Розрахунок заземлювального пристрою контуру заземлення програма. Розрахунок заземлювальних пристроїв

Система заземлення забезпечує безпеку мешканців та безперебійне функціонування електропобутової техніки. Заземлення запобігає ураженню струмом у разі витоків електрики на невід'ємні елементи з металу, що виникають при пошкодженні ізоляції. Створення системи безпеки - відповідальний захід, тому перед проведенням необхідно зробити розрахунок заземлення.

Природне заземлення

За часів, коли перелік електропобутової техніки у житлі обмежувався одним телевізором, холодильником та пральною машиною, заземлювальні пристрої використовувалися рідко. Захист від витоку струму покладався на природні заземлювачі, такі як:

неізольовані металеві труби;
обсадження водяних свердловин;
елементи металевих огорож, вуличні ліхтарі;
обплетення кабельних мереж;
сталеві елементи фундаментів, колон.

Найкращий варіант природного заземлення – водопровідна магістраль зі сталі. За рахунок великої довжини водопроводи зводять до мінімуму опір струму розтікання. Ефективність водопроводів досягається ще й завдяки їх прокладці нижче за рівень сезонного промерзання, а тому на їх захисні якості не впливають ні спека, ні холод.

Металеві елементи підземних залізобетонних виробів підходять для заземлювальної системи, якщо відповідають наступним вимогам:

є достатній (за нормами Правил пристрою електроустановок) контакт із глинистою, супіщаною або вологою піщаною основою;
при будівництві фундаменту арматуру на двох або більше ділянках було виведено назовні;
металеві елементи мають зварні з'єднання;
опір арматури відповідає регламенту ПУЕ;
є електрозв'язок із шиною заземлення.

Зверніть увагу! З усього списку зазначених вище природних заземлень розраховуються лише підземні залізобетонні конструкції.

Ефективність функціонування природного заземлення встановлюється з урахуванням вимірювань, проведених уповноваженою особою (представником Енергонагляду). На основі проведених вимірів фахівець надасть рекомендації щодо необхідності встановлення додаткового контуру до природного контуру заземлення. Якщо природний захист відповідає вимогам нормативів, правила пристрою електроустановки вказують на недоцільність додаткового заземлення.

Розрахунки для влаштування штучного заземлення

Абсолютно точний розрахунок заземлення зробити практично неможливо. Навіть професійні проектувальники оперують приблизною кількістю електродів та дистанціями між ними.

Причина складності розрахунків полягає у великій кількості зовнішніх факторів, кожен з яких істотно впливає на систему. Наприклад, не можна передбачити точний рівень вологості, який завжди відома фактична щільність грунту, його питомий опір тощо. У зв'язку з неповною визначеністю вступних даних підсумковий опір організованого контуру заземлення зрештою відрізняється від базового значення.

Різницю в проектованих та реальних показниках нівелюють за рахунок монтажу додаткових електродів або шляхом збільшення довжини стрижнів. Проте попередні розрахунки важливі, оскільки дозволяють:

відмовитися від зайвих витрат (чи хоча б зменшити їх) для придбання матеріалів, на земляні роботи;
підібрати найбільш підходящу конфігурацію заземлювальної системи;
вибрати правильний план дій.

Для полегшення розрахунків є різноманітне програмне забезпечення. Однак щоб розібратися в їхній роботі, необхідні певні знання про принципи та характер обчислень.

Компоненти захисту

Захисне заземлення включає електроди, встановлені в землю і з'єднані електрозв'язком із заземлюючою шиною.

В системі є такі елементи:

Металеві стрижні. Один або кілька металевих стрижнів спрямовують струм розтікання у ґрунт. Зазвичай як електроди використовують відрізки довгомірного металу (труби, куточок, круглі металеві вироби). У деяких випадках використовується листова сталь.
Металевий провідник, який об'єднує кілька заземлювачів у єдину систему. Зазвичай у цій якості використовують встановлений по горизонталі провідник у вигляді куточка, дроту або смуги. Металевий зв'язок приварюють до кінців закопаних у землю електродів.
Провідник, що з'єднує в грунті заземлювач з шиною, яка має зв'язок з обладнанням, що захищається.

Два останні елементи називаються однаково – заземлюючий провідник. Обидва елементи виконують ідентичну функцію. Відмінність у тому, що металозв'язок перебуває у грунті, а провідник підключення заземлення до шини розташовується на поверхні. У зв'язку з цим до провідників пред'являються різні вимоги щодо стійкості до корозії.

Принципи та правила обчислень

Ґрунт - один із складових елементів системи заземлення. Його параметри мають важливе значення та беруть участь у розрахунках так само, як і довжина металевих деталей.

Під час проведення розрахунків використовують формули, зазначені у Правилах устрою електроустановок. Застосовуються змінні дані, що збираються установником системи, та постійні параметри (є в таблицях). До постійних даних відноситься, наприклад, опір ґрунту.

Визначення відповідного контуру

Насамперед необхідно вибрати форму контуру. Конструкція зазвичай виконується у вигляді певної геометричної фігури чи простої лінії. Вибір конкретної конфігурації залежить від розмірів та форми ділянки.

