Calculul dispozitivului de împământare al programului buclei de masă. Calculul dispozitivelor de împământare

Sistemul de împământare asigură siguranța locuitorilor și funcționarea neîntreruptă a aparatelor electrice. Împământarea previne șocurile electrice în cazul unor scurgeri de energie electrică către elementele metalice nepurtoare de curent care apar atunci când izolația este deteriorată. Crearea unui sistem de securitate este un eveniment responsabil, prin urmare, înainte de a fi efectuat, este necesar să se calculeze împământarea.

Teren natural

Într-o perioadă în care lista aparatelor de uz casnic dintr-o casă era limitată la un televizor, frigider și mașină de spălat, dispozitivele de împământare erau rareori folosite. Protecția împotriva scurgerilor de curent a fost atribuită conductoarelor naturale de împământare, cum ar fi:

• țevi metalice neizolate;
• învelișul puțurilor de apă;
• elemente de garduri metalice, lămpi stradale;
• împletirea rețelelor de cabluri;
• elemente din oțel ale fundațiilor, stâlpilor.

Cea mai bună opțiune pentru împământarea naturală este o conductă de apă din oțel. Datorită lungimii lor mari, conductele de apă minimizează rezistența la răspândirea curentului. Eficacitatea conductelor de apă se realizează și datorită așezării lor sub nivelul de îngheț sezonier și, prin urmare, nici căldura, nici frigul nu le afectează calitățile de protecție.

Elementele metalice ale produselor subterane din beton sunt potrivite pentru un sistem de împământare dacă îndeplinesc următoarele cerințe:

• există suficient (conform normelor din Regulile de instalare electrică) contact cu o bază de argilă, lut nisipos sau nisip umed;
• în timpul construcției fundației s-au scos armături în două sau mai multe secțiuni;
• elementele metalice au îmbinări sudate;
• rezistența de armare este conformă cu reglementările PUE;
• există o legătură electrică cu magistrala de pământ.

Notă! Din întreaga listă a împământărilor naturale de mai sus, sunt calculate doar structuri subterane din beton armat.

Eficienta functionarii impamantarii naturale se stabileste pe baza masuratorilor efectuate de o persoana autorizata (reprezentant al Autoritatii de Supraveghere a Energiei). Pe baza măsurătorilor efectuate, specialistul va da recomandări cu privire la necesitatea instalării unui circuit suplimentar la bucla naturală de masă. Dacă protecția naturală îndeplinește cerințele reglementărilor, Regulile de instalare electrică indică inadecvarea împământării suplimentare.

Calcule pentru un dispozitiv de împământare artificială

Este aproape imposibil să se facă un calcul absolut exact al împământului. Chiar și designerii profesioniști operează cu un număr aproximativ de electrozi și distanțe între aceștia.

Motivul complexității calculelor este un număr mare de factori externi, fiecare dintre care are un impact semnificativ asupra sistemului. De exemplu, este imposibil de prezis nivelul exact de umiditate, densitatea reală a solului, rezistivitatea acestuia și așa mai departe nu sunt întotdeauna cunoscute. Datorită siguranței incomplete a datelor de intrare, rezistența finală a buclei de masă organizate diferă în cele din urmă de valoarea de bază.

Diferența dintre indicatorii proiectați și cei actuali este nivelată prin instalarea de electrozi suplimentari sau prin creșterea lungimii tijelor. Cu toate acestea, calculele preliminare sunt importante, deoarece permit:

• refuza (sau măcar reduce) cheltuielile inutile pentru achiziționarea de materiale, pentru terasamente;
• alegeți configurația cea mai potrivită a sistemului de împământare;
• alege cursul corect de acțiune.

Pentru a facilita calculele, există o varietate de software. Cu toate acestea, pentru a înțelege munca lor, sunt necesare anumite cunoștințe despre principiile și natura calculelor.

Componente de protectie

Împământarea de protecție include electrozi instalați în pământ și conectați electric la magistrala de împământare.

Sistemul are următoarele elemente:

1. Tije metalice. Una sau mai multe tije metalice direcționează curentul de răspândire în pământ. De obicei, bucăți de metal lung (țevi, unghi, produse metalice rotunde) sunt folosite ca electrozi. În unele cazuri se utilizează tablă de oțel.
2. Un conductor metalic care combină mai mulți conductori de împământare într-un singur sistem. De obicei, în această calitate se folosește un conductor orizontal sub formă de colț, tijă sau bandă. O legătură metalică este sudată de capetele electrozilor îngropați în pământ.
3. Un conductor care conectează un electrod de împământare situat în pământ cu o magistrală care are legătură cu echipamentul protejat.

Ultimele două elemente se numesc la fel - conductorul de împământare. Ambele elemente îndeplinesc aceeași funcție. Diferența constă în faptul că legătura metalică este situată în pământ, iar conductorul pentru conectarea pământului la magistrală este situat la suprafață. În acest sens, conductoarele sunt supuse unor cerințe inegale de rezistență la coroziune.

Principii și reguli de calcul

Solul este unul dintre elementele constitutive ale sistemului de împământare. Parametrii săi sunt importanți și sunt implicați în calcule în același mod ca și lungimea pieselor metalice.

La efectuarea calculelor se folosesc formulele specificate în Regulile de instalare electrică. Sunt utilizate date variabile colectate de instalatorul sistemului și parametrii constanți (disponibili în tabele). Datele constante includ, de exemplu, rezistența solului.

Determinarea unui contur adecvat

În primul rând, trebuie să alegeți forma conturului. Designul este de obicei realizat sub forma unei anumite figuri geometrice sau a unei linii simple. Alegerea unei configurații specifice depinde de dimensiunea și forma site-ului.

Cel mai simplu mod de a implementa un circuit liniar, deoarece pentru instalarea electrozilor trebuie să săpați doar un șanț drept. Cu toate acestea, electrozii instalați în linie vor fi ecranați, ceea ce va înrăutăți situația cu curentul de răspândire. În acest sens, atunci când se calculează împământarea liniară, se aplică un factor de corecție.

