiciela firmy Energonadzor). Na podstawie przeprowadzonych pomiarów specjalista wyda zalecenia dotyczące konieczności zainstalowania dodatkowego obwodu do naturalnej pętli uziemienia. Jeżeli ochrona naturalna spełnia wymagania przepisów, Zasady Instalacji Elektrycznej wskazują na niestosowność dodatkowego uziemienia.

Obliczenia dla sztucznego urządzenia uziemiającego

Wykonanie absolutnie dokładnego obliczenia uziemienia jest prawie niemożliwe. Nawet profesjonalni projektanci operują przybliżoną liczbą elektrod i odległościami między nimi.

Powodem złożoności obliczeń jest duża liczba czynników zewnętrznych, z których każdy ma istotny wpływ na system. Na przykład niemożliwe jest przewidzenie dokładnego poziomu wilgotności, rzeczywista gęstość gleby, jej rezystywność itd. nie zawsze są znane. Ze względu na niepełną pewność danych wejściowych ostateczna rezystancja zorganizowanej pętli uziemienia ostatecznie różni się od wartości bazowej.

Różnicę w zaprojektowanych i rzeczywistych wskaźnikach niweluje się, instalując dodatkowe elektrody lub zwiększając długość prętów. Niemniej jednak wstępne obliczenia są ważne, ponieważ pozwalają:

• odmówić zbędnych wydatków (lub przynajmniej je zmniejszyć) na zakup materiałów, na roboty ziemne;
• wybrać najbardziej odpowiednią konfigurację systemu uziemiającego;
• wybierz właściwy kierunek działania.

Aby ułatwić obliczenia, dostępne jest różnorodne oprogramowanie. Aby jednak zrozumieć ich pracę, niezbędna jest pewna wiedza na temat zasad i charakteru obliczeń.

Elementy ochronne

Uziemienie ochronne obejmuje elektrody zainstalowane w ziemi i elektrycznie połączone z szyną uziemiającą.

System składa się z następujących elementów:

1. Pręty metalowe. Jeden lub więcej metalowych prętów kieruje prąd rozprzestrzeniający się do gruntu. Zwykle jako elektrody stosuje się kawałki długiego metalu (rury, kątowniki, okrągłe wyroby metalowe). W niektórych przypadkach stosowana jest blacha stalowa.
2. Przewód metalowy, który łączy kilka przewodów uziemiających w jeden system. Zwykle w tym charakterze stosuje się poziomy przewodnik w postaci narożnika, pręta lub paska. Do końców elektrod zakopanych w ziemi przyspawane jest metalowe wiązanie.
3. Przewód łączący elektrodę uziemiającą umieszczoną w ziemi z magistralą mającą połączenie z chronionym sprzętem.

Ostatnie dwa elementy nazywane są tak samo - przewodem uziemiającym. Oba elementy pełnią tę samą funkcję. Różnica polega na tym, że wiązanie metalowe znajduje się w ziemi, a przewód do podłączenia ziemi do szyny znajduje się na powierzchni. Pod tym względem przewodniki podlegają nierównym wymaganiom dotyczącym odporności na korozję.

Zasady i reguły obliczeń

Gleba jest jednym z elementów składowych systemu uziemiającego. Jego parametry są ważne i biorą udział w obliczeniach w taki sam sposób, jak długość części metalowych.

Przy wykonywaniu obliczeń stosuje się wzory określone w Przepisach Instalacji Elektrycznej. Wykorzystywane są dane zmienne zbierane przez instalatora systemu oraz parametry stałe (dostępne w tabelach). Stałe dane obejmują np. odporność gruntu.

Wyznaczenie odpowiedniego konturu

Przede wszystkim musisz wybrać kształt konturu. Projekt jest zwykle wykonywany w formie pewnej figury geometrycznej lub prostej linii. Wybór konkretnej konfiguracji zależy od wielkości i kształtu witryny.

Najłatwiejszy sposób na zaimplementowanie obwodu liniowego, ponieważ do instalacji elektrod wystarczy wykopać tylko jeden prosty rów. Zainstalowane w linii elektrody będą jednak ekranowane, co pogorszy sytuację z prądem rozpływowym. W związku z tym przy obliczaniu uziemienia liniowego stosuje się współczynnik korekcji.

Najczęstszym schematem tworzenia uziemienia ochronnego jest trójkątny kształt obwodu. Elektrody są instalowane wzdłuż szczytów figury geometrycznej. Metalowe kołki muszą być wystarczająco oddalone od siebie, aby nie zakłócać rozpraszania przepływających do nich prądów. Trzy elektrody są uważane za wystarczające do zorganizowania systemu ochronnego w prywatnym domu. Aby zorganizować skuteczną ochronę, konieczne jest również dobranie odpowiedniej długości wędek.

Obliczanie parametrów przewodu

Długość metalowych prętów jest ważna, ponieważ wpływa na skuteczność systemu ochrony. Ważna jest również długość metalowych elementów wiążących. Ponadto zużycie materiału i całkowity koszt wykonania uziemienia zależą od długości części metalowych.

Opór elektrod pionowych zależy od ich długości. Kolejny parametr - wymiary poprzeczne - nie wpływa znacząco na jakość ochrony. Niemniej jednak przekrój przewodów jest regulowany w Przepisach Instalacji Elektrycznej, ponieważ ta cecha jest ważna z punktu widzenia odporności na korozję (elektrody powinny służyć od 5 do 10 lat).

Z zastrzeżeniem innych warunków, obowiązuje zasada: im więcej produktów metalowych jest zaangażowanych w obwód, tym wyższe jest bezpieczeństwo obwodu. Prace nad organizacją uziemienia są dość pracochłonne: im więcej przewodów uziemiających, tym więcej robót ziemnych, im dłuższe pręty, tym głębiej trzeba je wbijać.

