Beräkning av jordslingans program. Beräkning av jordningsanordningar

Jordningssystemet garanterar invånarnas säkerhet och oavbruten drift av elektriska apparater. Jordning förhindrar elektriska stötar vid elläckage till icke strömförande metallelement som uppstår när isoleringen skadas. Skapandet av ett säkerhetssystem är en ansvarsfull händelse, därför är det nödvändigt att beräkna jordningen innan den utförs.

Naturlig mark

Vid en tidpunkt då listan över hushållsapparater i ett hem var begränsad till en TV, kylskåp och tvättmaskin, användes sällan jordningsanordningar. Skydd mot strömläckage tilldelades naturliga jordledare, såsom:

oisolerade metallrör;
hölje av vattenbrunnar;
element av metallstängsel, gatlyktor;
flätning av kabelnät;
stålelement av fundament, pelare.

Det bästa alternativet för naturlig jordning är en vattenledning av stål. På grund av sin långa längd minimerar vattenrör motståndet mot ström. Effektiviteten hos vattenrör uppnås också på grund av att de ligger under nivån för säsongsfrysning, och därför påverkar varken värme eller kyla deras skyddande egenskaper.

Metallelement av underjordiska betongprodukter är lämpliga för ett jordningssystem om de uppfyller följande krav:

det finns tillräcklig (enligt normerna för elektriska installationsregler) kontakt med en lera, sandig lerjord eller våt sandig bas;
under byggandet av grunden togs armeringen i två eller flera sektioner ut;
metallelement har svetsade fogar;
förstärkningsmotstånd överensstämmer med reglerna för PUE;
det finns en elektrisk förbindelse med jordbussen.

Notera! Av hela listan över naturliga jordningar som nämns ovan beräknas endast underjordiska armerade betongkonstruktioner.

Effektiviteten av funktionen av naturlig jordning fastställs på grundval av mätningar utförda av en auktoriserad person (representant för Energiinspektionen). Baserat på de mätningar som tagits kommer specialisten att ge rekommendationer om behovet av att installera en extra krets till den naturliga jordslingan. Om naturligt skydd uppfyller kraven i föreskrifterna, indikerar Elinstallationsreglerna olämpligheten av ytterligare jordning.

Beräkningar för en artificiell jordningsanordning

Det är nästan omöjligt att göra en absolut exakt beräkning av jordning. Även professionella designers arbetar med ett ungefärligt antal elektroder och avstånd mellan dem.

Anledningen till komplexiteten i beräkningarna är ett stort antal externa faktorer, som var och en har en betydande inverkan på systemet. Det är till exempel omöjligt att förutsäga den exakta fuktighetsnivån, jordens faktiska densitet, dess resistivitet och så vidare är inte alltid kända. På grund av den ofullständiga säkerheten för indata, skiljer sig slutmotståndet för den organiserade jordslingan till slut från basvärdet.

Skillnaden i de designade och faktiska indikatorerna utjämnas genom att installera ytterligare elektroder eller genom att öka längden på stavarna. Ändå är preliminära beräkningar viktiga, eftersom de tillåter:

vägra onödiga utgifter (eller åtminstone minska dem) för inköp av material, för markarbeten;
välj den mest lämpliga konfigurationen av jordningssystemet;
välja rätt tillvägagångssätt.

För att underlätta beräkningarna finns det en mängd olika programvaror. Men för att förstå deras arbete krävs viss kunskap om beräkningarnas principer och karaktär.

Skyddskomponenter

Skyddsjordning inkluderar elektroder installerade i marken och elektriskt anslutna till jordbussen.

Systemet har följande element:

Metallstänger. En eller flera metallstavar riktar spridningsströmmen ner i marken. Vanligtvis används bitar av lång metall (rör, vinkel, runda metallprodukter) som elektroder. I vissa fall används stålplåt.
En metallledare som kombinerar flera jordledare till ett enda system. Vanligtvis används en horisontell ledare i form av ett hörn, stång eller remsa i denna egenskap. En metallbindning är svetsad till ändarna av elektroder som är begravda i marken.
En ledare som förbinder en jordelektrod som ligger i marken med en buss som har koppling till den skyddade utrustningen.

De två sista elementen kallas samma - jordledaren. Båda elementen har samma funktion. Skillnaden ligger i det faktum att metallbindningen är placerad i marken, och ledaren för att ansluta jorden till bussen är placerad på ytan. I detta avseende är ledare föremål för ojämlika krav på motståndskraft mot korrosion.

Principer och beräkningsregler

Jord är en av de ingående delarna av jordningssystemet. Dess parametrar är viktiga och är involverade i beräkningarna på samma sätt som längden på metalldelar.

Vid beräkningar används formlerna som anges i Elinstallationsreglerna. Variabel data som samlats in av systeminstallatören och konstanta parametrar (tillgängliga i tabellerna) används. Konstanta data inkluderar till exempel markresistens.

Bestämning av en lämplig kontur

Först och främst måste du välja formen på konturen. Designen är vanligtvis gjord i form av en viss geometrisk figur eller en enkel linje. Valet av en specifik konfiguration beror på storleken och formen på webbplatsen.

Det enklaste sättet att implementera en linjär krets, eftersom för installation av elektroder behöver du bara gräva en rak dike. Elektroderna installerade i ledningen kommer dock att vara skärmade, vilket kommer att förvärra situationen med spridningsströmmen. I detta avseende, vid beräkning av linjär jordning, tillämpas en korrigeringsfaktor.