Найпростіше реалізувати лінійну схему, тому що для монтажу електродів знадобиться викопати лише одну пряму траншею. Однак встановлені в лінію електроди будуть екранувати, що погіршить положення зі струмом розтікання. У зв'язку з цим при розрахунках лінійного заземлення застосовується коефіцієнт поправки.

Найбільш поширеною схемою створення захисного заземлення виступає трикутна форма контуру. По вершинах геометричної фігури встановлюють електроди. Металеві штирі повинні бути достатньо віддалені один від одного, щоб не перешкоджати розсіюванню струмів, що в них надходять. Для облаштування захисної системи приватного будинку вважається достатнім три електроди. Для організації ефективного захисту потрібно ще й правильно підібрати довжину стрижнів.

Розрахунок параметрів провідників

Довжина металевих стрижнів є важливою, оскільки впливає на ефективність системи захисту. Має значення та довжина елементів металозв'язку. Крім того, від довжини металевих деталей залежать витрати матеріалу та загальні витрати на облаштування заземлення.

Опір вертикальних електродів визначається їх довжиною. Інший параметр – поперечні розміри – не впливає істотно на якість захисту. І все-таки переріз провідників регулюється Правилами устрою електроустановок, оскільки дана характеристика важлива з погляду стійкості до корозії (електроди мають служити 5 – 10 років).

При дотриманні інших умов існує правило: що більше металевих виробів бере участь у схемі, то вище безпека контуру. Роботи з організації заземлення досить трудомісткі: що більше заземлювачів, то більше земляних робіт, що довші стрижні, то глибше їх треба забивати.

Що вибрати: кількість електродів або їх довжину – вирішувати організатору робіт. Однак щодо цього є певні правила:

Стрижні необхідно встановлювати нижче за горизонт сезонного промерзання принаймні на 50 сантиметрів. Це дозволить усунути сезонні чинники від впливу ефективність системи.
Дистанція між вертикально встановленими заземлювачами. Відстань визначається конфігурацією контуру та довжиною стрижнів. Для вибору правильної дистанції необхідно користуватися відповідною довідковою таблицею.

Нарізаний металопрокат вбивають у ґрунт на 2,5 – 3 метри за допомогою кувалди.Це досить трудомістка задача, навіть якщо врахувати, що із зазначеної величини потрібно відняти приблизно 70 сантиметрів глибини траншеї.

Економне витрачання матеріалу

Так як переріз металу - не найважливіший параметр, рекомендується набувати матеріал із найменшою площею перерізу. Однак при цьому потрібно залишатися в межах мінімально рекомендованих значень. Найбільш економічні (але здатні витримати удари кувалди) варіанти металовиробів:

труби діаметром 32 міліметри та товщиною стінок від 3 міліметрів;
куточок рівнополочний (сторона – 50 або 60 міліметрів, товщина – 4 або 5 міліметрів);
кругла сталь (діаметр від 12 до 16 мм).

Як металозв'язок оптимальним вибором стане смуга зі сталі товщиною 4 міліметри. Як альтернатива підійде 6-міліметровий сталевий прут.

Зверніть увагу! Горизонтальні стрижні приварюють до вершин електродів. Тому до розрахункової дистанції між електродами слід додати ще 18 – 23 сантиметри.

Зовнішню ділянку заземлення можна виготовити з 4-міліметрової смуги (ширина – 12 міліметрів).

Формули для розрахунків

Підійде універсальна формула, за допомогою якої розраховують опір вертикального електрода.

Під час проведення обчислень не обійтися без довідкових таблиць, де вказані зразкові значення. Дані параметри визначаються складом ґрунту, його середньою щільністю, здатністю затримувати воду, кліматичним поясом.

Встановлюємо потрібну кількість стрижнів, не зважаючи на показник опору горизонтального провідника.

Визначаємо рівень опору вертикального стрижня на основі показника опору заземлювача горизонтального типу.

На підставі отриманих результатів отримуємо необхідну кількість матеріалу та плануємо початок робіт із створення системи заземлення.

Висновок

Оскільки найвищий опір ґрунту відзначається в сухий та морозний час, організацію заземлювальної системи найкраще запланувати саме на цей період. У середньому спорудження заземлення займає 1 – 3 робочі дні.

До засипання траншеї землею слід перевірити працездатність заземлювальних пристроїв. Оптимальне середовище для перевірки має бути якомога сухішим, у грунті не повинно бути багато вологи. Оскільки зими не завжди бувають безсніжними, найпростіше зайнятися будівництвом системи заземлення у літній період.

Заземлення необхідне забезпечення безпеки у разі пошкодження електропристроїв, ізоляції силової проводки, замикання провідників. Суть заземлення зводиться до зниження потенціалу місці дотику до заземленої електроустановці до максимально допустимих значень.

Зниження потенціалу виконується двома способами:

Занулення - з'єднання корпусу пристрою з нульовим провідником, що йде до підстанції;
Заземлення – приєднання корпусу до заземлювального контуру, розташованого в ґрунті за межами будівлі.

Перший варіант здійснюється простіше, але у разі пошкодження нульового провідника перестає виконувати свої функції, але це небезпечно. Тому наявність контуру заземлення є обов'язковою умовою забезпечення безпеки.

Розрахунок заземлення передбачає визначення опору заземлювального пристрою, який має бути більше заданого технічними нормами.