Cea mai comună schemă pentru crearea împământului de protecție este forma triunghiulară a circuitului. Electrozii sunt instalați de-a lungul vârfurilor figurii geometrice. Știfturile metalice trebuie să fie distanțate suficient de departe pentru a nu interfera cu disiparea curenților care curg în ele. Trei electrozi sunt considerați suficienți pentru amenajarea sistemului de protecție al unei case private. Pentru a organiza o protecție eficientă, este, de asemenea, necesar să alegeți lungimea potrivită a tijelor.

Calculul parametrilor conductorului

Lungimea tijelor metalice este importantă deoarece afectează eficacitatea sistemului de protecție. Lungimea elementelor de legătură metalice contează și ea. In plus, consumul de material si costul total de amenajare a impamantarii depind de lungimea pieselor metalice.

Rezistența electrozilor verticali este determinată de lungimea lor. Un alt parametru - dimensiunile transversale - nu afectează semnificativ calitatea protecției. Cu toate acestea, secțiunea transversală a conductorilor este reglementată de Regulile de instalare electrică, deoarece această caracteristică este importantă în ceea ce privește rezistența la coroziune (electrozii ar trebui să servească între 5 și 10 ani).

Sub rezerva altor condiții, există o regulă: cu cât sunt implicate mai multe produse metalice în circuit, cu atât siguranța circuitului este mai mare. Munca de organizare a împământării este destul de laborioasă: cu cât sunt mai mulți conductori de împământare, cu atât mai multe lucrări de pământ, cu cât tijele sunt mai lungi, cu atât mai adânc trebuie să fie batate.

Ce să alegeți: numărul de electrozi sau lungimea acestora - organizatorul lucrării decide. Cu toate acestea, există anumite reguli în acest sens:

1. Tijele trebuie instalate sub orizontul de îngheț sezonier cu cel puțin 50 de centimetri. Acest lucru va elimina factorii sezonieri de la influențarea eficienței sistemului.
2. Distanța dintre întrerupătoarele de împământare instalate vertical. Distanța este determinată de configurația conturului și lungimea barelor. Pentru a selecta distanța corectă, trebuie să utilizați tabelul de referință corespunzător.

Metalul tăiat este introdus în pământ cu 2,5 - 3 metri cu un baros. Aceasta este o sarcină destul de consumatoare de timp, chiar dacă luăm în considerare faptul că din valoarea indicată trebuie scăzuți aproximativ 70 de centimetri de adâncime a șanțului.

Consum economic de material

Deoarece secțiunea metalică nu este cel mai important parametru, se recomandă achiziționarea unui material cu cea mai mică suprafață de secțiune. Cu toate acestea, trebuie să rămâneți în valorile minime recomandate. Cele mai economice (dar capabile să reziste la loviturile de baros) opțiuni de hardware:

• țevi cu diametrul de 32 mm și grosimea peretelui de 3 mm;
• colț cu raft egal (lateral - 50 sau 60 de milimetri, grosime - 4 sau 5 milimetri);
• oțel rotund (diametrul de la 12 la 16 milimetri).

Ca o legătură metalică, o bandă de oțel de 4 mm grosime va fi cea mai bună alegere. Alternativ, o bară de oțel de 6 mm va fi potrivită.

Notă! Tijele orizontale sunt sudate pe partea superioară a electrozilor. Prin urmare, la distanța calculată dintre electrozi ar trebui adăugați încă 18 - 23 de centimetri.

Secțiunea exterioară de împământare poate fi realizată dintr-o bandă de 4 mm (lățime - 12 mm).

Formule pentru calcule

Este potrivită o formulă universală, cu ajutorul căreia se calculează rezistența unui electrod vertical.

Când se efectuează calcule, nu se poate face fără tabele de referință, unde sunt indicate valori aproximative. Acești parametri sunt determinați de compoziția solului, densitatea medie a acestuia, capacitatea de a reține apa și zona climatică.

Setăm numărul necesar de tije, fără a ține cont de rezistența conductorului orizontal.

Determinăm nivelul de rezistență al tijei verticale pe baza indicelui de rezistență al electrodului de masă de tip orizontal.

Pe baza rezultatelor obținute, achiziționăm cantitatea necesară de material și intenționăm să începem lucrările la crearea unui sistem de împământare.

Concluzie

Deoarece cea mai mare rezistență a solului se observă în perioadele uscate și geroase, cel mai bine este să planificați organizarea sistemului de împământare pentru această perioadă. În medie, construcția de împământare durează 1 - 3 zile lucrătoare.

Înainte de a umple șanțul cu pământ, trebuie verificată funcționarea dispozitivelor de împământare. Mediul optim de testare ar trebui să fie cât mai uscat posibil, cu puțină umiditate în sol. Deoarece iernile nu sunt întotdeauna fără zăpadă, este mai ușor să începeți construirea unui sistem de împământare vara.

Împământarea este necesară pentru a asigura siguranța în caz de deteriorare a dispozitivelor electrice, izolarea cablurilor de alimentare, scurtcircuit al conductorilor. Esența împământării este reducerea potențialului la punctul de contact cu o instalație electrică împământată la valorile maxime admise.

Reducerea potențială se realizează în două moduri:

• Punerea la zero - conectarea carcasei dispozitivului cu un conductor neutru care merge la substație;
• Împământare - conectarea carcasei la o buclă de împământare situată în pământ în afara clădirii.

Prima opțiune este mai ușoară, dar în caz de deteriorare a conductorului neutru, acesta încetează să-și îndeplinească funcțiile, iar acest lucru este periculos. Prin urmare, prezența unei bucle de masă este o condiție prealabilă pentru asigurarea siguranței.