Det vanligaste schemat för att skapa skyddande jordning är kretsens triangulära form. Elektroder är installerade längs toppen av den geometriska figuren. Metallstiften måste placeras tillräckligt långt ifrån varandra för att inte störa spridningen av strömmarna som flyter in i dem. Tre elektroder anses vara tillräckliga för att ordna skyddssystemet i ett privat hus. För att organisera ett effektivt skydd är det också nödvändigt att välja rätt längd på stavarna.

Beräkning av ledarparametrar

Längden på metallstavarna är viktig eftersom det påverkar skyddssystemets effektivitet. Längden på metallbindningselementen har också betydelse. Dessutom beror materialförbrukningen och den totala kostnaden för att ordna jordning på längden på metalldelarna.

Motståndet hos vertikala elektroder bestäms av deras längd. En annan parameter - tvärgående dimensioner - påverkar inte nämnvärt skyddets kvalitet. Icke desto mindre regleras ledarnas tvärsnitt av de elektriska installationsreglerna, eftersom denna egenskap är viktig när det gäller korrosionsbeständighet (elektroder bör tjäna 5 till 10 år).

Med förbehåll för andra villkor finns det en regel: ju fler metallprodukter som är inblandade i kretsen, desto högre är säkerheten för kretsen. Arbetet med att organisera jordning är ganska mödosamt: ju fler jordledare, desto mer jordarbete, desto längre stavar, desto djupare måste de hamras.

Vad man ska välja: antalet elektroder eller deras längd - arrangören av arbetet bestämmer. Det finns dock vissa regler om detta:

Stavarna måste installeras under säsongens frysningshorisont med minst 50 centimeter. Detta kommer att ta bort säsongsbetonade faktorer från att påverka systemets effektivitet.
Avstånd mellan vertikalt installerade jordningsbrytare. Avståndet bestäms av konturkonfigurationen och längden på stängerna. För att välja rätt avstånd måste du använda lämplig referenstabell.

Skivad metall körs ner i marken 2,5 - 3 meter med en slägga. Detta är en ganska tidskrävande uppgift, även om vi tar hänsyn till att cirka 70 centimeters dikesdjup måste subtraheras från det angivna värdet.

Ekonomisk förbrukning av material

Eftersom metallsektionen inte är den viktigaste parametern, rekommenderas det att köpa ett material med den minsta sektionsarean. Du måste dock hålla dig inom de rekommenderade lägsta värdena. De mest ekonomiska (men klarar av att motstå slägga slag) hårdvarualternativ:

rör med en diameter på 32 mm och en väggtjocklek på 3 mm;
lika hyllhörn (sida - 50 eller 60 millimeter, tjocklek - 4 eller 5 millimeter);
rundstål (diameter från 12 till 16 millimeter).

Som metallbindning är en 4 mm tjock stålremsa det bästa valet. Alternativt duger en 6 mm stålstång.

Notera! Horisontella stavar är svetsade på toppen av elektroderna. Därför bör ytterligare 18 - 23 centimeter läggas till det beräknade avståndet mellan elektroderna.

Den yttre jordningssektionen kan tillverkas av en 4 mm remsa (bredd - 12 mm).

Formler för beräkningar

En universell formel är lämplig, med hjälp av vilken resistansen hos en vertikal elektrod beräknas.

När man utför beräkningar kan man inte klara sig utan referenstabeller, där ungefärliga värden är indikerade. Dessa parametrar bestäms av jordens sammansättning, dess genomsnittliga densitet, förmågan att behålla vatten och klimatzonen.

Vi ställer in det erforderliga antalet stavar, utan hänsyn till motståndet hos den horisontella ledaren.

Vi bestämmer motståndsnivån för den vertikala stången baserat på motståndsindexet för den horisontella jordelektroden.

Baserat på de erhållna resultaten förvärvar vi den nödvändiga mängden material och planerar att börja arbeta med att skapa ett jordningssystem.

Slutsats

Eftersom det högsta jordmotståndet observeras i torra och frostiga tider, är det bäst att planera organisationen av jordningssystemet för denna period. I genomsnitt tar byggandet av jordning 1 - 3 arbetsdagar.

Innan återfyllning av diket med jord ska jordningsanordningarnas funktionsduglighet kontrolleras. Den optimala testmiljön bör vara så torr som möjligt, med lite fukt i jorden. Eftersom vintrarna inte alltid är snöfria är det lättast att börja bygga ett jordsystem på sommaren.

Jordning är nödvändig för att säkerställa säkerheten i händelse av skada på elektriska enheter, isolering av strömledningar, kortslutning av ledare. Kärnan i jordning är att minska potentialen vid kontaktpunkten med en jordad elektrisk installation till de högsta tillåtna värdena.

Potentiell minskning utförs på två sätt:

Nollställning - anslutning av enhetshöljet med en neutral ledare som går till transformatorstationen;
Jordning - anslutning av huset till en jordslinga placerad i marken utanför byggnaden.

Det första alternativet är lättare, men i händelse av skada på neutralledaren slutar den att utföra sina funktioner, och detta är farligt. Därför är närvaron av en jordslinga en förutsättning för att säkerställa säkerheten.

Beräkningen av jordning innebär att bestämma motståndet hos jordningsanordningen, som inte bör vara större än vad som anges av tekniska standarder.

Jordslinga

Utformningen av jordslingan, de typer av material som används, begränsas av villkoren i dokumenten, till exempel i PUE, reglerna för elektriska installationer.