Заземлювальний контур

p align="justify"> Конструкція контуру заземлення, види використовуваних матеріалів, обмежені умовами, які містяться в документах, наприклад, в ПУЕ, правилах пристрою електроустановок.

Заземлятися повинні всі без винятку електроустановки як на підстанції, так і на підприємстві або в побуті.

Найбільш поширеною конструкцією заземлювального контуру є один або кілька металевих штирів (заземлювачів), заглиблених у землю та з'єднаних між собою зварним з'єднанням. За допомогою металевого провідника контур заземлення з'єднується із пристроями, що заземлюються.

Як заземлювачі використовуються незабарвлені сталеві або сталеві обміднені матеріали, розміри яких не повинні бути меншими за наведені нижче:

Прокат круглий – діаметр не менше 12 мм;
Кутник – не менше 50х50х4 мм;
Труби – діаметром не менше 25 мм із товщиною стінок не менше 4 мм.

Чим краща провідність заземлювачів, тим ефективніше працює заземлення, тому найкращий варіант - використання мідних електродів, але на практиці це не зустрічається, зважаючи на високу вартість міді.

Нічим не покрита сталь має високу корозійну здатність, особливо на межі вологого ґрунту та повітря, тому визначено мінімальну товщину стінок металу (4 мм).

Оцинкований метал добре чинить опір корозії, але не у разі протікання струмів. Навіть найменший струм викликає електрохімічний процес, внаслідок чого тонкий шар цинку прослужить мінімальний час.

Сучасні системи заземлення виконуються з урахуванням обмідненої стали. Оскільки кількість міді для виготовлення невисока, вартість готових матеріалів ненабагато перевищує сталеві, а термін служби багаторазово зростає.

Найбільш поширеними конструкціями контурів заземлення є трикутне чи рядне розміщення електродів. Відстань між сусідніми електродами має становити 1.2-2 м, а глибина закладки – 2-3 м. Глибина закладки (довжина електродів) багато в чому залежить від характеристик ґрунту. Що його електричний опір, то глибше повинні залягати електроди. У будь-якому випадку ця глибина повинна перевищувати глибину промерзання ґрунту, оскільки замерзлий ґрунт має високий омічний опір. Те саме стосується і земельних ділянок з низькою вологістю.

Там, де можливе перебіг струмів високого значення, наприклад, на підстанції або підприємстві з потужним обладнанням, підхід до вибору конструкції контуру заземлення та його розрахунок мають дуже велике значення для безпеки.

Чинники опору заземлення

Розрахунок захисного заземлювального пристрою залежить від багатьох умов, серед яких можна виділити основні, що використовуються при подальших розрахунках:

Опір ґрунту;
Матеріал електродів;
Глибина закладання електродів;
Розташування заземлювачів щодо один одного;
Погодні умови.

Опір ґрунту

Сам по собі ґрунт, за декількома винятками, має низьку електропровідність. Дана характеристика змінюється залежно від вмісту вологи, оскільки вода з розчиненими в ній солями є хорошим провідником. Таким чином, електричні властивості грунту залежать від кількості вологи, що міститься, сольового складу і властивостей грунту утримувати в собі вологу.

Поширені типи ґрунту та їх характеристики

Тип ґрунту	Питомий опір ρ, Ом м
Скеля	4000
Суглинок	100
Чорнозем	30
Пісок	500
Супесь	300
Вапняк	2000
Садова земля	50
Глина	70

З таблиці видно, що питомий опір може відрізнятися кілька порядків. У реальних умовах ситуація ускладнюється тим, що на різних глибинах тип ґрунту може бути різним і без чітко виражених меж між шарами.

Матеріал електродів

Ця частина розрахунків найбільш проста, оскільки при виготовленні заземлення використовується лише кілька різновидів матеріалів:

Сталь;
Мідь;
Обміднена сталь;
Оцинкована сталь.

Мідь у чистому вигляді не використовується через високу вартість, найчастіше використовувані матеріали – це чиста і оцинкована сталь. Останнім часом дедалі частіше стали зустрічатися системи заземлення, у яких використовується сталь, покрита шаром міді. Такі електроди мають найменший опір, який має хорошу стабільність у часі, оскільки мідний шар добре чинить опір корозії.

Найгірші характеристики має нічим не покрита сталь, оскільки шар корозії (іржа) збільшує перехідний опір на межі електрод-грунту.

Глибина закладки

Від глибини закладки електродів залежать лінійна довжина межі торкання електрода та ґрунту та величина шару землі, що бере участь у ланцюгу протікання струму. Чим більший цей шар, тим менше опору він матиме.

На замітку.Крім цього, при установці електродів слід мати на увазі, що чим глибше вони розташовуються, тим ближче будуть перебувати до водоносного шару.

Розташування електродів

Ця характеристика найменш очевидна і складна розуміння. Слід знати, що кожен електрод заземлення має певний вплив на сусідні, і чим ближче вони будуть розташовані, тим меншою буде їхня ефективність. Точне обґрунтування ефекту досить складне, просто слід його враховувати під час розрахунків та будівництва.

Простіше пояснити залежність ефективності від кількості електродів. Тут можна навести аналогію із паралельно з'єднаними резисторами. Чим їх більше, тим менший сумарний опір.