Co wybrać: ilość elektrod lub ich długość – decyduje organizator pracy. Istnieją jednak pewne zasady:

1. Pręty muszą być zainstalowane poniżej sezonowego horyzontu zamarzania o co najmniej 50 centymetrów. To usunie czynniki sezonowe z wpływu na wydajność systemu.
2. Odległość między uziemnikami zainstalowanymi pionowo. Odległość jest określona przez konfigurację konturu i długość prętów. Aby wybrać właściwą odległość, musisz skorzystać z odpowiedniej tabeli odniesienia.

Pokrojony metal jest wbijany w ziemię o 2,5 - 3 metry za pomocą młota kowalskiego. Jest to dość czasochłonne zadanie, nawet jeśli weźmiemy pod uwagę, że od podanej wartości należy odjąć około 70 centymetrów głębokości wykopu.

Ekonomiczne zużycie materiału

Ponieważ przekrój metalowy nie jest najważniejszym parametrem, zaleca się zakup materiału o najmniejszej powierzchni przekroju. Musisz jednak pozostać w minimalnych zalecanych wartościach. Najbardziej ekonomiczne (ale odporne na uderzenia młotem kowalskim) opcje sprzętowe:

• rury o średnicy 32 mm i grubości ścianki 3 mm;
• równy narożnik (bok - 50 lub 60 milimetrów, grubość - 4 lub 5 milimetrów);
• stal okrągła (średnica od 12 do 16 milimetrów).

Jako spoiwo metalowe najlepiej sprawdzi się pasek ze stali o grubości 4 mm. Alternatywnie wystarczy stalowy pręt o grubości 6 mm.

Notatka! Do wierzchołków elektrod przyspawane są poziome pręty. Dlatego do obliczonej odległości między elektrodami należy dodać kolejne 18 - 23 centymetry.

Zewnętrzna sekcja uziemiająca może być wykonana z paska 4 mm (szerokość - 12 mm).

Wzory do obliczeń

Odpowiednia jest uniwersalna formuła, za pomocą której obliczana jest rezystancja elektrody pionowej.

Podczas wykonywania obliczeń nie można obejść się bez tabel referencyjnych, w których podano przybliżone wartości. Parametry te determinowane są składem gleby, jej średnią gęstością, zdolnością do zatrzymywania wody oraz strefą klimatyczną.

Ustawiamy wymaganą liczbę prętów, nie biorąc pod uwagę rezystancji przewodu poziomego.

Poziom rezystancji pręta pionowego określamy na podstawie wskaźnika rezystancji elektrody uziemiającej typu poziomego.

Na podstawie uzyskanych wyników pozyskujemy wymaganą ilość materiału i planujemy rozpocząć prace nad stworzeniem systemu uziemiającego.

Wniosek

Ponieważ najwyższą odporność gruntu obserwuje się w okresie suchym i mroźnym, najlepiej zaplanować na ten okres organizację systemu uziemienia. Średnio budowa uziemienia trwa 1 - 3 dni robocze.

Przed zasypaniem wykopu ziemią należy sprawdzić sprawność urządzeń uziemiających. Optymalne środowisko testowe powinno być możliwie suche, z niewielką ilością wilgoci w glebie. Ponieważ zimy nie zawsze są bezśnieżne, najłatwiej jest rozpocząć budowę systemu uziemiającego latem.

Uziemienie jest niezbędne dla zapewnienia bezpieczeństwa w przypadku uszkodzenia urządzeń elektrycznych, izolacji przewodów zasilających, zwarcia przewodów. Istotą uziemienia jest zmniejszenie potencjału w miejscu styku z uziemioną instalacją elektryczną do maksymalnych dopuszczalnych wartości.

Redukcja potencjału odbywa się na dwa sposoby:

• Zerowanie - połączenie obudowy urządzenia z przewodem neutralnym prowadzącym do podstacji;
• Uziemienie - podłączenie obudowy do pętli uziemienia znajdującej się w ziemi na zewnątrz budynku.

Pierwsza opcja jest łatwiejsza, ale w przypadku uszkodzenia przewodu neutralnego przestaje on pełnić swoje funkcje, a to jest niebezpieczne. Dlatego obecność pętli uziemienia jest warunkiem wstępnym zapewnienia bezpieczeństwa.

Obliczenie uziemienia polega na określeniu rezystancji urządzenia uziemiającego, która nie powinna być większa niż określona przez normy techniczne.

Pętla uziemienia

Konstrukcja pętli uziemienia, rodzaje użytych materiałów są ograniczone warunkami zawartymi w dokumentach, na przykład w PUE, zasadach instalacji elektrycznych.

Wszystkie instalacje elektryczne, bez wyjątku, muszą być uziemione, zarówno w podstacji, jak iw przedsiębiorstwie lub w domu.

Najpopularniejszą konstrukcją pętli uziemiającej jest jeden lub więcej metalowych kołków (elektrod uziemiających) zakopanych w ziemi i połączonych ze sobą za pomocą złącza spawanego. Za pomocą metalowego przewodnika pętla uziemienia jest podłączona do uziemionych urządzeń.

Jako przewody uziemiające stosuje się niepomalowaną stal lub materiały stalowe pokryte miedzią, których wymiary nie powinny być mniejsze niż podane poniżej:

• Walcowane okrągłe - średnica nie mniejsza niż 12 mm;
• Narożnik - co najmniej 50x50x4 mm;
• Rury - o średnicy co najmniej 25 mm przy grubości ścianki co najmniej 4 mm.

Im lepsza przewodność elektrod uziemiających, tym sprawniej działa uziemienie, dlatego najkorzystniejszą opcją jest zastosowanie elektrod miedzianych, ale w praktyce nie ma to miejsca ze względu na wysoki koszt miedzi.

Stal niepowlekana ma wysoką korozyjność, szczególnie na granicy wilgotnej gleby i powietrza, dlatego określa się minimalną grubość ścianek metalowych (4 mm).

Metal ocynkowany jest odporny na korozję, ale nie w przypadku przepływu prądu. Nawet najmniejszy prąd spowoduje proces elektrochemiczny, w wyniku którego cienka warstwa cynku wytrzyma minimalny czas.