Calculul împământării presupune determinarea rezistenței dispozitivului de împământare, care nu trebuie să fie mai mare decât cea specificată de standardele tehnice.

Bucla de pământ

Proiectarea buclei de masă, tipurile de materiale utilizate, sunt limitate de condițiile cuprinse în documente, de exemplu, în PUE, regulile pentru instalațiile electrice.

Toate instalațiile electrice, fără excepție, trebuie să fie împământate, atât la substație, cât și la întreprindere sau la domiciliu.

Cel mai comun design al buclei de împământare este unul sau mai mulți pini metalici (electrozi de împământare) îngropați în pământ și interconectați printr-o îmbinare sudata. Folosind un conductor metalic, bucla de împământare este conectată la dispozitive împământate.

Ca conductori de împământare se utilizează oțel nevopsit sau materiale din oțel placat cu cupru, ale căror dimensiuni nu trebuie să fie mai mici decât cele indicate mai jos:

• Laminat rotund - diametrul nu mai mic de 12 mm;
• Colț - minim 50x50x4 mm;
• Conducte - cu un diametru de minim 25 mm cu o grosime a peretelui de minim 4 mm.

Cu cât conductivitatea electrozilor de împământare este mai bună, cu atât lucrările de împământare sunt mai eficiente, prin urmare cea mai preferată opțiune este utilizarea electrozilor de cupru, dar în practică acest lucru nu se întâmplă din cauza costului ridicat al cuprului.

Oțelul neacoperit are o corozivitate ridicată, mai ales la marginea solului umed și a aerului, prin urmare se determină grosimea minimă a pereților metalici (4 mm).

Metalul galvanizat rezistă bine la coroziune, dar nu și în cazul fluxului de curent. Chiar și cel mai mic curent va provoca un proces electrochimic, în urma căruia un strat subțire de zinc va rezista un timp minim.

Sistemele moderne de împământare sunt realizate pe bază de oțel placat cu cupru. Deoarece cantitatea de cupru pentru fabricație este mică, costul materialelor finite nu este cu mult mai mare decât oțelul, iar durata de viață crește de multe ori.

Cele mai comune modele de bucle de împământare sunt plasarea triunghiulară sau în linie a electrozilor. Distanța dintre electrozii adiacenți ar trebui să fie de 1,2-2 m, iar adâncimea de așezare ar trebui să fie de 2-3 m. Adâncimea de așezare (lungimea electrozilor) depinde în mare măsură de caracteristicile solului. Cu cât rezistența sa electrică este mai mare, cu atât electrozii ar trebui să fie mai adânci. În orice caz, această adâncime trebuie să depășească adâncimea de îngheț a solului, deoarece solul înghețat are o rezistență ohmică ridicată. Același lucru este valabil și pentru zonele de teren cu umiditate scăzută.

Acolo unde este posibil să curgă curenți mari, cum ar fi într-o substație sau o instalație cu echipamente mari, abordarea selectării designului buclei de masă și calculul acesteia este foarte importantă pentru siguranță.

Factori de rezistență la sol

Calculul unui dispozitiv de împământare de protecție depinde de multe condiții, printre care se pot distinge cele principale, care sunt utilizate în calcule ulterioare:

• Rezistenta la sol;
• Material pentru electrozi;
• Adâncimea de așezare a electrozilor;
• Amplasarea electrozilor de împământare unul față de celălalt;
• Vreme.

Rezistenta la sol

Solul în sine, cu câteva excepții, are o conductivitate electrică scăzută. Această caracteristică variază în funcție de conținutul de umiditate, deoarece apa cu săruri dizolvate în ea este un bun conductor. Astfel, proprietățile electrice ale solului depind de cantitatea de umiditate conținută, de compoziția sării și de proprietățile solului de a reține umiditatea.

Tipuri comune de sol și caracteristicile acestora

Tipul de sol	Rezistivitate ρ, Ohm m
stâncă	4000
Lut	100
Cernoziom	30
Nisip	500
lut nisipos	300
Calcar	2000
Teren de grădină	50
Lut	70

Tabelul arată că rezistivitatea poate diferi cu mai multe ordine de mărime. În condiții reale, situația este complicată de faptul că la diferite adâncimi tipul de sol poate fi diferit și fără limite clar definite între straturi.

Materialul electrodului

Această parte a calculelor este cea mai simplă, deoarece doar câteva tipuri de materiale sunt utilizate la fabricarea împământului:

• Oţel;
• Cupru;
• oțel placat cu cupru;
• Oțel galvanizat.

Cuprul pur nu este folosit din cauza costului său ridicat, cele mai des utilizate materiale sunt oțelul pur și galvanizat. Recent, au devenit din ce în ce mai frecvente sistemele de împământare, care folosesc oțel acoperit cu un strat de cupru. Astfel de electrozi au cea mai scăzută rezistență, care are o stabilitate bună în timp, deoarece stratul de cupru rezistă bine la coroziune.

Oțelul neacoperit are cele mai proaste caracteristici, deoarece stratul de coroziune (rugina) crește rezistența de contact la interfața electrod-împământare.

Adâncimea marcajului

Amploarea liniară a limitei de contact dintre electrod și sol și dimensiunea stratului de pământ, care participă la circuitul de curgere a curentului, depind de adâncimea de așezare a electrozilor. Cu cât acest strat este mai mare, cu atât valoarea rezistenței va fi mai mică.

Pe o notă.În plus, la instalarea electrozilor, trebuie avut în vedere că, cu cât sunt localizați mai adânc, cu atât vor fi mai aproape de acvifer.

Amplasarea electrozilor

Această caracteristică este cea mai puțin evidentă și greu de înțeles. Trebuie să fii conștient de faptul că fiecare electrod de împământare are un anumit efect asupra celor vecini și, cu cât sunt amplasați mai aproape, cu atât vor fi mai puțin eficienți. Justificarea exactă a efectului este destul de complicată, trebuie doar luată în considerare în calcule și construcție.