Погодні умови

Найкращі параметри заземлюючий пристрій має за підвищеної вологості грунту. У суху та морозну погоду опір ґрунту різко зростає і при досягненні деяких умов (повне висихання чи промерзання) набуває максимального значення.

Зверніть увагу!Для того, щоб мінімізувати вплив погодних умов, глибина закладення електродів повинна бути нижчою за максимальну глибину промерзання взимку або доходити до водоносного шару для виключення пересихання.

Важливо!Наступні розрахунки необхідно проводити для найгірших умов експлуатації, оскільки в інших випадках опір заземлення буде знижуватися.

Методика розрахунку

Основним параметром розрахунку є необхідне значення опору заземлення, що регламентується нормативними документами, залежно від величини напруги живлення типу електроустановок, умов їх використання.

Суворого розрахунку захисного заземлення, що дає значення кількості та довжини електродів, не існує, тому він виконується на основі деяких наближених даних та допусків.

Для початку враховується тип ґрунту, і визначається приблизна довжина електродів заземлення, їх матеріал та кількість. Далі виконується розрахунок, порядок якого наступний:

Визначається опір розтікання струму одного електрода;
Розраховується кількість вертикальних заземлювачів з урахуванням їхнього взаємного розташування.

Поодинокий заземлювач

Опір розтікання струму розрахуємо, згідно з формулою:

У цьому виразі:

ρ – питомий еквівалентний опір ґрунту;

l – довжина електрода;

d – діаметр;

t – відстань від землі до центру електрода.

При використанні куточка замість труби або прокату приймають:

d = b 0.95, де b - ширина полиці куточка.

Еквівалентний опір багатошарового ґрунту:

ρ1 та ρ2 – питомі опори шарів ґрунту;
Н – товщина верхнього шару;
Ψ – сезонний коефіцієнт.

Сезонний коефіцієнт залежить від кліматичної зони. Також до нього вносяться поправки, залежно кількості використаних електродів. Орієнтовні значення сезонного коефіцієнта становлять від 1.0 до 1.5.

Кількість електродів

Необхідна кількість електродів визначається з виразу:

n = Rз/(К R), де:

Rз - допустимий максимальний опір заземлювального пристрою;
К – коефіцієнт використання.

Коефіцієнт використання вибирається. відповідно до обраної кількості заземлювачів, їх взаємного розташування та відстані між ними.

Рядне розташування електродів

	Кількість електродів	Коефіцієнт
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

Контурне розміщенняелектродів

Відношення відстані між електродами до їхньої довжини	Кількість електродів	Коефіцієнт
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

Не завжди розрахунок контуру заземлення видає необхідне значення, тому, можливо, його потрібно зробити кілька разів, змінюючи кількість та геометричні розміри заземлювальних електродів.

Вимірювання заземлення

Для вимірювання опору заземлення використовують спеціальні вимірювальні прилади. Право виміру заземлення мають організації з відповідним дозволом. Зазвичай це енергетичні організації та лабораторії. Виміряні параметри вносяться в протокол вимірювання та зберігаються на підприємстві (у цеху, на підстанції).

Розрахунок опору заземлення представляє складне завдання, у якій необхідно враховувати безліч умов, тому раціональніше скористатися допомогою організацій, що спеціалізуються у цій галузі. Для вирішення завдання можна зробити розрахунки на он-лайн калькуляторі, приклад яких можна знайти в інтернеті у вільному доступі. Програма калькулятора сама підкаже, які дані необхідно враховувати під час обчислень.

Відео

Розрахунок заземлювальних пристроїв зводиться головним чином розрахунку власне заземлювача, оскільки заземляющие провідники здебільшого приймаються за умов механічної міцності і стійкості до корозії по ПТЕ і ПУЭ. Виняток становлять лише установки з виносним заземлюючим пристроєм. У цих випадках розраховуються послідовно опір сполучної лінії і заземлювача, так, щоб їх сумарний опір не перевищувало допустимого.

Слід особливо виділити питання розрахунку заземлювальних пристроїв для заполярних та північно-східних районів нашої країни. Їх характерні багатомерзлі грунти, мають питому опір поверхневих шарів однією - два порядки вище, ніж у звичайних умовах середньої смуги СРСР.

Розрахунок опору заземлювачів інших районах СРСР проводиться у порядку:

1. Встановлюється необхідний ПУЕ допустимий опір заземлювального пристрою r зм. Якщо заземлювальний пристрій є спільним для кількох електроустановок, то розрахунковим опором заземлювального пристрою є найменша з необхідних.

2. Визначається необхідний опір штучного заземлювача з урахуванням використання природних заземлювачів, включених паралельно з виразів

(8-14)

де r зм -припустимий опір заземлювального пристрою за п. 1, R і-опір штучного заземлювача; R е-опір природного заземлювача. Визначається розрахунковий питомий опір ґрунту розрахунків з урахуванням підвищуючих коефіцієнтів, що враховують висихання ґрунту влітку та промерзання взимку.

За відсутності точних даних про ґрунт можна скористатися табл. 8-1, де наведені середні дані щодо опорів ґрунтів, рекомендовані для попередніх розрахунків.