Nowoczesne systemy uziemiające wykonane są na bazie stali miedziowanej. Ponieważ ilość miedzi do produkcji jest niewielka, koszt gotowych materiałów jest niewiele wyższy niż stali, a żywotność wzrasta wielokrotnie.

Najczęstsze konstrukcje pętli uziemienia to trójkątne lub liniowe rozmieszczenie elektrod. Odległość między sąsiednimi elektrodami powinna wynosić 1,2-2 m, a głębokość układania 2-3 m. Głębokość układania (długość elektrod) w dużej mierze zależy od właściwości gruntu. Im wyższy opór elektryczny, tym głębiej powinny leżeć elektrody. W każdym razie głębokość ta musi przekraczać głębokość zamarzania gleby, ponieważ zamarznięta gleba ma wysoką rezystancję omową. To samo dotyczy terenów o niskiej wilgotności.

Tam, gdzie istnieje prawdopodobieństwo przepływu dużych prądów, na przykład w podstacji lub zakładzie z dużym wyposażeniem, podejście do wyboru projektu pętli uziemienia i jej obliczenia są bardzo ważne dla bezpieczeństwa.

Współczynniki rezystancji uziemienia

Obliczenie ochronnego urządzenia uziemiającego zależy od wielu warunków, wśród których można wyróżnić główne, które są wykorzystywane w dalszych obliczeniach:

• Rezystancja uziemienia;
• Materiał elektrody;
• Głębokość układania elektrod;
• Położenie elektrod uziemiających względem siebie;
• Pogoda.

Rezystancja uziemienia

Sama gleba, z kilkoma wyjątkami, ma niską przewodność elektryczną. Ta charakterystyka zmienia się w zależności od zawartości wilgoci, ponieważ woda z rozpuszczonymi w niej solami jest dobrym przewodnikiem. Tak więc właściwości elektryczne gleby zależą od ilości zawartej wilgoci, składu soli i właściwości gleby w zakresie zatrzymywania wilgoci.

Typowe typy gleb i ich charakterystyka

Typ gleby	Rezystywność ρ, Ohm m
Głaz	4000
Ił	100
Czarnoziem	30
Piasek	500
piaszczysta glina	300
Wapień	2000
Ziemia ogrodowa	50
Glina	70

Z tabeli wynika, że ​​rezystywność może różnić się o kilka rzędów wielkości. W rzeczywistych warunkach sytuację komplikuje fakt, że na różnych głębokościach rodzaj gleby może być różny i bez wyraźnie określonych granic między warstwami.

Materiał elektrody

Ta część obliczeń jest najprostsza, ponieważ do produkcji uziemienia używa się tylko kilku rodzajów materiałów:

• Stal;
• Miedź;
• stal miedziowana;
• Stal galwanizowana.

Czysta miedź nie jest używana ze względu na jej wysoki koszt, najczęściej używanymi materiałami są czysta i ocynkowana stal. Ostatnio coraz powszechniejsze stają się systemy uziemiające, w których wykorzystuje się stal pokrytą warstwą miedzi. Takie elektrody mają najniższą rezystancję, która ma dobrą stabilność w czasie, ponieważ warstwa miedzi jest dobrze odporna na korozję.

Najgorsze właściwości ma stal niepowlekana, ponieważ warstwa korozji (rdzy) zwiększa rezystancję styku na styku elektroda-uziemienie.

Głębokość zakładki

Od głębokości ułożenia elektrod zależy liniowa długość granicy styku elektrody z gruntem oraz wielkość warstwy ziemi, która uczestniczy w obwodzie przepływu prądu. Im większa jest ta warstwa, tym niższa będzie jej wartość oporu.

Na notatki. Ponadto podczas instalowania elektrod należy pamiętać, że im głębiej się znajdują, tym bliżej będą do warstwy wodonośnej.

Lokalizacja elektrod

Ta cecha jest najmniej oczywista i trudna do zrozumienia. Należy mieć świadomość, że każda elektroda masowa ma pewien wpływ na sąsiednie i im bliżej się znajdują, tym będą mniej skuteczne. Dokładne uzasadnienie efektu jest dość skomplikowane, wystarczy je uwzględnić w obliczeniach i konstrukcji.

Łatwiej wyjaśnić zależność wydajności od liczby elektrod. Tutaj możesz narysować analogię z rezystorami połączonymi równolegle. Im ich więcej, tym mniejszy całkowity opór.

Pogoda

Urządzenie uziemiające ma najlepsze parametry przy dużej wilgotności gleby. Przy suchej i mroźnej pogodzie odporność gleby gwałtownie wzrasta, a po osiągnięciu określonych warunków (całkowite wyschnięcie lub przemarznięcie) przyjmuje wartość maksymalną.

Notatka! W celu zminimalizowania wpływu warunków atmosferycznych głębokość układania elektrod powinna być poniżej maksymalnej głębokości zamarzania w okresie zimowym lub sięgać do warstwy wodonośnej, aby zapobiec wysychaniu.

Ważny! Poniższe obliczenia należy wykonać dla najgorszych warunków, ponieważ we wszystkich innych przypadkach rezystancja uziemienia ulegnie zmniejszeniu.

Metoda obliczania

Głównym parametrem obliczeniowym jest wymagana wartość rezystancji uziemienia, która jest regulowana dokumentami regulacyjnymi, w zależności od wielkości napięcia zasilającego, rodzaju instalacji elektrycznych i warunków ich użytkowania.

Nie ma rygorystycznych obliczeń uziemienia ochronnego, które podałyby liczbę i długość elektrod, dlatego są one oparte na pewnych przybliżeniach i tolerancjach.

Na początek brany jest pod uwagę rodzaj gleby i określana jest przybliżona długość uziomów, ich materiał i ilość. Następnie wykonywane są obliczenia, których kolejność jest następująca:

• Określana jest rezystancja rozprzestrzeniania się prądu dla jednej elektrody;
• Liczba pionowych przewodów uziemiających jest obliczana z uwzględnieniem ich względnej pozycji.