Alla elektriska installationer, utan undantag, måste jordas, både på transformatorstationen och på företaget eller hemma.

Den vanligaste jordslingdesignen är en eller flera metallstift (jordelektroder) nedgrävda i marken och sammankopplade med en svetsfog. Med hjälp av en metallledare är jordslingan ansluten till jordade enheter.

Omålat stål eller kopparpläterade stålmaterial används som jordledare, vars dimensioner inte bör vara mindre än de som anges nedan:

Valsade runda - diameter inte mindre än 12 mm;
Hörn - minst 50x50x4 mm;
Rör - med en diameter på minst 25 mm med en väggtjocklek på minst 4 mm.

Ju bättre ledningsförmåga jordelektroderna har, desto effektivare fungerar jordningen, därför är det mest föredragna alternativet användningen av kopparelektroder, men i praktiken sker detta inte på grund av den höga kostnaden för koppar.

Obelagt stål har en hög korrosivitet, särskilt vid gränsen av fuktig jord och luft, därför bestäms minsta tjocklek på metallväggarna (4 mm).

Galvaniserad metall motstår korrosion bra, men inte vid strömflöde. Även den minsta strömmen kommer att orsaka en elektrokemisk process, som ett resultat av vilket ett tunt lager av zink kommer att hålla en minimal tid.

Moderna jordningssystem är gjorda på basis av kopparpläterat stål. Eftersom mängden koppar för tillverkning är låg, är kostnaden för färdiga material inte mycket högre än stål, och livslängden ökar många gånger.

De vanligaste utformningarna av jordslingor är triangulära eller in-line placering av elektroder. Avståndet mellan intilliggande elektroder bör vara 1,2-2 m, och läggningsdjupet bör vara 2-3 m. Läggningsdjupet (elektrodernas längd) beror till stor del på jordens egenskaper. Ju högre elektriskt motstånd är, desto djupare bör elektroderna ligga. I vilket fall som helst måste detta djup överstiga jordens frysdjup, eftersom den frusna jorden har ett högt ohmskt motstånd. Detsamma gäller områden med låg luftfuktighet.

Där höga strömmar sannolikt flyter, till exempel i en transformatorstation eller anläggning med stor utrustning, är tillvägagångssättet för att välja utformning av jordslingan och dess beräkning mycket viktigt för säkerheten.

Markmotståndsfaktorer

Beräkningen av en skyddande jordningsanordning beror på många förhållanden, bland vilka de viktigaste kan särskiljas, som används i ytterligare beräkningar:

Markmotstånd;
Elektrodmaterial;
Djup av läggningselektroder;
Placering av jordelektroder i förhållande till varandra;
Väder.

Markmotstånd

Själva jorden har, med några få undantag, låg elektrisk ledningsförmåga. Denna egenskap varierar beroende på fukthalten, eftersom vatten med salter lösta i det är en bra ledare. Således beror jordens elektriska egenskaper på mängden fukt som finns, saltsammansättningen och markens egenskaper att hålla kvar fukt.

Vanliga jordarter och deras egenskaper

Jordtyp	Resistivitet ρ, Ohm m
Sten	4000
Lerjord	100
Chernozem	30
Sand	500
sandig blandjord	300
Kalksten	2000
Trädgårdsland	50
Lera	70

Tabellen visar att resistiviteten kan skilja sig åt med flera storleksordningar. Under verkliga förhållanden kompliceras situationen av att på olika djup kan jordtypen vara olika och utan tydligt definierade gränser mellan lagren.

Elektrodmaterial

Denna del av beräkningarna är den enklaste, eftersom endast ett fåtal typer av material används vid tillverkning av jordning:

Stål;
Koppar;
kopparpläterat stål;
Galvaniserat stål.

Ren koppar används inte på grund av dess höga kostnad, de mest använda materialen är rent och galvaniserat stål. På senare tid har jordsystem blivit allt vanligare, som använder stål belagt med ett lager av koppar. Sådana elektroder har det lägsta motståndet, vilket har god stabilitet över tid, eftersom kopparskiktet motstår korrosion väl.

Obelagt stål har de sämsta egenskaperna, eftersom korrosionsskiktet (rost) ökar kontaktmotståndet vid gränssnittet mellan elektrod och jord.

Bokmärke djup

Den linjära utsträckningen av kontaktgränsen mellan elektroden och jorden och storleken på jordskiktet, som deltar i strömflödeskretsen, beror på djupet för att lägga elektroderna. Ju större detta lager, desto lägre motståndsvärde kommer det att ha.

På en lapp. Dessutom, när du installerar elektroder, bör man komma ihåg att ju djupare de är placerade, desto närmare kommer de att vara akvifären.

Placering av elektroderna

Denna egenskap är den minst uppenbara och svåra att förstå. Du bör vara medveten om att varje jordelektrod har viss effekt på de intilliggande, och ju närmare de är placerade, desto mindre effektiva blir de. Den exakta motiveringen av effekten är ganska komplicerad, den behöver bara beaktas i beräkningar och konstruktion.

Det är lättare att förklara effektivitetens beroende av antalet elektroder. Här kan du dra en analogi med parallellkopplade motstånd. Ju fler av dem, desto mindre blir det totala motståndet.

Väder

Jordningsanordningen har de bästa parametrarna vid hög jordfuktighet. I torrt och frostigt väder ökar jordens motståndskraft kraftigt och när vissa förhållanden uppnås (fullständig torkning eller frysning) får den ett maximalt värde.