Таблиця 8-1

Середні питомі опори ґрунтів та вод, рекомендовані для попередніх розрахунків

Примітка. Питомі опори ґрунтів визначено при вологості 10-20% до маси ґрунту

Вимірювання питомого опору отримання більш надійних результатів проводять у теплу пору року (травень - жовтень) у середній смузі СРСР. До виміряного значення питомого опору ґрунту в залежності від стану ґрунту та від кількості опадів вводяться поправочні коефіцієнти до, що враховують зміну внаслідок висихання та промерзання ґрунту, тобто Р розч =Р к

4. Визначається опір розтіканню одного вертикального електрода R в. формулам табл. 8-3. Ці формули дано для стрижневих електродів із круглої сталі або труб.

При застосуванні вертикальних електродів із кутової сталі у формулу замість діаметра труби підставляється еквівалентний діаметр куточка, обчислений за виразом

(8-15)

де b – ширина сторін куточка.

5. Визначається приблизна кількість вертикальних заземлювачів при попередньо прийнятому коефіцієнті використання

(8-16)

де R т.в. - опір розтіканню одного вертикального електрода, визначений у п. 4; R і - необхідний опір штучного заземлювача; К і,в,зм - коефіцієнт використання вертикальних заземлювачів.

Таблиця 8-2

Значення підвищуючого коефіцієнта для різних кліматичних зон

Коефіцієнти використання вертикальних заземлювачів наведено в табл. 8-4 при розташуванні їх у ряд та табл. 8-5 при розміщенні їх за контуром

6. Визначається опір розтіканню горизонтальних електродів Rг за формулами табл. 8-3. Коефіцієнти використання горизонтальних електродів для попередньо прийнятої кількості вертикальних електродів приймаються по табл. 8-6 при розташуванні вертикальних електродів у ряд та по табл. 8-7 при розташуванні вертикальних електродів за контуром.

7. Уточнюється необхідний опір вертикальних електродів з урахуванням провідності горизонтальних сполучних електродів з виразів

(8-17)

де R г - опір розтіканню горизонтальних електродів, визначений п.6; R і - необхідний опір штучного заземлювача.

Таблиця 8-3

Формули для визначення опору розтіканню струму різних заземлювачів

Таблиця 8-4

Коефіцієнти використання вертикальних заземлювачів, К і,в,зм, розміщених у ряд, не враховуючи впливу горизонтальних електродів зв'язку

Таблиця 8-5

Коефіцієнти використання вертикальних заземлювачів, К і,в,зм, розміщених за контуром, не враховуючи впливу горизонтальних електродів зв'язку

Таблиця 8-6

Коефіцієнти використання К і, г, зм горизонтальних сполучних електродів, у ряду з вертикальних електродів

Таблиця 8-7

Коефіцієнти використання К і, г, зм вертикальних сполучних електродів у контурі з вертикальних електродів

8. Уточнюється кількість вертикальних електродів з урахуванням коефіцієнтів використання за табл. 8-4 та 8-5:

Остаточно приймається кількість вертикальних електродів за умов розміщення.

9. Для установок вище 1000 з великими струмами замикання на землю перевіряється термічна стійкість з'єднувальних провідників за формулою (8-11).

Приклад 1. Потрібно розрахувати контурний заземлювач підстанції 110/10 кВ з такими даними: максимальний струм через заземлення при замиканні на землю на боці 110 кВ - 3,2 кА, максимальний струм через заземлення при замиканні на землю на боці 10 кВ - 42 А; ґрунт у місці спорудження підстанції - суглинок; кліматична зона 2; додатково як заземлення використовується система троси - опори із опором заземлення 1,2 Ом.

Рішення 1. Для сторони 110 кВ потрібен опір заземлення 0,5 Ом, Для сторони 10 кВ за формулою (8-12) маємо:

де розрахункова напруга на заземлювальному пристрої U розрахунку прийнято рівним 125 В, так як заземлювальний пристрій використовується також і для установок підстанції напругою до 1000 В.

Таким чином, як розрахунковий приймається опір rзм = 0,5 Ом.

2. Опір штучного заземлювача розраховується з урахуванням використання системи троси-опори

3. Рекомендована для попередніх розрахунків питома опір грунту місці спорудження заземлювача (суглинка) по табл. 8-1 складає 1000 Ом. 8 м.

Розрахункові питомі опори: для горизонтальних електродів Р розч.г = 4,5 х100 = 450 Ом; для вертикальних електродів розч.в = 1,8 х100 = 180 Ом.

4. Визначається опір розтіканню одного вертикального електрода - куточка № 50 завдовжки 2,5 м занурення нижче рівня землі на 0,7 м за формулою з табл. 8-3:

де d = d y, ед = 0,95; b = 0,95 x0, 95 = 0,0475 м; t =0,7 + 2,5/2 = 1,95 м;

5. Визначається приблизна кількість вертикальних заземлювачів при попередньо прийнятому коефіцієнті використання К і,в,зм = 0,6:

6. Визначається опір розтіканню горизонтальних електродів (смуги 40х4 мм2), приварених до верхніх кінців куточків. Коефіцієнт використання сполучної смуги в контурі К і, г, зм при числі куточків приблизно 100 і a/l = 2 по табл. 8-7 дорівнює 0,24. Опір розтіканню смуги за периметром контуру (l = 500 м) за формулою табл. 8-3 одно:

7. Уточнений опір вертикальних електродів

8. Уточнене число вертикальних електродів визначається за коефіцієнта використання К і, г, зм = 0,52, прийнятому з табл. 8-5 при n = 100 та a/l = 2:

Остаточно приймається 116 куточків.

