 |
Расчет защитного заземления
|
|
|
|
Методика расчета заземляющего устройства
Расчет заземляющего устройства проводится для электрооборудования предприятий напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью.
Цель расчета защитного заземления – определить число и длину вертикальных элементов, длину горизонтальных элементов и разместить заземляющее устройство на плане электроустановки (ЭУ) исходя из регламентированных ПУЭ величин допустимого сопротивления заземления.
Расчет заземляющего устройства проводится в следующей последовательности.
Исходные данные:
- номинальное напряжение электроустановки, В;
- режим нейтрали (глухозаземленный);
- тип грунта в месте установки заземляющего устройства или удельное электрическое сопротивление грунта по результатам измерений (таблица А.1);
- расстояние от заземляющего устройства до заземляемого оборудования;
- профиль, материал и размеры искусственных заземлителей (таблица А.5).
Порядок расчета
1. Определяется из ПУЭ нормированное значение сопротивления заземления. Для электрооборудования напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью это значение не должно превышать 4 Ом в любое время года.
2. По формулам, приведенным в таблице А.2, определяется сопротивление одиночного вертикального заземлителя Rод.
3. Предварительно разместив заземлители на плане (в ряд, по контуру или в виде сетки), определяют число вертикальных заземлителей и расстояния между ними.
По этим данным определяют:
- коэффициент использования вертикальных стержней hст (таблица А.3) и полосы hпол (таблица А.4);
- длину полосового заземлителя:
· при размещении вертикальных заземлителей в ряд
lпол = ×(n-1) × а + 2×l, м, (2.1)
|
|
|
где а – расстояние между вертикальными заземлителями, м;
n – количество вертикальных заземлителей, шт;
l – расстояние от заземляющего устройства до заземляемого оборудования, м,
· при размещении вертикальных заземлителей по контуру
lпол = (n +1) × а + 2×l, м, (2.2)
где n – количество вертикальных заземлителей, шт.;
а - расстояние между вертикальными заземлителями, м.
4. Определяется суммарное сопротивление одиночных вертикальных заземлителей с учетом коэффициента использования вертикальных стержней hст
(2.3)
5. Определяется сопротивление соединительных полос Rп по формулам, приведенным в таблице А.2.
6. Определяется суммарное сопротивление соединительных полос с учетом коэффициента использования полосы hпол
(2.4)
7. Определяется общее сопротивление заземляющего устройства как параллельное сопротивление суммарных сопротивлений вертикальных стержней и соединительных полос
(2.5)
8. Проверяется выполнение условия
. (2.6)
При невыполнении данного условия необходимо увеличить количество вертикальных одиночных заземлителей и, начиная с пункта 4 повторить расчет. Условие (2.6) должно выполняться.
Пример расчета заземляющего устройства
Исходные данные
Заземлению подлежит электрооборудование напряжением 380 В. Грунт - суглинок, rИЗМ = 100 Ом×м. Заземляющее устройство расположить по контуру. Расстояние от заземляющего устройства до подстанции 4 м. В качестве вертикальных стержней предполагается применить уголковую сталь длиной 2,5 м, в качестве горизонтальных заземлителей – стальную полосу.
Решение
1. Определяется из ПУЭ нормированное значение сопротивления заземления - это значение не должно превышать 4 Ом в любое время года.
2. По формуле для стержневого заземлителя в грунте (таблица А.2) определяется сопротивление одиночного вертикального заземлителя Rод с учетом измеренного удельного сопротивления грунта
|
|
|
,
где d – эквивалентный диаметр вертикального заземлителя, м.
Для уголковой стали
d = 0,95×b = 0,95×0,025=0,024 м.
где b – ширина стороны уголковой стали, м.
Ширина стороны уголковой стали определяется по формуле
где S – минимально допустимая площадь поперечного сечения уголковой стали по таблице 1, мм2;
h – минимально допустимая толщина стенки уголковой стали по таблице В.1, мм2;
- удельное электрическое сопротивление грунта, Ом·м. Из исходных данных =100 Ом·м;
H – расстояние от поверхности земли до середины вертикального заземлителя, м. Верхний конец вертикального заземлителя должен находиться на расстоянии 0,5 м от поверхности земли (дополнительные указания таблицы А.2),
тогда
;
l – длина вертикального заземлителя, м. Из исходных данных l = 2,5 м.
3. В соответствии с исходными данными заземлители размещаются по контуру с предварительным количеством вертикальных заземлителей n=27 шт., расстояние между вертикальными заземлителями а = 2,5 м (рисунок 1).
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
24 23 22 21 20 19 18 17 16
Рисунок 2.1 – Схема размещения вертикальных электродов
Длина полосового заземлителя при размещении вертикальных заземлителей в виде заземляющей сетки определим его длину
lпол = (n +1) · а +2 · l = (27 +1) ·2,5 + 2 · 4 = 78 м.
4. Определяются коэффициенты использования вертикальных стержней hст (таблица А.3) и полосы hпол (таблица А.4)
hст = 0,43 (для размещения вертикальных заземлителей по контуру, среднее значение);
hпол = 0,25 (для размещения вертикальных заземлителей по контуру, среднее значение).