Notera! För att minimera påverkan av väderförhållandena bör djupet för att lägga elektroderna vara under det maximala frysdjupet på vintern eller nå akvifären för att förhindra uttorkning.

Viktig! Följande beräkningar måste göras för de värsta driftsförhållandena, eftersom jordmotståndet i alla andra fall kommer att minska.

Beräkningsmetod

Huvudberäkningsparametern är det erforderliga värdet på jordmotståndet, som regleras av regleringsdokument, beroende på storleken på matningsspänningen, typen av elektriska installationer och villkoren för deras användning.

En rigorös beräkning av skyddsjordning som anger antalet och längden på elektroder finns inte, så den är baserad på vissa approximationer och toleranser.

Till att börja med beaktas typen av jord, och den ungefärliga längden på jordelektroderna, deras material och kvantitet bestäms. Därefter utförs beräkningen, vars ordning är följande:

Strömspridningsmotståndet för en elektrod bestäms;
Antalet vertikala jordledare beräknas med hänsyn till deras relativa position.

Enkel jordning

Det aktuella spridningsmotståndet beräknas enligt formeln:

I detta uttryck:

ρ är specifik ekvivalent jordbeständighet;

l är längden på elektroden;

d är diametern;

t är avståndet från markytan till elektrodens mitt.

När du använder ett hörn istället för ett rör eller rullade produkter accepterar de:

d = b 0,95, där b är bredden på hörnhyllan.

Motsvarande motstånd hos flerskiktsjord:

ρ1 och ρ2 är de specifika motstånden för jordlagren;
H är tjockleken på det övre lagret;
Ψ är säsongsfaktorn.

Säsongskoefficienten beror på klimatzonen. Den ändras också beroende på antalet använda elektroder. Indikativa värden för säsongsfaktorn varierar från 1,0 till 1,5.

Antal elektroder

Det erforderliga antalet elektroder bestäms från uttrycket:

n \u003d Rz / (K R), där:

Rz - tillåtet maximalt motstånd för jordningsanordningen;
K är utnyttjandefaktorn.

Användningsfaktorn är valbar. i enlighet med det valda antalet jordelektroder, deras relativa läge och avstånd mellan dem.

Radarrangemang av elektroder

	Kvantitet elektroder	Koefficient
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

konturplaceringelektroder

Förhållandet mellan avståndet mellan elektroderna och deras längd	Kvantitet elektroder	Koefficient
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

Beräkningen av jordslingan ger inte alltid det erforderliga värdet, därför kan det behöva göras flera gånger, vilket ändrar antalet och geometriska dimensioner på jordelektroderna.

Markmätning

För att mäta markmotståndet används speciella mätinstrument. Organisationer med lämpligt tillstånd har rätt att mäta jordning. Vanligtvis är dessa energiorganisationer och laboratorier. De uppmätta parametrarna läggs in i mätprotokollet och lagras på företaget (i verkstaden, på transformatorstationen).

Beräkningen av markmotstånd är en komplex uppgift där många förhållanden måste beaktas, så det är mer rationellt att ta hjälp av organisationer som är specialiserade på detta område. För att lösa problemet kan du göra beräkningar på en onlineräknare, ett exempel på det finns på Internet i den offentliga egendomen. Själva kalkylatorprogrammet kommer att berätta vilka data som måste beaktas i beräkningarna.

Video

Beräkningen av jordningsanordningar reduceras huvudsakligen till beräkningen av själva jordledaren, eftersom jordledare i de flesta fall accepteras enligt villkoren för mekanisk styrka och motstånd mot korrosion enligt PTE och PUE. De enda undantagen är installationer med en extern jordningsanordning. I dessa fall beräknas de seriekopplade resistanserna för anslutningsledningen och jordelektroden så att deras totala motstånd inte överstiger det tillåtna.

Frågorna med att beräkna jordningsanordningar för de polära och nordöstra regionerna i vårt land bör belysas. De kännetecknas av permafrostjordar, som har en resistivitet hos ytskikten en eller två storleksordningar högre än under normala förhållanden i Sovjetunionens centrala zon.

Beräkningen av resistansen hos jordledare i andra regioner i Sovjetunionen utförs i följande ordning:

1. Det tillåtna motståndet för jordningsanordningen r zm, som krävs enligt PUE, är fastställt. Om jordningsanordningen är gemensam för flera elektriska installationer, är konstruktionsmotståndet för jordningsanordningen den minsta av de nödvändiga.

2. Det erforderliga motståndet för en konstgjord jordelektrod bestäms, med hänsyn till användningen av parallellkopplade naturliga jordelektroder, från uttrycken

(8-14)

där r zm är det tillåtna motståndet för jordningsanordningen enligt paragraf 1, R och är motståndet för den konstgjorda jordelektroden; R e-resistans hos en naturlig jordelektrod. Den beräknade resistiviteten hos jorden bestäms med hänsyn till multiplikationsfaktorerna som tar hänsyn till torkning av jorden på sommaren och frysning på vintern.

I avsaknad av korrekta data om jorden kan du använda tabellen. 8-1, som visar genomsnittliga data om jordresistens som rekommenderas för preliminära beräkningar.

Tabell 8-1

Genomsnittlig resistivitet för jordar och vatten rekommenderas för preliminära beräkningar

Notera. Specifika jordmotstånd bestäms vid en fukthalt på 10-20 viktprocent av jorden

Mätning av resistivitet för att få mer tillförlitliga resultat utförs under den varma årstiden (maj - oktober) i den centrala zonen av Sovjetunionen. Till det uppmätta värdet av jordens resistivitet, beroende på markens tillstånd och mängden nederbörd, införs korrigeringsfaktorer k, med hänsyn tagen till förändringen på grund av torkning och frysning av jorden, dvs. P calc \u003d P k

4. Spridningsmotståndet för en vertikal elektrod R v.o. bestäms. tabellformler. 8-3. Dessa formler ges för stavelektroder gjorda av rundstål eller rör.