Додатково до контуру на території влаштовується сітка з поздовжніх смуг, розташованих на відстані 0,8-1 м від обладнання з поперечними зв'язками через кожні 6 м. Додатково для вирівнювання потенціалів біля входів і в'їздів, а також по краях контуру прокладаються поглиблені смуги. Ці невраховані горизонтальні електроди зменшують загальний опір заземлення, провідність їх у запас надійності.

9. Перевіряється термічна стійкість смуги 40×4 мм 2 .

Мінімальний переріз смуги з умов термічної стійкості за к. з. на землю у формулі (8-11) при наведеному часі перебігу струму к. з. tп = 1,1 дорівнює:

Таким чином, смуга 40 × 4 мм 2 умовою термічної стійкості задовольняє.

Приклад 2. Потрібно розрахувати заземлення підстанції з двома трансформаторами 6/0,4 кВ потужністю 400 кВА з такими даними: найбільший струм через заземлення при замиканні на землю на боці 6 кВ 18 А; ґрунт у місці спорудження - глина; кліматична зона 3; додатково як заземлення використовується водогін з опором розтіканню 9 Ом.

Рішення. Передбачається спорудження заземлювача із зовнішнього боку будівлі, до якої примикає підстанція, з розташуванням вертикальних електродів в один ряд завдовжки 20 м; матеріал - кругла сталь діаметром 20 мм; метод занурення - вкручування; верхні кінці вертикальних стрижнів, занурені на глибину 0,7 м, приварені до горизонтального електрода тієї ж сталі.

1. Для сторони 6 кВ потрібен опір заземлення, що визначається формулою (8-12):

де розрахункова напруга на заземлювальному пристрої прийнято рівним 125, так як заземлюючий пристрій виконується загальним для сторін 6 і 0,4 кВ.

Згідно з ПУЕ опір заземлення не повинен перевищувати 4 Ом. Отже, розрахунковим є опір заземлення rзм = 4 Ом.

2. Опір штучного заземлювача розраховується з урахуванням використання водопроводу як паралельної гілки заземлення

3. Рекомендований для розрахунків опір ґрунту в місці спорудження заземлення (глина) за табл. 8-1 становить 70 Ом*м. Підвищують коефіцієнти для 3-ї кліматичної зони по табл. 8-2 приймаються рівними 2,2 для горизонтальних електродів при глибині закладання 0,7 м і 1,5 для вертикальних електродів довжиною 2-3 м при глибині закладання їх верхнього кінця 0,5-0,8 м.

Розрахункові питомі опори ґрунту:

для горизонтальних електродів Р розч.г = 2,2 × 70 = 154 Ом * м;

для вертикальних електродів Р розч.в = 1,5 х70 = 105 Ом * м.

4. Визначається опір розтіканню одного стрижня діаметром 20 мм, завдовжки 2 м занурення нижче рівня землі на 0,7 м за формулою з табл. 8-3:

5. Визначається приблизна кількість вертикальних заземлювачів при попередньо прийнятому коефіцієнті використання К і. р. зм = 0,9

6. Визначається опір розтіканню горизонтального електрода із круглої сталі діаметром 20 мм, привареного до верхніх кінців вертикальних стрижнів.

Коефіцієнт використання горизонтального електрода у ряді зі стрижнів при їх числі приблизно 6 і відношенні відстані між стрижнями до довжини стрижнями a/l = 20/5х2 = 2 відповідно до табл. 8-6 приймається рівним 0,85.

Опір розтіканню горизонтального електрода визначається за формулою табл. 8-3 та 8-8:

Таблиця 8-8

Коефіцієнти підвищення опору по відношенню до виміряного питомого опору ґрунту (або опору заземлення) для середньої смуги СРСР

Примітки:1) до 1 застосовується, якщо виміряна величина Р (Rх) відповідає приблизно мінімальному значенню (грунт вологий - часу вимірювань передувало випадання великої кількості опадів);

2) к2 застосовується, якщо виміряна величина Р (Rх) відповідає приблизно середнього значення (грунт середньої вологості - часу вимірювань передувало випадання невеликої кількості опадів);

3) к3 застосовується, якщо виміряна величина Р (Rх) відповідає приблизно найбільшому значенню (грунт сухий - часу вимірів передувало випадання незначної кількості опадів).

7. Уточнений опір розтіканню вертикальних електродів

8. Уточнене число вертикальних електродів визначається при коефіцієнті використанняК і. р. зм = 0,83 прийнятому з табл. 8-4 при n = 5 та a/l= 20/2х4 = 2,5 (n = 5 замість 6 прийнято з умови зменшення числа вертикальних електродів при обліку провідності горизонтального електрода)

Остаточно приймається чотири вертикальні стрижні, при цьому опір розтіканню дещо менше розрахункового.