Este mai ușor de explicat dependența eficienței de numărul de electrozi. Aici puteți desena o analogie cu rezistențele conectate în paralel. Cu cât sunt mai multe, cu atât rezistența totală este mai mică.

Vreme

Dispozitivul de împământare are cei mai buni parametri la umiditate ridicată a solului. Pe vreme uscată și geroasă, rezistența solului crește brusc și, la atingerea anumitor condiții (uscare completă sau îngheț), capătă o valoare maximă.

Notă! Pentru a minimiza influența condițiilor meteorologice, adâncimea de așezare a electrozilor trebuie să fie sub adâncimea maximă de îngheț în timpul iernii sau să ajungă la acvifer pentru a preveni uscarea.

Important! Următoarele calcule trebuie făcute pentru condițiile cele mai defavorabile, deoarece în toate celelalte cazuri rezistența la pământ va scădea.

Metoda de calcul

Principalul parametru de calcul este valoarea necesară a rezistenței la pământ, care este reglementată de documentele de reglementare, în funcție de mărimea tensiunii de alimentare, tipul instalațiilor electrice și condițiile de utilizare a acestora.

Nu există un calcul riguros de împământare de protecție care să dea numărul și lungimea electrozilor, deci se bazează pe unele aproximări și toleranțe.

Pentru început, se ia în considerare tipul de sol și se determină lungimea aproximativă a electrozilor de împământare, materialul și cantitatea acestora. În continuare, se efectuează calculul, a cărui ordine este următoarea:

• Se determină rezistența la răspândirea curentului pentru un electrod;
• Numărul conductoarelor verticale de împământare se calculează luând în considerare poziția relativă a acestora.

O singură împământare

Rezistența la răspândirea curentului se calculează după formula:

În această expresie:

ρ este rezistența specifică echivalentă a solului;

l este lungimea electrodului;

d este diametrul;

t este distanța de la suprafața solului până la centrul electrodului.

Când se utilizează un colț în loc de țeavă sau produse laminate, aceștia acceptă:

d = b 0,95, unde b este lățimea raftului de colț.

Rezistența echivalentă a solului multistrat:

• ρ1 și ρ2 sunt rezistențele specifice ale straturilor de sol;
• H este grosimea stratului superior;
• Ψ este factorul sezonier.

Coeficientul sezonier depinde de zona climatică. De asemenea, se modifică, în funcție de numărul de electrozi folosiți. Valorile indicative ale factorului sezonier variază de la 1,0 la 1,5.

Numărul de electrozi

Numărul necesar de electrozi este determinat din expresia:

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

• Rz - rezistența maximă admisă a dispozitivului de împământare;
• K este factorul de utilizare.

Factorul de utilizare este selectabil. în conformitate cu numărul selectat de electrozi de împământare, poziția lor relativă și distanța dintre ei.

Dispunerea în rânduri a electrozilor

	Cantitate electrozi	Coeficient
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

plasarea conturuluielectrozi

Raportul dintre distanța dintre electrozi și lungimea lor	Cantitate electrozi	Coeficient
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

Calculul buclei de împământare nu dă întotdeauna valoarea necesară, prin urmare, poate fi necesar să fie făcut de mai multe ori, modificând numărul și dimensiunile geometrice ale electrozilor de împământare.

Măsurarea la sol

Pentru măsurarea rezistenței pământului se folosesc instrumente speciale de măsurare. Organizațiile cu permisiunea corespunzătoare au dreptul de a măsura împământarea. De obicei, acestea sunt organizații și laboratoare energetice. Parametrii măsurați sunt introduși în protocolul de măsurare și stocați la întreprindere (în atelier, la substație).

Calculul rezistenței la sol este o sarcină complexă în care trebuie luate în considerare multe condiții, așa că este mai rațional să luăm ajutorul organizațiilor specializate în acest domeniu. Pentru a rezolva problema, puteți face calcule pe un calculator online, un exemplu al căruia poate fi găsit pe Internet în domeniul public. Programul calculatorului în sine vă va spune ce date trebuie luate în considerare în calcule.

Video

Calculul dispozitivelor de împământare se reduce în principal la calculul conductorului de împământare în sine, deoarece conductoarele de împământare în majoritatea cazurilor sunt acceptate în funcție de condițiile de rezistență mecanică și rezistență la coroziune conform PTE și PUE. Singurele excepții sunt instalațiile cu un dispozitiv extern de împământare. În aceste cazuri, rezistențele conectate în serie ale liniei de legătură și ale conductorului de împământare sunt calculate astfel încât rezistența lor totală să nu depășească cea admisibilă.

Trebuie evidențiate problemele calculării dispozitivelor de împământare pentru regiunile polare și de nord-est ale țării noastre. Se caracterizează prin soluri de permafrost, care au rezistența specifică a straturilor de suprafață cu unul sau două ordine de mărime mai mare decât în ​​condiții normale în zona centrală a URSS.

Calculul rezistenței conductoarelor de împământare în alte regiuni ale URSS se efectuează în următoarea ordine:

1. Se stabilește rezistența admisă a dispozitivului de împământare r zm, cerută conform PUE. Dacă dispozitivul de împământare este comun mai multor instalații electrice, atunci rezistența de proiectare a dispozitivului de împământare este cea mai mică dintre cele necesare.

2. Rezistența necesară a unui electrod de pământ artificial se determină, ținând cont de utilizarea electrozilor de pământ naturali legați în paralel, din expresiile

(8-14)

unde r zm este rezistența admisibilă a dispozitivului de împământare conform clauzei 1, R și este rezistența electrodului de împământare artificială; R e-rezistența unui electrod natural de împământare. Se determină rezistivitatea calculată a solului ținând cont de factorii multiplicatori care țin cont de uscarea solului vara și de înghețarea iernii.

În absența datelor exacte despre sol, puteți utiliza tabelul. 8-1, care arată datele medii privind rezistența solului recomandate pentru calculele preliminare.