Uziemienie pojedyncze

Aktualny opór rozprzestrzeniania się obliczany jest według wzoru:

W tym wyrażeniu:

ρ jest określoną równoważną odpornością gruntu;

l to długość elektrody;

d jest średnicą;

t jest odległością od powierzchni uziemienia do środka elektrody.

Używając narożnika zamiast rury lub produktów walcowanych, akceptują:

d = b 0,95, gdzie b to szerokość półki narożnej.

Równoważny opór gruntu wielowarstwowego:

• ρ1 i ρ2 są oporami właściwymi warstw gruntu;
• H to grubość górnej warstwy;
• Ψ to czynnik sezonowy.

Współczynnik sezonowy zależy od strefy klimatycznej. Jest również zmieniany w zależności od liczby użytych elektrod. Orientacyjne wartości czynnika sezonowego wahają się od 1,0 do 1,5.

Liczba elektrod

Wymaganą liczbę elektrod określa się na podstawie wyrażenia:

n \u003d Rz / (K R), gdzie:

• Rz - dopuszczalna maksymalna rezystancja urządzenia uziemiającego;
• K to współczynnik wykorzystania.

Można wybrać współczynnik wykorzystania. zgodnie z wybraną liczbą elektrod uziemiających, ich względnym położeniem i odległością między nimi.

Ułożenie elektrod w rzędzie

	Ilość elektrody	Współczynnik
1	4 6 10	0,66-0,72 0,58-0,65 0,52-0,58
2	4 6 10	0,76-0,8 0,71-0,75 0,66-0,71
3	4 6 10	0,84-0,86 0,78-0,82 0,74-0,78

umieszczenie konturuelektrody

Stosunek odległości między elektrodami do ich długości	Ilość elektrody	Współczynnik
1	4 6 10	0,84-0,87 0,76-0,80 0,67-0,72
2	4 6 10	0,90-0,92 0,85-0,88 0,79-0,83
3	4 6 10	0,93-0,95 0,90-0,92 0,85-0,88

Obliczenie pętli uziemienia nie zawsze daje wymaganą wartość, dlatego może być konieczne kilkakrotne wykonanie zmiany liczby i wymiarów geometrycznych elektrod uziemiających.

Pomiar gruntu

Do pomiaru rezystancji uziemienia stosuje się specjalne przyrządy pomiarowe. Organizacje posiadające odpowiednie uprawnienia mają prawo do pomiaru uziemienia. Zwykle są to organizacje i laboratoria energetyczne. Mierzone parametry są wpisywane do protokołu pomiarowego i przechowywane w przedsiębiorstwie (w warsztacie, na stacji).

Obliczenie rezystancji gruntu to złożone zadanie, w którym należy wziąć pod uwagę wiele warunków, dlatego bardziej racjonalne jest skorzystanie z pomocy organizacji specjalizujących się w tej dziedzinie. Aby rozwiązać problem, możesz wykonać obliczenia na kalkulatorze online, którego przykład można znaleźć w Internecie w domenie publicznej. Sam program kalkulatora podpowie Ci, jakie dane należy uwzględnić w obliczeniach.

Wideo

Obliczanie urządzeń uziemiających sprowadza się głównie do obliczenia samego przewodu uziemiającego, ponieważ przewody uziemiające w większości przypadków są akceptowane zgodnie z warunkami wytrzymałości mechanicznej i odporności na korozję zgodnie z PTE i PUE. Jedynymi wyjątkami są instalacje z zewnętrznym urządzeniem uziemiającym. W takich przypadkach rezystancje połączone szeregowo linii łączącej i elektrody uziemiającej są obliczane tak, aby ich całkowita rezystancja nie przekraczała dopuszczalnej.

Należy podkreślić kwestie obliczania urządzeń uziemiających dla regionów polarnych i północno-wschodnich naszego kraju. Charakteryzują się glebami wiecznej zmarzliny, które mają oporność warstw powierzchniowych o jeden lub dwa rzędy wielkości wyższą niż w normalnych warunkach w strefie centralnej ZSRR.

Obliczanie rezystancji przewodów uziemiających w innych regionach ZSRR przeprowadza się w następującej kolejności:

1. Ustala się dopuszczalną rezystancję uziemienia r zm, wymaganą zgodnie z PUE. Jeżeli urządzenie uziemiające jest wspólne dla kilku instalacji elektrycznych, rezystancja projektowa urządzenia uziemiającego jest najmniejsza z wymaganych.

2. Wymaganą rezystancję sztucznego uziomu określa się, biorąc pod uwagę zastosowanie uziomów naturalnych połączonych równolegle, z wyrażeń

(8-14)

gdzie r zm jest dopuszczalną rezystancją urządzenia uziemiającego zgodnie z klauzulą ​​1, R i jest rezystancją sztucznej elektrody uziemiającej; Rezystancja naturalna elektrody uziemiającej. Obliczoną rezystywność gruntu określa się, biorąc pod uwagę mnożniki uwzględniające wysychanie gruntu latem i przemarzanie zimą.

W przypadku braku dokładnych danych na glebie możesz skorzystać z tabeli. 8-1, który przedstawia średnie dane o odporności gruntu zalecane do wstępnych obliczeń.

Tabela 8-1

Zalecana do wstępnych obliczeń średnia rezystywność gruntów i wód

Notatka. Specyficzne opory gruntu określa się przy wilgotności 10-20% masy gruntu

Pomiary rezystywności w celu uzyskania bardziej wiarygodnych wyników przeprowadza się w ciepłym sezonie (maj - październik) w strefie centralnej ZSRR. Do zmierzonej wartości rezystywności gleby, w zależności od stanu gleby i ilości opadów, wprowadza się współczynniki korygujące k, biorąc pod uwagę zmianę spowodowaną wysuszeniem i zamarzaniem gleby, tj. P calc \u003d P k

4. Określana jest rezystancja rozprzestrzeniania się jednej elektrody pionowej R v.o. formuły tabel. 8-3. Wzory te są podane dla elektrod prętowych wykonanych ze stali okrągłej lub rur.