Витяг із Довідника з електропостачання промислових підприємств

за загальною редакцією А. А. Федорова та Г. В. Сербіновського

Захисний контур, створений навколо будь-якого об'єкта, що забезпечується електроенергією, забезпечить стікання високої напруги в землю спеціально встановленими електродами. Такі конструкції захищають дороге обладнання від короткого замикання та перегорання через стрибки напруги. Установку конструкції необхідно проводити відповідно до результатів проведених обчислень рівня електропровідності провідників.

Призначення розрахунку

Перш ніж встановити на житловому або іншому об'єкті, необхідно його типорозмірів. Така конструкція складається з:

елементів, встановлених вертикально до землі;
провідника;
смуг, що з'єднують контур у горизонтальній площині.

Електроди вкоповуються та з'єднуються між собою за допомогою горизонтального заземлювача. Після цього створену систему захисту приєднують до електричного щитка.

Використовують такі штучні конструкції в силових мережах з різними показниками напруги:

змінним від 380;
постійним від 440;

на небезпечних виробничих об'єктах.

Захисні системи встановлюють у різних місцях обладнання. Залежно від місця встановлення вони бувають виносними чи контурними. У відкритих конструкціях приєднання елементів проводиться відразу до заземлюючого елемента. У контурних пристроях розміщення йде зовнішнім периметром або всередині пристрою. Для кожного виду захисних установок необхідно провести розрахунок, щоб встановити величину опору вертикальних заземлювачів, кількість необхідних стрижнів та довжину смуг для їхнього з'єднання.

Крім спеціальних пристроїв можуть використовуватись природні системи:

комунікації із металевих труб;
металоконструкції;
підстанції;
опори;
металева оболонка кабелю;
обсадні труби.

Розрахунки струмопровідності роблять для штучних конструкцій. Облаштування їх на місці використання силових установок забезпечує відведення електричного струму в землю, захищаючи людину та обладнання від розрядів великої величини в результаті стрибка напруги. Чим менша електропровідність, тим рівень сили електроструму, що йде через захисну конструкцію, буде нижчим.

Покроковий розрахунок контуру заземлення

Обчислення повинні проводитися з урахуванням кількості елементів, віддаленості їх один від одного, струмопровідності ґрунту та глибини вкопування вертикального заземлювача. Використовуючи ці параметри, можна провести точний розрахунок захисного заземлення.

Спочатку слід за таблицею визначити вид ґрунту. Після цього вибрати відповідні матеріали для конструкції. Потім проводяться обчислення за спеціальними формулами, визначальним число всіх елементів, а також їх здатність до електропровідності.

З отриманих результатів проводиться установка всієї системи, після чого проводять контрольні виміри її струмопровідність.

Вихідні дані

При обчисленні силового значення слід скласти співвідношення їх кількості, довжини сполучних смужок і відстані, на якому проводиться вкопування.

Крім цього потрібно буде врахувати питомий опір ґрунту, який визначається рівнем його вологості. Щоб досягти стабільної величини, необхідно заглиблювати електроди у ґрунт на глибину не менше ніж 0,7 метра. Також важливо не відходити від встановленого ГОСТом розміру самого захисного пристрою. При проведенні розрахунок потрібно використовувати готові таблиці з уже наявними показниками для матеріалів і електропровідності певних видів грунтів.

Таблиця показників струмопровідності різних ґрунтів

Потрібну глибину, на яку закопують у землю вертикальний електрод, розраховують за такою формулою:

При монтажі захисної конструкції слід стежити за тим, щоб металеві стрижні повністю входили у верхній шар землі та частково у нижні його рівні. Під час розрахунків потрібно використовувати середні коефіцієнти рівня електропровідності ґрунту в різні сезони в тих чи інших кліматичних зонах, представлені в цій таблиці:

Опір ґрунтів у різних кліматичних зонах

Щоб точно визначити кількість вертикальних елементів у конструкції, що збирається, не враховуючи показники для вузьких смужок, що їх з'єднують, потрібно використовувати формулу:

У ній Rн, що позначає силу струму, що розтікається грунтом певного типу, коефіцієнт опору якого береться з таблиці.

Для обчислення фізичних параметрів матеріалу слід враховувати розміри елементів системи, що використовуються:

у смужок 12х4 – 48 мм2;
у куточків 4х4 мм;
у сталевого кола - 10 мм2;
у труб, стінки яких мають товщину 35 мм.

Приклад розрахунку заземлення

Проводити обчислення провідності використовуваних провідників з урахуванням особливостей ґрунтоґрунту потрібно для кожного електрода окремо за формулою:

В якій:

Ψ — кліматичний коефіцієнт, що береться із довідкової літератури;
ρ1, ρ2 –величина провідності верхнього та нижнього шару землі;
Н – товщина верхнього шару ґрунту;
t-глибина розташування вертикального елемента в траншеї.

Стрижні для таких конструкцій закопують на рівень не менше ніж на 0.7 метра згідно з чинними нормативами.

Що ми повинні мати після закінчення розрахунку

Після проведення обчислень за формулами вдається отримати точне опір заземлювального пристрою штучного типу. Виміряти дані показники у природних систем часто не вдається через неможливість отримати точні типорозміри закопаних комунікацій, колій, кабелю або встановлених металевих конструкцій.