Tabelul 8-1

Rezistivitatea medie a solurilor și apelor recomandată pentru calcule preliminare

Notă. Rezistențele specifice solului se determină la un conținut de umiditate de 10-20% din greutatea solului

Măsurarea rezistivității pentru a obține rezultate mai fiabile se efectuează în sezonul cald (mai - octombrie) în zona centrală a URSS. La valoarea măsurată a rezistivității solului, în funcție de starea solului și de cantitatea de precipitații, se introduc factori de corecție k, ținând cont de modificarea datorată uscării și înghețului solului, adică P calc \u003d P k

4. Se determină rezistența la răspândire a unui electrod vertical R v.o. formule de tabel. 8-3. Aceste formule sunt date pentru electrozii cu tije din oțel rotund sau țevi.

Când se utilizează electrozi verticali din oțel unghiular, diametrul echivalent al unghiului este înlocuit în formulă în locul diametrului țevii, calculat prin expresia

(8-15)

unde b este lățimea laturilor colțului.

5. Numărul aproximativ de conductoare verticale de împământare se determină cu un factor de utilizare acceptat anterior

(8-16)

unde R v.o. este rezistența la răspândire a unui electrod vertical, așa cum este definit în clauza 4; R și - rezistența necesară a electrodului de pământ artificial; K și, în, zm - coeficientul de utilizare al electrozilor de pământ vertical.

Tabelul 8-2

Valoarea coeficientului de multiplicare k pentru diferite zone climatice

Coeficienții de utilizare a conductoarelor verticale de împământare sunt dați în tabel. 8-4 când le aranjezi pe rând și în tabel. 8-5 când le așezi de-a lungul conturului

6. Rezistența la răspândire a electrozilor orizontali Rg se determină conform formulelor din tabel. 8-3. Coeficienții pentru utilizarea electrozilor orizontali pentru un număr acceptat anterior de electrozi verticali sunt preluați din Tabel. 8-6 cu dispunerea electrozilor verticale pe rând și conform tabelului. 8-7 cu aranjarea electrozilor verticali de-a lungul conturului.

7. Se precizează rezistența necesară a electrozilor verticali, ținând cont de conductivitatea electrozilor de legătură orizontale din expresii

(8-17)

unde R g - rezistența la împrăștiere a electrozilor orizontali, definită la paragraful 6; R și - rezistența necesară a electrodului de pământ artificial.

Tabelul 8-3

Formule pentru determinarea rezistenței la răspândirea curentului a diverșilor electrozi de masă

Tabelul 8-4

Coeficienți de utilizare ai conductoarelor verticale de împământare, K și, în, gm, așezate pe rând, fără a ține cont de influența electrozilor de comunicare orizontală

Tabelul 8-5

Coeficienți de utilizare a conductoarelor verticale de împământare, K și, în, zm, plasate de-a lungul conturului, fără a ține cont de influența electrozilor de cuplare orizontali

Tabelul 8-6

Coeficienții de utilizare K și, g, zm ai electrozilor de conectare orizontale, într-un rând de electrozi verticali

Tabelul 8-7

Coeficienții de utilizare K și, g, gm ai electrozilor de legătură verticali într-un circuit de electrozi verticali

8. Se precizează numărul de electrozi verticali, luând în considerare factorii de utilizare conform Tabelului. 8-4 și 8-5:

Numărul de electrozi verticali este luat în final din condițiile de amplasare.

9. Pentru instalaţiile peste 1000 V cu curenţi mari de defect la pământ se verifică rezistenţa termică a conductoarelor de legătură conform formulei (8-11).

Exemplul 1. Este necesar să se calculeze sistemul de electrozi de împământare în buclă a unei stații de 110/10 kV cu următoarele date: curentul maxim prin împământare în timpul defecțiunilor la pământ pe partea de 110 kV este de 3,2 kA, curentul maxim prin împământare în timpul defecțiunilor la pământ pe 10. partea kV este de 42 A; sol la locul construcției stației - lut; zona climatică 2; în plus, ca împământare este folosit un sistem de cabluri - suporturi cu o rezistență de împământare de 1,2 Ohm.

Soluția 1. Pentru partea de 110 kV este necesară o rezistență de masă de 0,5 Ohm. Pentru partea de 10 kV, conform formulei (8-12), avem:

unde tensiunea nominală la dispozitivul de împământare U calc se presupune a fi de 125 V, deoarece dispozitivul de împământare este utilizat și pentru instalațiile substațiilor cu tensiuni de până la 1000 V.

Astfel, rezistența rzm = 0,5 Ohm este luată drept cea calculată.

2. Rezistența electrodului artificial de împământare se calculează ținând cont de utilizarea sistemului cablu-suport

Masa 8-1 este 1000 ohmi, 0,8 m

Rezistențe specifice estimate: pentru electrozi orizontali R calculat g = 4,5x100 = 450 Ohm m; pentru electrozi verticali calc.v = 1,8x100 = 180 Ohm m.

4. Se determină rezistența de împrăștiere a unui electrod vertical - un colț nr. 50 lung de 2,5 m atunci când este scufundat sub nivelul solului cu 0,7 m conform formulei din tabel. 8-3:

unde 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. Numărul aproximativ de conductoare verticale de împământare se determină cu un factor de utilizare acceptat anterior K și, în, gm = 0,6:

6. Se determină rezistența la împrăștiere a electrozilor orizontali (fâșii 40x4 mm 2) sudați la capetele superioare ale colțurilor. Coeficientul de utilizare al benzii de conectare în circuitul K și, g, gm cu numărul de colțuri de aproximativ 100 și raportul a / l \u003d 2 conform tabelului. 8-7 este egal cu 0,24. Rezistenta la intindere a benzii de-a lungul perimetrului conturului (l = 500 m) conform formulei din tabel. 8-3 este egal cu:

7. Rezistenta rafinata a electrozilor verticali

8. Numărul specificat de electrozi verticali se determină cu un factor de utilizare K și, g, zm = 0,52, luat din Tabel. 8-5 cu n = 100 și a/l = 2:

În cele din urmă sunt acceptate 116 colțuri.