W przypadku stosowania elektrod pionowych wykonanych ze stali kątowej, do wzoru zamiast średnicy rury, obliczonej na podstawie wyrażenia, podstawiana jest średnica zastępcza kąta

(8-15)

gdzie b jest szerokością boków narożnika.

5. Przybliżoną liczbę pionowych przewodów uziemiających określa się za pomocą wcześniej przyjętego współczynnika wykorzystania

(8-16)

gdzie R v.o. jest rezystancją rozprzestrzeniania się jednej elektrody pionowej, jak określono w klauzuli 4; R i - wymagana rezystancja sztucznej elektrody uziemiającej; K oraz, w, zm - współczynnik wykorzystania uziomów pionowych.

Tabela 8-2

Wartość mnożnika k dla różnych stref klimatycznych

Współczynniki wykorzystania pionowych przewodów uziemiających podano w tabeli. 8-4 układając je w rzędzie i w tabeli. 8-5 podczas układania ich wzdłuż konturu

6. Opór rozprzestrzeniania się elektrod poziomych Rg wyznacza się według wzorów w tabeli. 8-3. Współczynniki wykorzystania elektrod poziomych dla przyjętej wcześniej liczby elektrod pionowych zaczerpnięto z tabeli. 8-6 z rozmieszczeniem elektrod pionowych w rzędzie i zgodnie z tabelą. 8-7 z rozmieszczeniem elektrod pionowych wzdłuż konturu.

7. Wymagana rezystancja elektrod pionowych jest określona, ​​biorąc pod uwagę przewodnictwo poziomych elektrod łączących z wyrażeń

(8-17)

gdzie Rg - odporność na rozprzestrzenianie się elektrod poziomych, określona w ust. 6; R i - wymagana rezystancja sztucznej elektrody uziemiającej.

Tabela 8-3

Wzory do wyznaczania odporności na rozprzestrzenianie się prądu różnych uziomów

Tabela 8-4

Współczynniki wykorzystania pionowych przewodów uziemiających, K i, w, gm, ułożonych w rzędzie, bez uwzględnienia wpływu poziomych elektrod komunikacyjnych

Tabela 8-5

Współczynniki wykorzystania pionowych przewodów uziemiających, K i, w, zm, ułożonych wzdłuż konturu, bez uwzględnienia wpływu poziomych elektrod sprzęgających

Tabela 8-6

Współczynniki wykorzystania K i, g, zm poziomych elektrod łączących, w rzędzie pionowych elektrod

Tabela 8-7

Współczynniki wykorzystania K i, g, gm elektrod łączących pionowych w obwodzie elektrod pionowych

8. Liczbę elektrod pionowych określa się z uwzględnieniem współczynników wykorzystania zgodnie z tabelą. 8-4 i 8-5:

Liczba elektrod pionowych jest ostatecznie pobierana z warunków umieszczenia.

9. W przypadku instalacji powyżej 1000 V z dużymi prądami ziemnozwarciowymi rezystancję termiczną przewodów łączących sprawdza się według wzoru (8-11).

Przykład 1. Wymagane jest obliczenie układu pętli uziemienia stacji 110/10 kV z następującymi danymi: maksymalny prąd doziemny podczas zwarć doziemnych po stronie 110 kV wynosi 3,2 kA, maksymalny prąd doziemny podczas zwarć doziemnych po stronie 10 strona kV wynosi 42 A; gleba w miejscu budowy podstacji - glina; strefa klimatyczna 2; dodatkowo jako uziemienie zastosowano układ przewodów - wsporniki o rezystancji uziemienia 1,2 Ohm.

Rozwiązanie 1. Dla strony 110 kV wymagana jest rezystancja uziemienia 0,5 Ohm, dla strony 10 kV zgodnie ze wzorem (8-12) mamy:

gdzie zakłada się, że napięcie znamionowe na urządzeniu uziemiającym U calc wynosi 125 V, ponieważ urządzenie uziemiające jest również używane w instalacjach podstacyjnych o napięciu do 1000 V.

Zatem jako obliczoną przyjmuje się rezystancję rzm = 0,5 Ohm.

2. Rezystancja sztucznej elektrody uziemiającej jest obliczana z uwzględnieniem zastosowania systemu nośnego kabla

Stół 8-1 to 1000 omów 0,8 m

Szacowane rezystancje właściwe: dla elektrod poziomych R obliczone g = 4,5x100 = 450 Ohm m; dla elektrod pionowych oblicz.v = 1,8x100 = 180 Ohm m.

4. Wyznacza się rezystancję rozprzestrzeniania się jednej elektrody pionowej - naroża nr 50 o długości 2,5 m przy zanurzeniu poniżej poziomu gruntu o 0,7 m wg wzoru z tabeli. 8-3:

gdzie d= d y, ed= 0,95; b = 0,95x0,95 = 0,0475 m; t \u003d 0,7 + 2,5 / 2 \u003d 1,95 m;

5. Przybliżoną liczbę pionowych przewodów uziemiających określa się za pomocą wcześniej przyjętego współczynnika wykorzystania K i, w, gm = 0,6:

6. Wyznacza się rezystancję rozprzestrzeniania się elektrod poziomych (paski 40x4 mm2) przyspawanych do górnych końców naroży. Współczynnik wykorzystania listwy łączącej w obwodzie K i, g, gm z liczbą naroży około 100 i stosunkiem a / l \u003d 2 zgodnie z tabelą. 8-7 równa się 0,24. Wytrzymałość na rozciąganie taśmy po obwodzie konturu (l = 500 m) wg wzoru z tabeli. 8-3 to:

7. Wyrafinowana rezystancja elektrod pionowych

8. Podaną liczbę elektrod pionowych określa się współczynnikiem wykorzystania K i, g, zm = 0,52, zaczerpniętym z tabeli. 8-5 przy n = 100 i a/l = 2:

116 narożników zostało ostatecznie zaakceptowanych.