Після закінчення розрахунків вдається отримати точну кількість стрижнів і смуг для контуру, які допоможуть створити надійну систему захисту для обладнання та всього об'єкта в цілому. Розрахунки допоможуть також встановити точну довжину смужок, що сполучають стрижні. Основним результатом всіх проведених обчислень стане отримання підсумкового значення властивостей використовуваних у створеному контурі провідників, яке визначає силу електричного струму, що проходить по них. Це найважливіший норматив ПЕУ, який має певні значення для мереж із різними показниками напруги.

Допустимі значення опору заземлення, відповідно до нормативів

Існують єдині нормативні значення, якими опір розтікання струму для електромережі з певним значенням напруги має перевищувати встановлених стандартів ГОСТа. У мережах з напругою 220 В воно не повинно бути більше 8 Ом. При напрузі в 380 його значення має бути не вище 4 Ом.

Для розрахунку показників всього контуру можна використовувати формулу R=R0/ηв*N, в якій:

R0 рівень струмопровідності одного електрода;
R -показ рівня перешкоджання проходженню струму для всієї системи;
ηв – коефіцієнт використання захисного пристрою;
N – кількість електродів у всьому контурі.

Матеріал, необхідний для контуру

Збирати контур можна з металевого матеріалу:

куточка,
смужок, які мають певні розміри.

Після цього обов'язково повинен перевірити експерт із незалежної вимірювальної лабораторії. Будівельну арматуру можна використовувати як природний контур за наявності її в несучих конструкціях будівлі. ПЕУ містить спеціальний список конструкцій, які можна використовувати як природний контур при створенні захисних систем.

Для перевірки роботи всієї конструкції необхідно загальне значення та опір вертикальних заземлювачів та всієї системи перевірити спеціальними приладами. Довірити цю роботу потрібно незалежним експертам із електролабораторії. Щоб конструкція надійно захищала весь об'єкт, слід регулярно проводити вимірювання, перевіряючи їх значення встановленим нормативам.

) для одиночного глибинного заземлювача на основі модульного заземленняпроводиться як розрахунок звичайного вертикального заземлювача з металевого стрижня діаметром 142 мм.

Формула розрахунку опору заземлення одиночного вертикального заземлювача:

де:
ρ - питомий опір ґрунту (Ом*м)
L – довжина заземлювача (м)
d - діаметр заземлювача (м)
T - заглиблення заземлювача (відстань від поверхні землі до середини заземлювача)(м)
π - математична константа Пі (3,141592)
ln - натуральний логарифм

Для електролітичного заземлення ZANDZ формула розрахунку опору заземлення спрощується до вигляду:

- для комплекту ZZ-100-102

Вклад сполучного заземлювального провідника тут не враховується.

Відстань між заземлюючими електродами

При багатоелектродної зміни заземлювача на підсумковий опір заземлення починає впливати ще один чинник - відстань між заземлюючими електродами. У формулах розрахунку заземлення цей фактор описується величиною "коефіцієнт використання".

Для модульного та електролітичного заземлення цим коефіцієнтом можна знехтувати (тобто його величина дорівнює 1) за дотримання певної відстані між заземлюючими електродами:

не менше глибини занурення електродів - для модульного
не менше 7 метрів - для електролітичного

З'єднання електродів у заземлювач

Для з'єднання заземлювальних електродів між собою та з об'єктом як заземлюючий провідник використовується мідна катанка або сталева смуга.

Перетин провідника часто вибирається - 50 мм² для міді та 150 мм² для сталі. Поширене використання звичайної залізної смуги 5*30 мм.

Для приватного будинку без блискавкоприймачів достатньо мідного дроту перетином 16-25 мм².

Докладніше про прокладання заземлювального провідника можна ознайомитись на окремій сторінці "Монтаж заземлення".

Сервіс розрахунку ймовірності удару блискавки в об'єкт

Якщо крім заземлювального пристрою Вам належить встановити систему зовнішнього блискавкозахисту, Ви можете скористатися унікальним захищеним блискавкоприймачем. Сервіс розроблений командою ZANDZ спільно з ВАТ «Енергетичний інститут ім.Г.М.Кржижановського» (ВАТ «ЕНІН»)

Цей інструмент дозволяє не просто перевірити надійність системи захисту від блискавки, але і виконати найбільш раціональний і правильний проект захисту від блискавки, забезпечуючи:

меншу вартість конструкції та монтажних робіт, зменшуючи непотрібний запас та використовуючи менш високі, менш дорогі в монтажі, блискавкоприймачі;
менше ударів блискавки в систему, скорочуючи вторинні негативні наслідки, що особливо важливо на об'єктах з безліччю електронних приладів (кількість ударів блискавки зменшується зі зменшенням висоти стрижневих приймачів).

можливість прориву блискавки в об'єкти системи (надійність системи захисту визначається як 1 мінус величина ймовірності);
число ударів блискавки у систему на рік;
кількість проривів блискавки, минаючи захист, на рік.

Маючи подібну інформацію, проектувальник може порівняти вимоги замовника та нормативної документації з отриманою надійністю та вжити заходів щодо зміни конструкції блискавкозахисту.

А, щоб розпочати розрахунку, .

Головна > Машинобудування