5. Определяется суммарное сопротивление одиночных вертикальных заземлителей
6. Определяется сопротивление соединительных полос Rп по формуле для полосы в грунте (таблица А.2)
8. Определяется суммарное сопротивление соединительных полос с учетом коэффициента использования полосы hпол
9. Определяется общее сопротивление заземляющего устройства
10. Проверяется выполнение условия 6
|
|
|
9,02 Ом > 4 Ом.
Условие не выполняется. Необходимо увеличить количество вертикальных электродов и произвести расчет, начиная с пункта 3.
Расчет считается законченным, если выполняется условие 6.
Варианты заданий
Задача 1
Разработать систему защитного заземления для электрооборудования напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью цеха по обработке дерева: строгальный станок, пилорама, токарный станок.
Исходные данные:
1. Размеры цеха – 10х4 м.
2. Размеры оборудования:
- строгальный станок – 2х1 м;
- пилорама – 3х2 м;
- токарный станок – 1,5х0,6 м.
3. Заземление выполнить по контуру здания, расстояние между вертикальными электродами – 2,5 м, предусмотреть два ввода в здание.
4. Удельное сопротивление грунта – ρ = 95 Ом·м.
5. Расстояние от заземляющего устройства до внутреннего контура заземления – 5 м.
6. В качестве вертикальных электродов использовать стержни диаметром 16 мм, длиной – 2,5 м.
7. В качестве горизонтальных заземлителей применить стальную полосу размерами 25х25х4 мм.
8. Глубина закладки заземляющего устройства 0,5 м.
По результатам расчета представить план размещения электрооборудования в цеху с указанием внешнего заземляющего устройства, внутреннего контура заземления, присоединения электрооборудования к внутреннему контуру заземления.
Задача 2
Разработать систему защитного заземления для электрооборудования напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью цеха по обработке металла: токарный станок, сверлильный станок, фрезерный станок.
Исходные данные:
1. Размеры цеха – 12х4,5 м.
2. Размеры оборудования:
- токарный станок – 2х0,7 м;
- сверлильный станок – 0,7х0,5 м;
- фрезерный станок – 0,8х0,4 м.
3. Заземление выполнить в ряд, расстояние между вертикальными электродами – 3 м, предусмотреть два ввода в здание.
4. Удельное сопротивление грунта – ρ = 105 Ом·м.
5. Расстояние от заземляющего устройства до внутреннего контура заземления – 4 м.
6. В качестве вертикальных электродов использовать стержни диаметром 20 мм, длиной – 3,0 м.
|
|
|
7. В качестве горизонтальных заземлителей применить стальную полосу размерами 20х20х4 мм.
8. Глубина закладки заземляющего устройства 0,5 м.
По результатам расчета представить план размещения электрооборудования в цеху с указанием внешнего заземляющего устройства, внутреннего контура заземления, присоединения электрооборудования к внутреннему контуру заземления.
Задача 3
Разработать систему защитного заземления для электрооборудования напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью автогаража: компрессор, сверлильный станок, зарядное устройство.
Исходные данные:
1. Размеры гаража – 14х4 м, помещение аккумуляторной внутри гаража – 3х3 м.
2. Размеры оборудования:
- компрессор – 0,4х0,3 м;
- сверлильный станок – 0,9х0,4 м;
- зарядное устройство – 0,4х0,4 м.
3. Заземление выполнить в виде сетки, расстояние между вертикальными электродами – 2,8 м, предусмотреть два ввода в здание.
4. Удельное сопротивление грунта – ρ = 110 Ом·м.
5. Расстояние от заземляющего устройства до внутреннего контура заземления – 5 м.
6. В качестве вертикальных электродов использовать стержни диаметром 25 мм, длиной – 2,8 м.
7. В качестве горизонтальных заземлителей применить стальную полосу размерами 30х30х4 мм.
8. Глубина закладки заземляющего устройства 0,5 м.
По результатам расчета представить план размещения электрооборудования в цеху с указанием внешнего заземляющего устройства, внутреннего контура заземления, присоединения электрооборудования к внутреннему контуру заземления.
Задача 4
Разработать систему защитного заземления для электрооборудования напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью насосной станции: три насоса подкачки воды.
Исходные данные:
1. Размеры насосной – 6х3 м.
2. Размеры оборудования:
- насос – 0,3х0,3 м;
- насос – 0,4х0,3 м;
- насос – 0,5 х0,3 м.
3. Заземление выполнить по контуру здания, расстояние между вертикальными электродами – 2,6 м, предусмотреть два ввода в здание.
4. Удельное сопротивление грунта – ρ = 100 Ом·м.
5. Расстояние от заземляющего устройства до внутреннего контура заземления – 5 м.
6. В качестве вертикальных электродов использовать стальной уголок размерами 25х25х4 мм, длиной – 2,6 м.
7. В качестве горизонтальных заземлителей применить стальную полосу размерами 30х30х4 мм.
8. Глубина закладки заземляющего устройства 0,5 м.