Oprócz konturu na terenie ułożona jest siatka podłużnych pasów, znajdujących się w odległości 0,8-1 m od urządzenia, z poprzecznymi połączeniami co 6 m. Te nieuwzględnione elektrody poziome zmniejszają całkowitą rezystancję uziemienia, ich przewodność sięga marginesu bezpieczeństwa.

9. Sprawdzana jest stabilność termiczna taśmy 40 × 4 mm2.

Minimalny przekrój taśmy z warunków stabilności termicznej przy zwarciu. do ziemi we wzorze (8-11) przy zredukowanym czasie przepływu prądu zwarcia. tp \u003d 1,1 jest równe:

W ten sposób pasek 40 × 4 mm2 spełnia warunek stabilności termicznej.

Przykład 2. Należy obliczyć uziemienie podstacji z dwoma transformatorami 6/0,4 kV o mocy 400 kVA z następującymi danymi: maksymalny prąd płynący przez uziemienie w przypadku zwarcia doziemnego po stronie 6 kV 18 A; gleba na placu budowy - glina; strefa klimatyczna 3; dodatkowo jako uziemienie stosowana jest rura wodna o rezystancji rozprzestrzeniania się 9 omów.

Rozwiązanie. Planuje się budowę systemu uziomów na zewnątrz budynku, do którego przylega podstacja, z układem uziomów w jednym rzędzie o długości 20 m; materiał - stal okrągła o średnicy 20 mm, metoda zanurzeniowa - skręcana; górne końce pionowych prętów, zanurzonych na głębokość 0,7 m, są przyspawane do poziomej elektrody wykonanej z tej samej stali.

1. Strona 6 kV wymaga rezystancji uziemienia określonej wzorem (8-12):

gdzie zakłada się, że napięcie znamionowe na urządzeniu uziemiającym wynosi 125 V, ponieważ urządzenie uziemiające jest wspólne dla boków 6 i 0,4 kV.

Według PUE rezystancja uziemienia nie powinna przekraczać 4 omów. Zatem obliczona rezystancja uziemienia wynosi rgm = 4 Ohm.

2. Rezystancję sztucznej elektrody uziemiającej oblicza się biorąc pod uwagę użycie rury wodociągowej jako równoległego odgałęzienia gruntu

3. Rezystancja gruntu zalecana do obliczeń w miejscu budowy uziemienia (glina) wg tabeli. 8-1 to 70 Ohm*m. Narastające współczynniki k dla III strefy klimatycznej wg tabeli. 8-2 przyjmuje się jako równe 2,2 dla elektrod poziomych na głębokości układania 0,7 mi 1,5 dla elektrod pionowych o długości 2-3 m przy głębokości układania ich górnego końca 0,5-0,8 m.

Szacowana właściwa odporność gruntu:

dla elektrod poziomych P calc.g = 2,2 × 70 = 154 Ohm * m;

dla elektrod pionowych P oblicz.v = 1,5x70 = 105 Ohm * m.

4. Opór rozprzestrzeniania się jednego pręta o średnicy 20 mm, długości 2 m określa się przy zanurzeniu 0,7 m poniżej poziomu gruntu według wzoru z tabeli. 8-3:

5. Przybliżoną liczbę pionowych przewodów uziemiających określa się za pomocą wcześniej przyjętego współczynnika wykorzystania K i. zm = 0,9

6. Wyznacza się odporność na rozciąganie elektrody poziomej wykonanej ze stali okrągłej o średnicy 20 mm, przyspawanej do górnych końców prętów pionowych.

Współczynnik wykorzystania elektrody poziomej w rzędzie prętów o liczbie około 6 oraz stosunek odległości między prętami do długości prętów a/l = 20/5x2 = 2 zgodnie z tabelą. 8-6 przyjmuje się jako równe 0,85.

Opór rozprzestrzeniania się elektrody poziomej określa wzór z tabeli. 8-3 i 8-8:

Tabela 8-8

Współczynniki wzrostu rezystancji w stosunku do zmierzonej rezystywności gruntu (lub rezystancji gruntu) dla środkowego pasa ZSRR

Uwagi: 1) dotyczy 1, jeśli zmierzona wartość Р (Rх) odpowiada w przybliżeniu wartości minimalnej (gleba jest mokra - czas pomiaru poprzedzony był dużą ilością opadów);

2) k2 stosuje się, gdy zmierzona wartość P (Rx) odpowiada w przybliżeniu wartości średniej (gleba o średniej wilgotności - czas pomiaru poprzedzony był niewielką ilością opadów);

3) k3 stosuje się, gdy zmierzona wartość Р (Rх) odpowiada w przybliżeniu wartości największej (gleba sucha - czas pomiarów poprzedziła nieznaczna ilość opadów).

7. Poprawiona odporność na rozprzestrzenianie się elektrod pionowych

8. Podana liczba elektrod pionowych jest określana przy współczynniku wykorzystania K i. g. zm = 0,83, wzięte z tabeli. 8-4 przy n = 5 i a/l= 20/2x4 = 2,5 (n = 5 zamiast 6 bierze się z warunku zmniejszenia liczby elektrod pionowych przy uwzględnieniu przewodności elektrody poziomej)

Ostatecznie akceptowane są cztery pionowe pręty, a opór rozprzestrzeniania się jest nieco mniejszy niż wyliczony.

Wyciąg z Podręcznika zasilaczy przemysłowych

pod redakcją generalną A. A. Fiodorowa i G. V. Serbinowskiego

Obwód ochronny utworzony wokół dowolnego obiektu zasilanego energią elektryczną zapewni, że wysokie napięcie spłynie do ziemi przez specjalnie zainstalowane elektrody. Takie konstrukcje chronią drogi sprzęt przed zwarciami i przepaleniem spowodowanym skokami napięcia. Montaż konstrukcji należy przeprowadzić zgodnie z wynikami obliczeń poziomu przewodności elektrycznej przewodów.