När vertikala elektroder av vinkelstål används, ersätts vinkelns ekvivalenta diameter i formeln istället för rördiametern, beräknad med uttrycket

(8-15)

där b är bredden på hörnets sidor.

5. Det ungefärliga antalet vertikala jordledare bestäms med en tidigare accepterad utnyttjandefaktor

(8-16)

där R v.o. är spridningsmotståndet för en vertikal elektrod enligt definitionen i paragraf 4; R och - det erforderliga motståndet hos den konstgjorda jordelektroden; K och, in, zm - användningskoefficienten för vertikala jordelektroder.

Tabell 8-2

Värdet på multiplikationskoefficienten k för olika klimatzoner

Användningskoefficienterna för vertikala jordledare anges i tabell. 8-4 när du ordnar dem i rad och i tabell. 8-5 när du placerar dem längs konturen

6. Spridningsmotståndet för horisontella elektroder Rg bestäms enligt formlerna i tabell. 8-3. Koefficienterna för användningen av horisontella elektroder för ett tidigare accepterat antal vertikala elektroder är hämtade från Tabell. 8-6 med arrangemanget av vertikala elektroder i rad och enligt tabell. 8-7 med arrangemanget av vertikala elektroder längs konturen.

7. Det erforderliga motståndet för de vertikala elektroderna specificeras, med hänsyn tagen till ledningsförmågan hos de horisontella anslutningselektroderna från uttrycken

(8-17)

där R g - motstånd mot spridning av horisontella elektroder, definierat i punkt 6; R och - det erforderliga motståndet för den konstgjorda jordelektroden.

Tabell 8-3

Formler för att bestämma motståndet mot strömspridning av olika jordelektroder

Tabell 8-4

Användningskoefficienter för vertikala jordledare, K och, in, gm, placerade i rad, utan att ta hänsyn till inverkan av horisontella kommunikationselektroder

Tabell 8-5

Användningskoefficienter för vertikala jordledare, K och, in, zm, placerade längs konturen, utan att ta hänsyn till inverkan av horisontella kopplingselektroder

Tabell 8-6

Användningskoefficienter K och, g, zm för horisontella anslutningselektroder, i en rad vertikala elektroder

Tabell 8-7

Användningskoefficienter K och, g, gm för vertikala anslutningselektroder i en krets av vertikala elektroder

8. Antalet vertikala elektroder anges med hänsyn till utnyttjandefaktorerna enligt tabell. 8-4 och 8-5:

Antalet vertikala elektroder tas slutligen från placeringsförhållandena.

9. För installationer över 1000 V med höga jordfelsströmmar kontrolleras anslutningsledarnas termiska resistans enligt formeln (8-11).

Exempel 1. Det krävs att man beräknar slingjordelektrodsystemet för en 110/10 kV transformatorstation med följande data: den maximala strömmen genom jordning vid jordfel på 110 kV-sidan är 3,2 kA, den maximala strömmen genom jordning vid jordfel på 10:an kV-sidan är 42 A; jord på platsen för transformatorstationens konstruktion - lerjord; klimatzon 2; dessutom används ett system av kablar - stöd med ett jordningsmotstånd på 1,2 Ohm som jordning.

Lösning 1. För 110 kV-sidan krävs ett jordmotstånd på 0,5 Ohm. För 10 kV-sidan har vi enligt formeln (8-12):

där märkspänningen vid jordningsanordningen U calc antas vara 125 V, eftersom jordanordningen även används för tramed spänningar upp till 1000 V.

Således tas resistansen rzm = 0,5 Ohm som den beräknade.

2. Resistansen för den konstgjorda jordelektroden beräknas med hänsyn till användningen av kabelstödsystemet

Tabell 8-1 är 1000 ohm. ,8 m

Uppskattade specifika resistanser: för horisontella elektroder R beräknat g = 4,5x100 = 450 Ohm m; för vertikala elektroder calc.v = 1,8x100 = 180 Ohm m.

4. Spridningsmotståndet för en vertikal elektrod bestäms - ett hörn nr 50 2,5 m långt när det är nedsänkt under marknivån med 0,7 m enligt formeln från Tabell. 8-3:

där 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. Det ungefärliga antalet vertikala jordledare bestäms med en tidigare accepterad utnyttjandefaktor K och, i, gm = 0,6:

6. Spridningsmotståndet för horisontella elektroder (40x4 mm 2 remsor) svetsade till de övre ändarna av hörnen bestäms. Användningskoefficienten för anslutningsremsan i kretsen K och, g, gm med antalet hörn på cirka 100 och förhållandet a / l \u003d 2 enligt tabell. 8-7 är lika med 0,24. Motstånd mot spridning av remsan längs konturens omkrets (l = 500 m) enligt formeln från tabell. 8-3 är lika med:

7. Förfinat motstånd hos vertikala elektroder

8. Det angivna antalet vertikala elektroder bestäms med en utnyttjandefaktor K och, g, zm = 0,52, hämtat från tabell. 8-5 med n = 100 och a/l = 2:

116 hörnor accepteras äntligen.