Pe langa contur, pe teritoriu se dispune o grila de benzi longitudinale, situata la o distanta de 0,8-1 m fata de echipament, cu legaturi transversale la fiecare 6 m. Acești electrozi orizontali necontabiliați reduc rezistența totală de împământare, conductivitatea lor merge la marja de siguranță.

9. Se verifică stabilitatea termică a benzii 40 × 4 mm 2.

Secțiunea minimă a benzii din condițiile de stabilitate termică la scurtcircuit. la pământ în formula (8-11) cu scurtcircuit cu timpul de curgere a curentului redus. tp \u003d 1.1 este egal cu:

Astfel, banda 40 × 4 mm 2 satisface condiția de stabilitate termică.

Exemplul 2. Este necesar să se calculeze împământarea unei stații cu două transformatoare 6 / 0,4 kV cu o putere de 400 kVA cu următoarele date: cel mai mare curent prin împământare în timpul unei defecțiuni la pământ pe partea de 6 kV 18 A; sol pe șantier - argilă; zona climatică 3; în plus, ca împământare este folosită o conductă de apă cu o rezistență de răspândire de 9 ohmi.

Soluţie. Se preconizeaza realizarea unui sistem de electrozi de impamantare in exteriorul cladirii, cu care se afla statia adiacenta, cu aranjarea electrozilor verticali intr-un rand de 20 m lungime; material - oțel rotund cu diametrul de 20 mm, metoda de imersie - înșurubare; capetele superioare ale tijelor verticale, scufundate la o adancime de 0,7 m, sunt sudate la un electrod orizontal din acelasi otel.

1. Partea de 6 kV necesită o rezistență de pământ definită prin formula (8-12):

unde tensiunea calculată pe dispozitivul de împământare se presupune a fi de 125 V, deoarece dispozitivul de împământare este comun pentru laturile de 6 și 0,4 kV.

Conform PUE, rezistența de împământare nu trebuie să depășească 4 ohmi. Astfel, rezistența de masă calculată este rgm = 4 Ohm.

2. Rezistența unui electrod de pământ artificial este calculată ținând cont de utilizarea unei conducte de apă ca ramură paralelă a pământului

3. Rezistența la sol recomandată pentru calcule la locul construcției de împământare (argilă) conform Tabelului. 8-1 este 70 Ohm*m. Creşterea coeficienţilor k pentru zona a 3-a climatică conform tabelului. 8-2 sunt luate egal cu 2,2 pentru electrozii orizontali cu o adâncime de așezare de 0,7 m și 1,5 pentru electrozii verticali cu lungimea de 2–3 m cu o adâncime de așezare a capătului lor superior de 0,5–0,8 m.

Rezistența specifică estimată a solului:

pentru electrozi orizontali P calc.g = 2,2 × 70 = 154 Ohm * m;

pentru electrozi verticali P calc.v = 1,5x70 = 105 Ohm * m.

4. Rezistența la împrăștiere a unei tije cu diametrul de 20 mm, lungimea de 2 m se determină atunci când este scufundată sub nivelul solului cu 0,7 m conform formulei din tabel. 8-3:

5. Numărul aproximativ de conductoare verticale de împământare se determină cu un factor de utilizare acceptat anterior K și. zm = 0,9

6. Se determină rezistența la împrăștiere a unui electrod orizontal din oțel rotund cu diametrul de 20 mm, sudat la capetele superioare ale tijelor verticale.

Coeficientul de utilizare a unui electrod orizontal într-un rând de tije cu numărul lor de aproximativ 6 și raportul dintre distanța dintre tije și lungimea tijelor a/l = 20/5x2 = 2 în conformitate cu tabelul. 8-6 este luat egal cu 0,85.

Rezistența la răspândire a unui electrod orizontal este determinată de formula din tabel. 8-3 și 8-8:

Tabelul 8-8

Coeficienți de creștere a rezistenței în raport cu rezistivitatea măsurată a solului (sau rezistența solului) pentru banda de mijloc a URSS

Note: 1) se aplică la 1 dacă valoarea măsurată Р (Rх) corespunde aproximativ cu valoarea minimă (solul este umed - timpul de măsurare a fost precedat de o cantitate mare de precipitații);

2) k2 se aplică dacă valoarea măsurată P (Rx) corespunde aproximativ cu valoarea medie (sol cu ​​umiditate medie - timpul de măsurare a fost precedat de o cantitate mică de precipitații);

3) k3 se aplică dacă valoarea măsurată Р (Rх) corespunde aproximativ cu cea mai mare valoare (sol uscat - timpul măsurătorilor a fost precedat de o cantitate nesemnificativă de precipitații).

7. Îmbunătățirea rezistenței la răspândire a electrozilor verticali

8. Numărul specificat de electrozi verticali se determină la factorul de utilizare K și. g. zm = 0,83, luat din tabel. 8-4 la n = 5 și a/l= 20/2x4 = 2,5 (n = 5 în loc de 6 este luat din condiția reducerii numărului de electrozi verticali când se ține cont de conductivitatea electrodului orizontal)

În cele din urmă sunt acceptate patru tije verticale, în timp ce rezistența la împrăștiere este ceva mai mică decât cea calculată.

Extras din Manualul de alimentare cu energie industrială

sub redacția generală a lui A. A. Fedorov și G. V. Serbinovsky

Un circuit de protecție creat în jurul oricărui obiect care este alimentat cu energie electrică va asigura că tensiunea înaltă curge în pământ prin electrozi special instalați. Astfel de modele protejează echipamentele scumpe de scurtcircuite și epuizare din cauza supratensiunii. Instalarea structurii trebuie efectuată în conformitate cu rezultatele calculelor nivelului de conductivitate electrică a conductorilor.