Cel obliczeń

Przed zainstalowaniem w obiekcie mieszkalnym lub innym konieczne są jego standardowe rozmiary. Ten projekt składa się z:

• elementy montowane pionowo do podłoża;
• konduktor;
• paski łączące kontur w płaszczyźnie poziomej.

Elektrody są wbijane i łączone ze sobą za pomocą poziomej elektrody uziemiającej. Następnie utworzony system ochrony jest podłączony do panelu elektrycznego.

Takie sztuczne struktury są stosowane w sieciach energetycznych o różnych wskaźnikach napięcia:

1. zmienna od 380 V;
2. stała od 440 V;

w niebezpiecznych zakładach produkcyjnych.

Systemy ochronne są instalowane w różnych miejscach urządzenia. W zależności od miejsca instalacji są oddalone lub konturowe. W konstrukcjach otwartych elementy są połączone bezpośrednio z elementem uziemiającym. W urządzeniach konturowych umieszczenie odbywa się wzdłuż zewnętrznego obwodu lub wewnątrz urządzenia. Dla każdego rodzaju instalacji ochronnych konieczne jest wykonanie obliczeń w celu ustalenia wartości rezystancji pionowych przewodów uziemiających, liczby wymaganych prętów oraz długości pasków do ich połączenia.

Oprócz specjalnych urządzeń można zastosować systemy naturalne:

• komunikacja z metalowych rur;
• konstrukcje metalowe;
• podstacje;
• podpory;
• metalowa osłona kabla;
• obudowa.

Obliczenia przewodności wykonuje się dla sztucznych konstrukcji. Ich rozmieszczenie w miejscu użytkowania elektrowni zapewnia odprowadzenie prądu elektrycznego do ziemi, chroniąc ludzi i sprzęt przed wyładowaniami o dużej skali w wyniku przepięć. Im niższa przewodność elektryczna, tym niższy poziom prądu elektrycznego wypływającego przez konstrukcję ochronną.

Obliczanie krok po kroku pętli uziemienia

Obliczenia należy przeprowadzić z uwzględnieniem liczby elementów, ich odległości od siebie, aktualnej przewodności gruntu oraz głębokości wkopania się w uziom pionowy. Korzystając z tych parametrów, będzie można przeprowadzić dokładne obliczenia uziemienia ochronnego.

Najpierw należy określić rodzaj gleby z tabeli. Następnie wybierz odpowiednie materiały do ​​budowy. Następnie obliczenia są przeprowadzane za pomocą specjalnych formuł, które określają liczbę wszystkich elementów, a także ich zdolność do przewodzenia energii elektrycznej.

Na podstawie uzyskanych wyników przeprowadzana jest instalacja całego układu, po czym przeprowadzane są pomiary kontrolne jego przewodności prądu.

Wstępne dane

Przy obliczaniu wartości siły należy sporządzić stosunek ich liczby, długości listew łączących i odległości, na której prowadzone jest kopanie.

Ponadto konieczne będzie uwzględnienie specyficznej odporności gleby, którą określa poziom jej wilgotności. Aby osiągnąć stabilną wartość, konieczne jest zakopanie elektrod w glebie na głębokość co najmniej 0,7 metra. Ważne jest również, aby nie odbiegać od wielkości samego urządzenia ochronnego ustalonego przez GOST.Podczas wykonywania obliczeń konieczne jest użycie gotowych tabel z już dostępnymi wskaźnikami dla użytych materiałów i przewodności elektrycznej niektórych rodzajów gleby.

Tabela wskaźników przewodności elektrycznej różnych gleb

Wymaganą głębokość, na jaką elektroda pionowa jest zakopana w ziemi, oblicza się według wzoru:

Podczas instalowania konstrukcji ochronnej należy upewnić się, że metalowe pręty są całkowicie zawarte w górnej warstwie ziemi, a częściowo w jej dolnych poziomach. Podczas obliczeń konieczne będzie wykorzystanie średnich współczynników poziomu przewodności elektrycznej gleby w różnych porach roku w określonych strefach klimatycznych, przedstawionych w poniższej tabeli:

Odporność gleby w różnych strefach klimatycznych

Aby dokładnie określić liczbę elementów pionowych w zmontowanej konstrukcji, nie biorąc pod uwagę wskaźników łączących je wąskich pasków, należy zastosować wzór:

W nim Rн, oznaczający siłę prądu rozchodzącego się po glebie określonego rodzaju, dla którego współczynnik oporu jest pobierany z tabeli.

Do obliczenia parametrów fizycznych materiału należy wziąć pod uwagę wymiary zastosowanych elementów systemu:

• dla listew 12x4 - 48 mm2;
• w rogach 4x4 mm;
• dla koła stalowego - 10 mm2;
• do rur, których ścianki mają grubość 3,5 mm.

Przykład obliczenia uziemienia

Konieczne jest obliczenie przewodności użytych przewodników, biorąc pod uwagę charakterystykę gleby, dla każdej elektrody osobno według wzoru:

W której:

• Ψ jest współczynnikiem klimatycznym zaczerpniętym z literatury przedmiotu;
• ρ1, ρ2 - wartość przewodnictwa górnej i dolnej warstwy ziemi;
• H to grubość górnej warstwy gleby;
• t jest głębokością elementu pionowego w wykopie.

Pręty do takich konstrukcji są zakopane na poziomie co najmniej 0,7 metra, zgodnie z obowiązującymi przepisami.

Co powinniśmy mieć na końcu obliczeń

Po przeprowadzeniu obliczeń z wykorzystaniem zastosowanych wzorów można uzyskać dokładną rezystancję sztucznego urządzenia uziemiającego. Często niemożliwe jest zmierzenie tych wskaźników w systemach naturalnych ze względu na niemożność uzyskania dokładnych wymiarów zakopanych linii komunikacyjnych, kolein, kabli czy już zainstalowanych konstrukcji metalowych.