По результатам расчета представить план размещения электрооборудования в цеху с указанием внешнего заземляющего устройства, внутреннего контура заземления, присоединения электрооборудования к внутреннему контуру заземления.
Задача 5
Разработать систему защитного заземления для электрооборудования напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью помещения для приготовления пищи столовой: электросковорода, жарочный шкаф, посудомоечная машина.
|
|
|
Исходные данные:
1. Размеры помещения – 8х4 м.
2. Размеры оборудования:
- электросковорода – 1,0х1,0 м;
- жарочный шкаф – 1,2х1,3 м;
- посудомоечная машина – 1,5х1,0 м.
3. Заземление выполнить по контуру здания, расстояние между вертикальными электродами – 2,4 м, предусмотреть два ввода в здание.
4. Удельное сопротивление грунта – ρ = 98 Ом·м.
5. Расстояние от заземляющего устройства до внутреннего контура заземления – 3 м.
6. В качестве вертикальных электродов использовать стальной уголок размерами 25х25х4 мм, длиной – 2,5 м.
7. В качестве горизонтальных заземлителей применить стальную полосу размерами 25х25х4 мм.
8. Глубина закладки заземляющего устройства 0,5 м.
По результатам расчета представить план размещения электрооборудования в цеху с указанием внешнего заземляющего устройства, внутреннего контура заземления, присоединения электрооборудования к внутреннему контуру заземления.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(справочное)
Таблица А.1 – Приближенные значения удельных сопротивлений грунтов
| Грунт | Удельное сопротивление, 102 Ом×м | |
| возможные пределы колебаний | при влажности 10-12% к массе грунта | |
| Песок | 1-4 | |
| Супесок | 1,5-4 | |
| Суглинок | 0,4-1,5 | |
| Глина | 0,08-0,7 | 0,4 |
| Чернозем | 0,09-5,3 | 2,0 |
| Речная вода | 10,0 | - |
| Морская вода | 0,002-0,01 | - |
Таблица А.2 – Формулы для вычисления сопротивлений одиночных заземлителей растеканию тока
| Тип заземлителя | Схема | Формула | Дополнительные указания | |||
| Стержневой в грунте |
| 
| H0>0,5 м | |||
Полоса в грунте |
|
|
Таблица А.3 – Коэффициенты использования заземлителей из труб или уголков без учета влияния полосы связи
| Отношение расстояния между трубами (уголками) к их длине | При размещении в ряд | При размещении по контуру | ||
| число труб (уголков) | hСТ | число труб (уголков) | hСТ | |
| 0,84-0,87 | 0,66-0,72 | |||
| 0,76-0,8 | 0,58-0,65 | |||
| 0,67-0,72 | 0,52-0,58 | |||
| 0,56-0,62 | 0,44-0,5 | |||
| 0,51-0,56 | 0,38-0,44 | |||
| 0,47-0,5 | 0,36-0,42 | |||
| 0,9-0,52 | 0,76-0,8 | |||
| 0,85-0,88 | 0,71-0,75 | |||
| 0,79-0,83 | 0,66-0,71 | |||
| 0,72-0,77 | 0,61-0,66 | |||
| 0,66-0,73 | 0,55-0,61 | |||
| 0,65-0,7 | 0,52-0,58 | |||
| 0,93-0,95 | 0,84-0,86 | |||
| 0,9-0,92 | 0,78-0,82 | |||
| 0,85-0,88 | 0,74-0,73 | |||
| 0,79-0,83 | 0,68-0,73 | |||
| 0,76-0,8 | 0,64-0,69 | |||
| 0,74-0,79 | 0,62-0,67 |
Таблица А.4 – Коэффициент использования соединительной полосы заземлителей из труб или уголков
| Отношение расстояния между заземлителями к их длине | Число труб или уголков заземлителя | |||||
| При расположении полосы в ряду труб или уголков | ||||||
| 0,77 | 0,67 | 0,62 | 0,42 | 0,31 | 0,21 | |
| 0,89 | 0,79 | 0,75 | 0,56 | 0,46 | 0,36 | |
| 0,92 | 0,85 | 0,82 | 0,68 | 0,58 | 0,49 | |
| При расположении полосы по контуру труб или уголков | ||||||
| 0,45 | 0,36 | 0,34 | 0,27 | 0,24 | 0,21 | |
| 0,55 | 0,43 | 0,4 | 0,32 | 0,3 | 0,28 | |
| 0,7 | 0,6 | 0,56 | 0,45 | 0,41 | 0,37 |
Таблица А.5 – Наименьшие размеры заземлителей и заземляющих проводников, проложенных в земле
| Материал | Профиль сечения | Диаметр, мм | Площадь поперечного сечения, мм2 | Толщина стенки, мм |
| Сталь черная | Круглый: для вертикальных заземлителей для горизонтальных заземлителей Прямоугольный (полоса) Угловой | - - | - - | - - |
Примечание. Минимальный размер полки стального уголка (Ш) должен быть не менее:
Далее стальной уголок выбирается из ближайших типовых размеров в большую сторону.
|
|
|
12 |