Scopul calculului

Înainte de a instala pe o unitate rezidențială sau de altă natură, este necesar, dimensiunile sale standard. Acest design constă din:

• elemente instalate vertical pe sol;
• conductor;
• benzi care leagă conturul în plan orizontal.

Electrozii sunt săpați și conectați unul la altul folosind un electrod de împământare orizontal. După aceea, sistemul de protecție creat este conectat la tabloul electric.

Astfel de structuri artificiale sunt utilizate în rețelele electrice cu diferiți indicatori de tensiune:

1. variabil de la 380 V;
2. constantă de la 440 V;

la instalaţiile de producţie periculoase.

Sistemele de protecție sunt instalate în diferite locuri ale echipamentului. În funcție de locația de instalare, acestea sunt la distanță sau contur. În structurile deschise, elementele sunt conectate direct la elementul de împământare. În dispozitivele de contur, plasarea este de-a lungul perimetrului exterior sau în interiorul dispozitivului. Pentru fiecare tip de instalații de protecție este necesar să se efectueze un calcul pentru a stabili valoarea rezistenței conductoarelor verticale de împământare, numărul de tije necesare și lungimea benzilor pentru conectarea acestora.

Pe lângă dispozitivele speciale, pot fi utilizate sisteme naturale:

• comunicații din conducte metalice;
• structuri metalice;
• substații;
• suporturi;
• manta metalica pentru cablu;
• carcasă.

Pentru structuri artificiale se fac calcule de conductivitate. Dispunerea lor la locul de utilizare a centralelor electrice asigură îndepărtarea curentului electric la sol, protejând oamenii și echipamentele de descărcări la scară mare ca urmare a unei supratensiuni. Cu cât conductivitatea electrică este mai mică, cu atât nivelul curentului electric care iese prin structura de protecție este mai scăzut.

Calculul pas cu pas al buclei de masă

Calculele trebuie efectuate ținând cont de numărul de elemente, distanța lor unul de celălalt, conductivitatea curentă a solului și adâncimea de săpare în electrodul de pământ vertical. Folosind acești parametri, va fi posibil să se efectueze un calcul precis al împământării de protecție.

În primul rând, ar trebui să determinați tipul de sol din tabel. După aceea, selectați materialele potrivite pentru construcție. Apoi calculele sunt efectuate folosind formule speciale care determină numărul tuturor elementelor, precum și capacitatea acestora de a conduce electricitatea.

Pe baza rezultatelor obținute se realizează instalarea întregului sistem, după care se efectuează măsurători de control pentru conductivitatea curentă a acestuia.

Datele inițiale

Când se calculează valoarea forței, trebuie să se stabilească raportul dintre numărul lor, lungimea benzilor de legătură și distanța la care se efectuează săparea.

În plus, va fi necesar să se țină cont de rezistența specifică a solului, care este determinată de nivelul conținutului de umiditate al acestuia. Pentru a obține o valoare stabilă, este necesar să îngropați electrozii în sol la o adâncime de cel puțin 0,7 metri. De asemenea, este important să nu se abate de la dimensiunea dispozitivului de protecție în sine stabilită de GOST.La efectuarea calculului, este necesar să se utilizeze tabele gata făcute cu indicatori deja disponibili pentru materialele utilizate și conductivitatea electrică a anumitor tipuri de soluri.

Tabelul indicatorilor de conductivitate electrică a diferitelor soluri

Adâncimea necesară la care un electrod vertical este îngropat în pământ este calculată prin formula:

La instalarea unei structuri de protecție, este necesar să se asigure că tijele metalice sunt complet incluse în stratul superior al pământului și parțial în nivelurile sale inferioare. În timpul calculelor, va fi necesar să se utilizeze coeficienții medii ai nivelului de conductivitate electrică a solului în diferite anotimpuri în anumite zone climatice, prezentați în acest tabel:

Rezistența solului în diferite zone climatice

Pentru a determina cu precizie numărul de elemente verticale din structura asamblată, fără a lua în considerare indicatorii pentru benzile înguste care le conectează, trebuie să utilizați formula:

În ea, Rн, denotă puterea curentului care se răspândește pe solul de un anumit tip, al cărui coeficient de rezistență este luat din tabel.

Pentru a calcula parametrii fizici ai materialului, trebuie luate în considerare dimensiunile elementelor sistemului utilizate:

• pentru benzi 12x4 - 48 mm2;
• la colțuri 4x4 mm;
• pentru un cerc de oțel - 10 mm2;
• pentru țevi ai căror pereți au grosimea de 3,5 mm.

Exemplu de calcul de împământare

Este necesar să se calculeze conductivitatea conductorilor utilizați, ținând cont de caracteristicile solului, pentru fiecare electrod separat, conform formulei:

în care:

• Ψ este coeficientul climatic, care este preluat din literatura de referință;
• ρ1, ρ2 - valoarea conductivității straturilor superioare și inferioare ale pământului;
• H este grosimea stratului superior de sol;
• t este adâncimea elementului vertical din șanț.

Tijele pentru astfel de structuri sunt îngropate la un nivel de cel puțin 0,7 metri, în conformitate cu reglementările în vigoare.

Ce ar trebui să avem la sfârșitul calculului

După efectuarea calculelor folosind formulele utilizate, este posibil să se obțină rezistența exactă a unui dispozitiv de împământare artificială. Este adesea imposibil să se măsoare acești indicatori în sistemele naturale din cauza imposibilității de a obține dimensiunile exacte ale comunicațiilor îngropate, canalelor, cablurilor sau structurilor metalice deja instalate.

