Расчет заземляющих устройств

При расчете заземляющих устройств выбирают тип заземлителей, их количество и место размещения, а также сечение заземляющих проводников. В соответствии с ПУЭ заземляющие устройства следует выполнять с соблюдением требований либо к их сопротивлению, либо к напряжению прикосновения.
Заземляющие устройства электроустановок напряжением выше 1кВ с заземленной нейтралью должно иметь сопротивление в любое время года не более 0,5 Ом.
В электроустановках напряжением выше 1 кВ с изолированной нейтралью при прохождении тока замыкания на землю I до 500 А сопротивление защитного заземления должно быть
< 250/7,        
но не более 10 Ом.
В электроустановках напряжением до 1 кВ сопротивление защитного заземления должно быть
R3 < 125/7,   (9.8)
но не более 4 Ом.
При объединенном защитном заземлении для установок до 1 кВ и выше принимают наименьшее из полученных расчетом сопротивление.
Для снижения расходов на заземляющие устройства рекомендуется в первую очередь использовать естественные заземлители, величина сопротивления которых определяется путем замеров. Если j сопротивление естественных заземлителей недостаточно, применяют искусственные заземлители.
При использовании искусственных заземлителей следует иметь в виду, что одиночные заземлители, заложенные в грунт, не оказывают влияния друг на друга, если расстояние между ними не менее 40 м. В этом случае сопротивление растеканию п одинаковых вертикальных заземлителей определяется выражением
Rm = RJn,    
где
Л, — сопротивление одиночного заземлителя.
При выполнении контура заземления на территории электроустановки заземлители располагают на небольшом расстоянии а
друг от друга (но не менее 2,5-3 м). При этом наблюдается явление взаимного экранирования, что увеличивает сопротивление отдельных заземлителей и заземляющего устройства в целом. Явление экранирования заключается в том, что из-за взаимного отталкивания токов, стекающих с заземлителей (рис. 4, в), уменьшается площадь, через которую в земле протекает ток одного вертикального заземлителя, следовательно, возрастает его сопротивление
Rn = RJn * л,           
где
11 — коэффициент экранирования заземлителей, зависящий от числа заземлителей , отношения расстояния а между ними к их длине /, их размещения — в ряд или по контуру. Значение коэффициента экранирования трубчатых заземлителей можно определить по табл. 1.

Коэффициент экранирования трубчатых заземлителей (без учета полосы заземления)

Табл. 1  может использоваться для ориентировочного определения T заземлителей любой формы.
Сопротивление заземлителей в основном зависит от удельного сопротивления грунта р, которое в свою очередь зависит от характера грунта, его влажности, температуры, наличия растворимых солей и прочее. В табл. 2  приведены величины удельных сопротивлений грунтов.
Таблица 2

Грунт, окружающий заземлители, не является однородным. Наличие в нем песка, строительного мусора и грунтовых вод оказывает большое влияние на его сопротивление. ПУЭ рекомендует определять удельное сопротивление грунта р путем непосредственных измерений в том месте, где будут размещаться заземлители. При этом необходимо учитывать сезонное колебание удельного сопротивления. Весной и осенью оно ниже, чем зимой и летом. Увеличение удельного сопротивления в зимнее и летнее время года учитывается с помощью коэффициента повышения сопротивления Различают три значения коэффициента:
— удельное сопротивление грунта соответствует минимальному значению (грунт влажный, перед измерением произошло выпадение большого количества осадков);
V|/2— удельное сопротивление грунта соответствует среднему значению (грунт средней влажности, перед измерением произошло выпадение небольшого количества осадков);
Удельное сопротивление грунтов
\|/3— удельное сопротивление грунта соответствует максимальному значению (сухой грунт, перед измерением не было выпадение осадков).
Расчетное значение удельного сопротивления грунта в месте устройства заземления с учетом коэффициента повышения определяется по выражению
Р = Риз ' V   
где
риз — измеренное удельное сопротивление грунта, Ом • м.
Расчетные значения коэффициента повышения сопротивления для различных грунтов и глубин заложения заземлителей приведены в табл. 3.
Таблица 3.
Значения коэффициента повышения удельного сопротивления грунта

Сопротивление круглого или трубчатого одиночного заземлителя определяется по формуле

где
/— длина заземлителя, м; d — диаметр заземлителя, м.
На основании формулы (9,12) для наиболее применяемых заземлителей из круглой и уголковой стали выведены приближенные формулы определения их сопротивления: труба диаметром 50 мм и длиной 2,5 м
R = 0,308р,  
уголок из стали размером 50 х 50 х 5 мм и длиной 2,5 м
R = 0,318р,  
круглый стержень стальной диаметром 12 мм и длиной 5 М
R = 0,226р.  
После выбора расчетного значения сопротивления растеканию заземляющего устройства R находят сопротивление искусственных заземлителей R и с учетом сопротивления естественных заземлителей Re
R„ = RRJ(Re-R3).   
Сопротивление полосовых горизонтальных заземлителей по сравнению с вертикальными велико, поэтому в расчетах они обычно не учитываются, принимается Rit = Rn, где сопротивление вертикальных заземлителей Rm определяется по формуле.

При контурном заземлении заземлители располагаются по периметру защищаемой территории. При большой величине территории заземлители закладываются также и внутри контура. Способ размещения заземлителей (в ряд или по контуру) определяется по плану электроустановки. В установках напряжением свыше 1 кВ контурное заземление является обязательным и рекомендуется во всех остальных случаях. В электроустановках с большими токами замыкания на землю заземлители и полосы следует располагать так, чтобы обеспечить по возможности равномерное распределение потенциалов на площади, занятой электрооборудованием. Для этого вдоль осей оборудования на глубине 0,5 м прокладывают выравнивающие проводники, которые через каждые 6 м соединяют поперечными проводниками. Выравнивание потенциалов предусматривают также у входов и въездов на территорию.