Förutom konturen är ett rutnät av längsgående remsor anordnat på territoriet, beläget på ett avstånd av 0,8-1 m från utrustningen, med tvärgående anslutningar var 6:e meter. Dessa orimliga horisontella elektroder minskar det totala jordningsmotståndet, deras konduktivitet går till säkerhetsmarginalen.

9. Den termiska stabiliteten för remsan 40 × 4 mm 2 kontrolleras.

Den minsta delen av remsan från villkoren för termiskt motstånd vid kortslutning. till marken i formeln (8-11) med den reducerade strömflödestidens kortslutning. tp \u003d 1.1 är lika med:

Således uppfyller remsan 40 x 4 mm 2 de termiska stabilitetsvillkoren.

Exempel 2. Det krävs att man beräknar jordningen av en transformatorstation med två transformatorer 6/0,4 kV med en effekt på 400 kVA med följande data: den maximala strömmen genom jordning i händelse av ett jordfel på sidan av 6 kV 18 A; jord på byggarbetsplatsen - lera; klimatzon 3; dessutom används ett vattenrör med ett spridningsmotstånd på 9 ohm som jordning.

Beslut. Det är planerat att bygga ett jordelektrodsystem på utsidan av byggnaden, till vilket transformatorstationen ligger i anslutning, med anordnande av vertikala elektroder i en rad 20 m långa; material - runt stål med en diameter på 20 mm, nedsänkningsmetod - skruvning; de övre ändarna av de vertikala stängerna, nedsänkta till ett djup av 0,7 m, är svetsade till en horisontell elektrod gjord av samma stål.

1. 6 kV-sidan kräver ett jordmotstånd definierat av formeln (8-12):

där märkspänningen på jordningsanordningen antas vara 125 V, eftersom jordanordningen är gemensam för sidorna på 6 och 0,4 kV.

Enligt PUE bör jordningsmotståndet inte överstiga 4 ohm. Således är det beräknade jordmotståndet rgm = 4 Ohm.

2. Resistansen hos en konstgjord jordelektrod beräknas med hänsyn till användningen av ett vattenrör som en parallell gren av marken

3. Jordmotstånd rekommenderas för beräkningar på platsen för jordningskonstruktion (lera) enligt tabell. 8-1 är 70 Ohm*m. Ökande koefficienter k för 3:e klimatzonen enligt tabell. 8-2 tas lika med 2,2 för horisontella elektroder vid ett läggningsdjup av 0,7 m och 1,5 för vertikala elektroder 2–3 m långa med ett läggningsdjup av deras övre ände på 0,5–0,8 m.

Beräknad specifik jordresistens:

för horisontella elektroder P calc.g = 2,2 × 70 = 154 Ohm * m;

för vertikala elektroder P calc.v = 1,5x70 = 105 Ohm * m.

4. Spridningsmotståndet för en stång med en diameter på 20 mm, en längd på 2 m bestäms när den är nedsänkt under marknivån med 0,7 m enligt formeln från Tabell. 8-3:

5. Det ungefärliga antalet vertikala jordledare bestäms med en tidigare accepterad utnyttjandefaktor K och. zm = 0,9

6. Motståndet mot spridning av en horisontell elektrod gjord av rundstål med en diameter på 20 mm, svetsad till de övre ändarna av de vertikala stängerna, bestäms.

Användningskoefficienten för en horisontell elektrod i en rad av stavar med deras antal på cirka 6 och förhållandet mellan avståndet mellan stavarna och längden på stavarna a/l = 20/5x2 = 2 i enlighet med tabellen. 8-6 tas lika med 0,85.

Spridningsmotståndet för en horisontell elektrod bestäms av formeln från tabell. 8-3 och 8-8:

Tabell 8-8

Motståndsökningskoefficienter i förhållande till den uppmätta markresistiviteten (eller markresistansen) för mittremsan i Sovjetunionen

Anmärkningar: 1) gäller för 1 om det uppmätta värdet Р (Rх) motsvarar ungefär minimivärdet (jorden är våt - mättiden föregicks av en stor mängd nederbörd);

2) k2 tillämpas om det uppmätta värdet P (Rx) motsvarar ungefär medelvärdet (jord med medelhög luftfuktighet - mättiden föregicks av en liten mängd nederbörd);

3) k3 tillämpas om det uppmätta värdet Р (Rх) motsvarar ungefär det högsta värdet (torr jord - tidpunkten för mätningarna föregicks av en obetydlig mängd nederbörd).

7. Förbättrat spridningsmotstånd för vertikala elektroder

8. Det angivna antalet vertikala elektroder bestäms vid utnyttjandefaktorn K och. g. zm = 0,83, taget från tabellen. 8-4 vid n = 5 och a/l= 20/2x4 = 2,5 (n = 5 istället för 6 tas från tillståndet att minska antalet vertikala elektroder när man tar hänsyn till den horisontella elektrodens konduktivitet)

Fyra vertikala spön accepteras slutligen, medan spridningsmotståndet är något mindre än det beräknade.

Utdrag ur handboken för industriell kraftförsörjning

under den allmänna redaktionen av A. A. Fedorov och G. V. Serbinovsky

En skyddskrets skapad runt alla föremål som förses med elektricitet kommer att säkerställa att högspänning rinner ut i marken genom speciellt installerade elektroder. Sådana konstruktioner skyddar dyr utrustning från kortslutningar och utbrändhet på grund av strömstörningar. Installationen av strukturen måste utföras i enlighet med resultaten av beräkningarna av nivån på ledarnas elektriska ledningsförmåga.