Po wykonaniu obliczeń można uzyskać dokładną liczbę prętów i pasków do konturu, co pomoże stworzyć niezawodny system ochrony używanego sprzętu i całego obiektu jako całości. Obliczenia pomogą również ustalić dokładną długość pasków łączących pręty. Głównym wynikiem wszystkich obliczeń będzie uzyskanie końcowej wartości właściwości przewodów użytych w tworzonym obwodzie, która określa siłę przepływającego przez nie prądu elektrycznego. To najważniejszy standard PES, który ma określone wartości dla sieci o różnych wskaźnikach napięcia.

Dopuszczalne wartości rezystancji uziemienia zgodnie z przepisami

Istnieją jednolite wartości normatywne, zgodnie z którymi rezystancja rozprzestrzeniania prądu dla sieci elektrycznej o określonej wartości napięcia nie powinna przekraczać ustalonych standardów GOST. W sieciach o napięciu 220 V nie powinna przekraczać 8 omów. Przy napięciu 380 V jego wartość nie powinna przekraczać 4 omów.

Aby obliczyć wskaźniki całego obwodu, możesz użyć wzoru R \u003d R0 / ηv * N, w którym:

• R0 to poziom przewodnictwa dla jednej elektrody;
• R - wskazanie poziomu utrudnienia przepływu prądu dla całego systemu;
• ηv - współczynnik wykorzystania urządzenia zabezpieczającego;
• N to liczba elektrod w całym obwodzie.

Materiał wymagany do urządzenia konturowego

Możesz złożyć obwód z materiału metalowego:

1. kąt,
2. paski o określonych wymiarach.

Następnie musi zostać sprawdzony przez eksperta z niezależnego laboratorium pomiarowego. Zbrojenie budynku może być użyte jako naturalny kontur, jeżeli jest obecne w konstrukcjach nośnych budynku. PES zawiera specjalną listę struktur, które można wykorzystać jako naturalny kontur podczas tworzenia systemów ochronnych.

Aby sprawdzić działanie całej konstrukcji, konieczne jest sprawdzenie całkowitej wartości i rezystancji pionowych przewodów uziemiających oraz całego systemu za pomocą specjalnych urządzeń. Prace te należy powierzyć niezależnym ekspertom z laboratorium elektrycznego. Aby konstrukcja niezawodnie chroniła cały obiekt, należy regularnie wykonywać pomiary, sprawdzając ich wartość zgodnie z ustalonymi normami.

) dla pojedynczego uziomu głębokiego opartego na uziemienie modułowe jest wykonany jako obliczenie konwencjonalnej pionowej elektrody uziemiającej wykonanej z metalowego pręta o średnicy 14,2 mm.

Wzór na obliczenie rezystancji uziemienia pojedynczej pionowej elektrody uziemiającej:

gdzie:
ρ - rezystywność gruntu (Ohm*m)
L - długość uziomu (m)
d - średnica uziomu (m)
T - penetracja elektrody uziemiającej (odległość od powierzchni uziemienia do środka elektrody uziemiającej)(m)
π - stała matematyczna Pi (3.141592)
ln - logarytm naturalny

Dla uziemienia elektrolitycznego ZANDZ wzór na obliczenie rezystancji uziemienia jest uproszczony do postaci:

- dla zestawu ZZ-100-102

Nie uwzględnia się tutaj wkładu łączącego przewodu uziemiającego.

Odległość między elektrodami uziemiającymi

Przy wieloelektrodowej konfiguracji elektrody uziemiającej na ostateczną rezystancję uziemienia zaczyna wpływać inny czynnik - odległość między elektrodami uziemiającymi. We wzorach do obliczania uziemienia współczynnik ten jest opisany wartością „współczynnik wykorzystania”.

W przypadku uziemienia modułowego i elektrolitycznego współczynnik ten można pominąć (tzn. jego wartość wynosi 1) przy zachowaniu pewnej odległości między elektrodami uziemiającymi:

• nie mniej niż głębokość zanurzenia elektrody - dla modułowych
• nie mniej niż 7 metrów - dla elektrolitu

Podłączanie elektrod do elektrody uziemiającej

Aby połączyć elektrody uziemiające ze sobą i z obiektem, jako przewód uziemiający stosuje się pręt miedziany lub taśmę stalową.

Często wybierany jest przekrój przewodu - 50 mm² dla miedzi i 150 mm² dla stali. Powszechnie stosuje się konwencjonalną taśmę stalową 5 * 30 mm.

W przypadku prywatnego domu bez piorunochronów wystarczy drut miedziany o przekroju 16-25 mm².

Więcej informacji na temat układania przewodu uziemiającego znajduje się na osobnej stronie „Montaż uziemienia”.

Usługa obliczania prawdopodobieństwa uderzenia pioruna w obiekt

Jeśli oprócz urządzenia uziemiającego musisz zainstalować zewnętrzny system odgromowy, możesz skorzystać z unikalnych, chronionych piorunochronów. Serwis został opracowany przez zespół ZANDZ wraz z Instytutem Energetycznym im. G.M. Krzhizhanovsky (JSC ENIN)

To narzędzie pozwala nie tylko sprawdzić niezawodność systemu odgromowego, ale także przeprowadzić najbardziej racjonalną i poprawną konstrukcję ochrony odgromowej, zapewniając:

• niższy koszt prac budowlano-montażowych, zmniejszenie zbędnych zapasów oraz zastosowanie mniej wysokich, tańszych w montażu piorunochronów;
• mniej uderzeń piorunów w system, redukując wtórne negatywne konsekwencje, co jest szczególnie ważne w obiektach z wieloma urządzeniami elektronicznymi (liczba uderzeń piorunów maleje wraz ze spadkiem wysokości piorunochronów).

• prawdopodobieństwo przebicia pioruna do obiektów systemu (niezawodność systemu ochrony określa się jako 1 minus wartość prawdopodobieństwa);
• liczba uderzeń pioruna w system rocznie;
• liczba przebić piorunów z pominięciem ochrony rocznie.

Posiadając takie informacje, projektant może porównać wymagania klienta i dokumentację regulacyjną z uzyskaną niezawodnością oraz podjąć działania w celu zmiany projektu ochrony odgromowej.

Aby rozpocząć obliczenia, .