După finalizarea calculelor, este posibil să se obțină numărul exact de tije și benzi pentru contur, ceea ce va ajuta la crearea unui sistem de protecție fiabil pentru echipamentul utilizat și pentru întregul obiect în ansamblu. Calculele vor ajuta, de asemenea, la stabilirea lungimii exacte a benzilor care leagă tijele. Principalul rezultat al tuturor calculelor va fi obținerea valorii finale a proprietăților conductorilor utilizați în circuitul creat, care determină puterea curentului electric care trece prin aceștia. Acesta este cel mai important standard PES, care are anumite valori pentru rețelele cu indicatori de tensiune diferiți.

Valori admise ale rezistenței la sol, conform reglementărilor

Există valori normative uniforme conform cărora rezistența la răspândirea curentului pentru o rețea electrică cu o anumită valoare a tensiunii nu trebuie să depășească standardele GOST stabilite. În rețelele cu o tensiune de 220 V, aceasta nu trebuie să depășească 8 ohmi. La o tensiune de 380 V, valoarea sa nu trebuie să depășească 4 ohmi.

Pentru a calcula indicatorii întregului circuit, puteți utiliza formula R \u003d R0 / ηv * N, în care:

• R0 este nivelul de conductanță pentru un electrod;
• R - indicarea nivelului de obstrucție la trecerea curentului pentru întregul sistem;
• ηv - coeficientul de utilizare al dispozitivului de protecție;
• N este numărul de electrozi din întregul circuit.

Material necesar pentru dispozitivul de contur

Puteți asambla circuitul dintr-un material metalic:

1. colţ,
2. dungi cu dimensiuni specifice.

După aceea, trebuie verificat de un expert dintr-un laborator de măsurare independent. Armarea clădirii poate fi folosită ca contur natural dacă este prezentă în structurile portante ale clădirii. PES conține o listă specială de structuri care pot fi folosite ca un contur natural atunci când se creează sisteme de protecție.

Pentru a verifica funcționarea întregii structuri, este necesar să se verifice valoarea totală și rezistența conductoarelor verticale de împământare și întregul sistem cu dispozitive speciale. Această activitate ar trebui să fie încredințată experților independenți din laboratorul electric. Pentru ca structura să protejeze în mod fiabil întregul obiect, măsurătorile trebuie efectuate în mod regulat, verificându-le valoarea la standardele stabilite.

) pentru un singur electrod de împământare de adâncime bazat pe împământare modulară se face ca un calcul al unui electrod de împământare vertical convențional format dintr-o tijă metalică cu diametrul de 14,2 mm.

Formula pentru calcularea rezistenței de împământare a unui singur electrod de împământare vertical:

Unde:
ρ - rezistivitatea solului (Ohm*m)
L - lungimea electrodului de împământare (m)
d - diametrul electrodului de împământare (m)
T - pătrunderea electrodului de pământ (distanța de la suprafața pământului până la mijlocul electrodului de pământ)(m)
π - constanta matematică Pi (3,141592)
ln - logaritm natural

Pentru împământarea electrolitică ZANDZ, formula de calcul a rezistenței de împământare este simplificată sub forma:

- pentru set ZZ-100-102

Contribuția conductorului de împământare de conectare nu este luată în considerare aici.

Distanța dintre electrozii de împământare

Cu o configurație cu mai mulți electrozi a electrodului de împământare, un alt factor începe să influențeze rezistența finală a pământului - distanța dintre electrozii de împământare. În formulele de calcul al împământului, acest factor este descris prin valoarea „factor de utilizare”.

Pentru împământarea modulară și electrolitică, acest coeficient poate fi neglijat (adică valoarea lui este 1) sub rezerva unei anumite distanțe între electrozii de împământare:

• nu mai puțin decât adâncimea de scufundare a electrodului - pentru modular
• nu mai puțin de 7 metri - pentru electrolitic

Conectarea electrozilor la electrodul de împământare

Pentru a conecta electrozii de împământare între ei și la obiect, ca conductor de împământare se folosește o tijă de cupru sau o bandă de oțel.

Secțiunea transversală a conductorului este adesea aleasă - 50 mm² pentru cupru și 150 mm² pentru oțel. Este obișnuit să folosiți o bandă de oțel convențională de 5 * 30 mm.

Pentru o casă privată fără paratrăsnet, este suficient un fir de cupru cu o secțiune transversală de 16-25 mm².

Mai multe informații despre așezarea conductorului de împământare pot fi găsite pe o pagină separată „Instalarea împământului”.

Serviciu pentru calcularea probabilității ca un fulger să lovească un obiect

Dacă, pe lângă dispozitivul de împământare, trebuie să instalați un sistem extern de protecție împotriva trăsnetului, puteți utiliza paratrăsnetele unice, protejate. Serviciul a fost dezvoltat de echipa ZANDZ împreună cu Institutul Energetic numit după G.M. Krzhizhanovsky (JSC ENIN)

Acest instrument permite nu numai verificarea fiabilității sistemului de protecție împotriva trăsnetului, ci și realizarea celui mai rațional și corect proiectare de protecție împotriva trăsnetului, oferind:

• costuri mai mici ale lucrărilor de construcție și instalare, reducând stocul inutil și utilizând paratrăsnet mai puțin ridicat, mai puțin costisitor de instalat;
• mai puține lovituri de trăsnet în sistem, reducând consecințele negative secundare, ceea ce este deosebit de important în locurile cu multe dispozitive electronice (numărul de lovituri de trăsnet scade odată cu scăderea înălțimii paratrăsnetului).

• probabilitatea unei pătrunderi a fulgerului în obiectele sistemului (fiabilitatea sistemului de protecție este definită ca 1 minus valoarea probabilității);
• numărul de fulgere în sistem pe an;
• numărul de străpungeri de fulgere, ocolind protecția, pe an.

Având astfel de informații, proiectantul poate compara cerințele clientului și documentația de reglementare cu fiabilitatea obținută și poate lua măsuri pentru a schimba designul protecției împotriva trăsnetului.

Pentru a începe calculul, .