Syftet med beräkningen

Innan du installerar på en bostad eller annan anläggning, är det nödvändigt, dess standardstorlekar. Denna design består av:

element installerade vertikalt mot marken;
dirigent;
remsor som förbinder konturen i horisontalplanet.

Elektroderna grävs in och ansluts till varandra med hjälp av en horisontell jordelektrod. Därefter ansluts det skapade skyddssystemet till den elektriska panelen.

Sådana konstgjorda strukturer används i kraftnät med olika spänningsindikatorer:

variabel från 380 V;
konstant från 440 V;

vid farliga produktionsanläggningar.

Skyddssystem är installerade på olika platser i utrustningen. Beroende på installationsplatsen är de avlägsna eller konturer. I öppna strukturer är elementen anslutna direkt till jordningselementet. I konturenheter är placeringen längs den yttre omkretsen eller inuti enheten. För varje typ av skyddsinstallationer är det nödvändigt att utföra en beräkning för att fastställa resistansvärdet för vertikala jordledare, antalet nödvändiga stavar och längden på remsorna för deras anslutning.

Förutom speciella enheter kan naturliga system användas:

kommunikation från metallrör;
metallstrukturer;
transformatorstationer;
stöder;
metallkabelmantel;
hölje.

Konduktivitetsberäkningar görs för konstgjorda strukturer. Deras arrangemang på användningsplatsen för kraftverk säkerställer att elektrisk ström tas bort till marken, vilket skyddar människor och utrustning från storskaliga urladdningar som ett resultat av en strömöverspänning. Ju lägre elektrisk ledningsförmåga, desto lägre nivå av elektrisk ström som lämnar genom skyddsstrukturen.

Steg-för-steg-beräkning av jordslingan

Beräkningar bör utföras med hänsyn till antalet element, deras avstånd från varandra, jordens strömledningsförmåga och djupet av grävningen i den vertikala jordelektroden. Med hjälp av dessa parametrar kommer det att vara möjligt att utföra en noggrann beräkning av skyddsjordning.

Först bör du bestämma typen av jord från tabellen. Därefter väljer du lämpliga material för konstruktionen. Sedan utförs beräkningar med hjälp av speciella formler som bestämmer antalet av alla element, såväl som deras förmåga att leda elektricitet.

Baserat på erhållna resultat utförs installationen av hela systemet, varefter kontrollmätningar utförs för dess nuvarande ledningsförmåga.

Inledande data

Vid beräkning av kraftvärdet bör man rita upp förhållandet mellan deras antal, längden på anslutningsremsorna och avståndet vid vilket grävningen utförs.

Dessutom kommer det att vara nödvändigt att ta hänsyn till jordens specifika motstånd, som bestäms av nivån på dess fuktinnehåll. För att uppnå ett stabilt värde är det nödvändigt att gräva ner elektroderna i jorden till ett djup av minst 0,7 meter. Det är också viktigt att inte avvika från storleken på själva skyddsanordningen som fastställts av GOST. När du utför beräkningen är det nödvändigt att använda färdiga tabeller med redan tillgängliga indikatorer för de material som används och den elektriska ledningsförmågan hos vissa typer av jordar.

Tabell över indikatorer för elektrisk ledningsförmåga för olika jordar

Det erforderliga djupet till vilket en vertikal elektrod är begravd i marken beräknas med formeln:

När du installerar en skyddsstruktur är det nödvändigt att se till att metallstavarna är helt inkluderade i det övre lagret av jorden och delvis i dess nedre nivåer. Under beräkningarna kommer det att vara nödvändigt att använda de genomsnittliga koefficienterna för nivån på jordens elektriska ledningsförmåga under olika årstider i vissa klimatzoner, presenterade i denna tabell:

Jordmotstånd i olika klimatzoner

För att exakt bestämma antalet vertikala element i den monterade strukturen, utan att ta hänsyn till indikatorerna för smala remsor som förbinder dem, måste du använda formeln:

I den, Rн, betecknar styrkan hos strömmen som sprider sig över jorden av en viss typ, vars motståndskoefficient tas från tabellen.

För att beräkna materialets fysiska parametrar bör dimensionerna på de systemelement som används tas med i beräkningen:

för remsor 12x4 - 48 mm2;
vid hörnen 4x4 mm;
för en stålcirkel - 10 mm2;
för rör vars väggar är 3,5 mm tjocka.

Jordningsberäkningsexempel

Det är nödvändigt att beräkna ledningsförmågan hos de använda ledarna, med hänsyn till jordens egenskaper, för varje elektrod separat enligt formeln:

Vart i:

Ψ är den klimatiska koefficienten, som är hämtad från referenslitteraturen;
ρ1, ρ2 - värdet på ledningsförmågan hos de övre och nedre lagren av jorden;
H är tjockleken på det översta jordlagret;
t är djupet på det vertikala elementet i diket.

Stavar för sådana strukturer begravs på en nivå av minst 0,7 meter, i enlighet med gällande bestämmelser.

Vad ska vi ha i slutet av beräkningen

Efter att ha utfört beräkningar med de använda formlerna är det möjligt att erhålla det exakta motståndet hos en artificiell jordningsanordning. Det är ofta omöjligt att mäta dessa indikatorer i naturliga system på grund av omöjligheten att erhålla de exakta dimensionerna av nedgrävda kommunikationer, hjulspår, kablar eller redan installerade metallkonstruktioner.

