Проектирование защитного заземления

Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение с землей металлических нетокопроводящих частей, которые могут оказаться под напряжением. Главное назначение заземления – понизить потенциал на корпусе электрооборудования до безопасной величины.

Заземляющее устройство состоит из з аземлителя и соединительной полосы. Различают заземлители искусственные, предназначенные исключительно для целей заземления, и естественные (находящиеся в земле металлические конструкции и коммуникации другого назначения).

В зависимости от места размещения различают выносные и контурные заземляющие устройства.

Выносное заземляющее устройство применяют при невозможности размещения заземлителя на защищаемой территории; при высоком сопротивлении земли на этой территории; наличии на сравнительно небольшом удалении мест с повышенной проводимостью, при рассредоточенном размещении заземляемого оборудования; в местах, где возможно пропитка земли нефтью, маслами и т.п.

Контурное заземляющее устройство применяют в случае, когда необходимо выровнять потенциал на защищаемой территории и тем самым уменьшить напряжение прикосновения и шага до допустимых значений.

Цель расчета защитного заземления заключается в определении основных параметров заземления (число, размеры и размещение одиночных заземлителей и заземляющих проводников), при которых напряжения прикосновения и шага в период замыкания фазы не превышают до допустимых значений.

При расчете защитного заземления необходимо определить тип и слойность грунта, сезонные изменения сопротивления растекания грунту (промерзание, высыхание и т.п.), типа электрода заземлителя (форма, размеры), из которого предполагается соорудить проектируемый групповой заземлитель, размещение электродов (расстояние, конфигурация), возможность использования естественных заземлителей и др.

Расчетный ток замыкания на землю I_З и предельная величина сопротивления заземления r_З определяются в зависимости от напряжения, режима нейтрали, мощности электроустановки.

Расчетный ток замыкания на землю I_З – наибольший возможный в данной электроустановке ток замыкания на землю. В сетях напряжением до 1000 В ток однофазного замыкания на землю не превышает 10 А.

Сопротивление заземления r_З нормируется в зависимости от напряжения электроустановки (таблица 1).

Таблица 1

Нормировочные значения сопротивление заземления r_З

Напряжение электроустановки, В	Ток I_З,, А	Сопротивление заземления r_З, Ом	Условия применения
до 1000			Суммарная мощность источников-трансформаторов, генераторов, подключенных к сети Р > 100кВ*А
	Р<100кВ*А
Выше 1000	>500	0,5	Распредустройства и сети с заземленной нейтралью напряжением U>110кВ
Выше 1000	<500	r_З £250/ I_З, но не более 10 Ом	Сети с изолированной нейтралью напряжением U=3, 6, 10, 20, 35 кВ
Одновременное использование электроустановок с U>1кВ и U<1кВ		r_З £150/ I_З,, но не более 4 (10 Ом)	-

Расчетное удельное сопротивление грунта определяется с учетом климатического коэффициента y (таблица 2):

, (1)

где y₁ принимается при большой влажности;y₂– при средней влажности грунта; y₃– при сухом грунте.

Таблица 2

Значения расчетных климатических коэффициентов сопротивления грунта

№ п/п	Грунт	Глубина заложения, м	y₁	y₂	y₃
	Песок	0-2	2,4	1,56	1,2
	Глина	0-2	2,4	1,36	1,2
	Торф	0,2	1,4	1,1
	Суглинок	0,8-3,8		1,5	1,4
	Садовая земля до глубины 0.6 м, ниже - глина	0-3	-	1,32	1,2
	Известняк	0-2	2,5	1,51	1,2

Сопротивление естественных заземлителей R_E рассчитывается (формулы для расчета сведены в таблицу 4) или принимается равным заданному значению (по данным измерения).

Сопротивление искусственного заземлителя определяется при условии, что искусственные и естественные заземлители соединены параллельно и общее их сопротивление не должно превышать норму r_З, то есть

, (2)

Сопротивление одного вертикального заземлителя R_В определяется с учетом расчетного удельного сопротивления грунта r_расч _. по формулам табл.4.

Ориентировочное количество п вертикальных электродов можно определить с некоторым избытком следующим образом. Предварительно находят произведение коэффициента использования вертикальных электродов η_в на их количество п по формуле:

η_в × п = R_B /R_И (3)

а затем по табл. 3 определяют количество вертикальных электродов п. Не указанные в таблице значения п находят методом интерполяции. Полученные значения округляют в меньшую сторону до целых чисел.

Таблица 3

Коэффициент использования h_В вертикальных электродов

без учета влияния полосы связи

a/l*	При размещении в ряд	При размещении по контуру
η_в× п	п	η_в	η_в× п	п	η_в
	1,70 2,34 2,92 3,50 3,90 5,90 8,10 9,60		0,85 0,78 0,73 0,70 0,65 0,59 0,54 0,48	2,76 3,66 5,50 9,40 16,40 23,40 36,00 -	-	0,69 0,61 0,55 0,47 0,41 0,39 0,36 -
	1,82 2,61 3,32 4,05 4,62 7,40 10,50 13,40		0,91 0,87 0,83 0,81 0,77 0,74 0,70 0,67	3,12 4,38 6,80 12,60 23,20 33,00 52,00 -	-	0,78 0,73 0,68 0,63 0,58 0,55 0,52 -
	1,88 2,73 3,56 4,35 5,10 8,10 11,70 15,20		0,94 0,91 0,89 0,87 0,85 0,81 0,78 0,76	3,40 4,80 7,60 14,20 26,40 38,40 62,00 -	-	0,85 0,80 0,76 0,71 0,66 0,64 0,62 -

*Примечание. Вертикальные электроды располагают в ряд или по контуру. Расстояние а между соседними вертикальными электродами (если позволяют размеры отведенной под заземлитель площадки) рекомендуется брать не менее 2,5 м. Для заземлителей, расположенных в ряд, отношение а к длине l вертикального электрода предпочтительно выбирать равным 2—3, а при расположении электродов по контуру — равным 3.

Сопротивление соединительных полос определяют по одной из формул из табл. 4 с учетом коэффициента использования полосы h_г (значения приведены в таблице 5). При этом длину горизонтального проводника находим по формулам:

o при расположении электродов в ряд L_г= 1,05×(n-1)×a

o при расположении электродов по контуру L_г= 1,05×n×a. (4)

Результирующее сопротивление, Ом, искусственного группового заземлителя определяется по формуле:

R`_и = R_вR_г/(R_вη_г+R_гη_вn), (5)

Где η_г и η_в – коэффициенты использования горизонтального и вертикального электродов, значения которых указаны в табл. 3 и 5.

Полученное значение сопротивления R´_и не должно превышать значение R_и, полученное по формуле 2. В то же время сопротивление R´_и не должно быть значительно меньше предельно допустимого во избежание неоправданно больших затрат на сооружение заземляющего устройства.