Efter slutförandet av beräkningarna är det möjligt att få det exakta antalet stavar och remsor för konturen, vilket kommer att bidra till att skapa ett tillförlitligt skyddssystem för den utrustning som används och hela objektet som helhet. Beräkningar kommer också att hjälpa till att fastställa den exakta längden på remsorna som förbinder stavarna. Huvudresultatet av alla beräkningar kommer att vara att erhålla det slutliga värdet av egenskaperna hos ledarna som används i den skapade kretsen, vilket bestämmer styrkan hos den elektriska ström som passerar genom dem. Detta är den viktigaste PES-standarden, som har vissa värden för nätverk med olika spänningsindikatorer.

Tillåtna värden för markmotstånd, enligt föreskrifter

Det finns enhetliga normvärden enligt vilka strömspridningsmotståndet för ett elektriskt nätverk med ett visst spänningsvärde inte bör överstiga de etablerade GOST-standarderna. I nätverk med en spänning på 220 V bör den inte överstiga 8 ohm. Vid en spänning på 380 V bör dess värde inte överstiga 4 ohm.

För att beräkna indikatorerna för hela kretsen kan du använda formeln R \u003d R0 / ηv * N, där:

R0 är konduktansnivån för en elektrod;
R - indikation på nivån av hinder för passage av ström för hela systemet;
ηv - användningskoefficient för skyddsanordningen;
N är antalet elektroder i hela kretsen.

Material som krävs för konturanordningen

Du kan montera kretsen från ett metallmaterial:

hörn,
ränder med specifika mått.

Efter det måste det kontrolleras av en expert från ett oberoende mätlaboratorium. Byggnadsförstärkning kan användas som en naturlig kontur om den finns i byggnadens bärande konstruktioner. PES innehåller en speciell lista över strukturer som kan användas som en naturlig kontur när man skapar skyddssystem.

För att kontrollera driften av hela strukturen är det nödvändigt att kontrollera det totala värdet och motståndet hos vertikala jordledare och hela systemet med speciella enheter. Detta arbete bör anförtros åt oberoende experter från ellaboratoriet. För att strukturen på ett tillförlitligt sätt ska skydda hela objektet, bör mätningar göras regelbundet och kontrollera deras värde enligt de etablerade standarderna.

) för en enda djup jordelektrod baserat på modulär jordningär gjord som en beräkning av en konventionell vertikal jordelektrod gjord av en metallstav med en diameter på 14,2 mm.

Formeln för att beräkna jordningsresistansen för en enda vertikal jordelektrod:

var:
ρ - jordresistivitet (Ohm*m)
L - jordelektrodlängd (m)
d - jordelektrodens diameter (m)
T - jordelektrodgenomträngning (avstånd från markytan till mitten av jordelektroden)(m)
π - matematisk konstant Pi (3,141592)
ln - naturlig logaritm

För ZANDZ elektrolytisk jordning är formeln för att beräkna jordningsresistansen förenklad till formen:

- för set ZZ-100-102

Här beaktas inte bidraget från den anslutande jordledaren.

Avstånd mellan jordelektroder

Med en multielektrodkonfiguration av jordelektroden börjar en annan faktor att påverka det slutliga jordmotståndet - avståndet mellan jordelektroderna. I formlerna för beräkning av jordning beskrivs denna faktor med värdet "utnyttjandefaktor".

För modulär och elektrolytisk jordning kan denna koefficient försummas (dvs dess värde är 1) med ett visst avstånd mellan jordelektroderna:

inte mindre än elektrodens nedsänkningsdjup - för modulär
inte mindre än 7 meter - för elektrolytisk

Anslutning av elektroder till jordelektroden

För att ansluta jordningselektroderna till varandra och till föremålet används en kopparstav eller en stålremsa som jordledare.

Ledartvärsnittet väljs ofta - 50 mm² för koppar och 150 mm² för stål. Det är vanligt att använda ett konventionellt stålband 5 * 30 mm.

För ett privat hus utan blixtstång räcker det med en koppartråd med ett tvärsnitt på 16-25 mm².

Mer information om att lägga jordledaren finns på en separat sida "Installation av jordning".

Tjänst för att beräkna sannolikheten för ett blixtnedslag i ett föremål

Om du utöver jordningsanordningen måste installera ett externt åskskyddssystem kan du använda de unika, skyddade åskstången. Tjänsten utvecklades av ZANDZ-teamet tillsammans med Energy Institute uppkallat efter G.M. Krzhizhanovsky (JSC ENIN)

Detta verktyg tillåter inte bara att kontrollera tillförlitligheten hos åskskyddssystemet, utan också att utföra den mest rationella och korrekta designen av åskskydd, vilket ger:

lägre kostnad för bygg- och installationsarbete, minskar onödigt lager och använder mindre höga, billigare att installera, blixtstång;
färre blixtnedslag i systemet, vilket minskar sekundära negativa konsekvenser, vilket är särskilt viktigt vid anläggningar med många elektroniska enheter (antalet blixtnedslag minskar med en minskning av höjden på blixtstången).

sannolikheten för ett blixtgenombrott i systemets objekt (skyddssystemets tillförlitlighet definieras som 1 minus sannolikhetsvärdet);
antalet blixtnedslag in i systemet per år;
antalet blixtgenombrott, förbikopplingsskydd, per år.

Med sådan information kan konstruktören jämföra kundens krav och regulatorisk dokumentation med den erhållna tillförlitligheten och vidta åtgärder för att ändra utformningen av åskskydd.

För att starta beräkningen, .

Vi rekommenderar också

Läser in...

Hem > maskinteknik