При расчете заземляющих устройств определяют следующие па­раметры:

•      тип заземлителя;

•       число и место размещения заземлителей;

•       сечение заземляющих проводников.

В соответствии с требованиями ПУЭ этот расчет выполняют для определения ожидаемого сопротивления заземляющего устройства.

1. Важнейшей величиной, определяющей сопротивление зазем­ляющего устройства, является удельное сопротивление грунта ρ, Это сопротивление находят двумя способами:

путем измерения в месте устройства заземления

где ρиз - измеренное удельное сопротивление грунта; ψ - коэффициент изменения сопротивления (зависит от состояния грунта и времени года), значения ψ даны в табл.7.1;

Таблица 7.1, Коэффициенты изменения удельного сопротивления грунта ψ.

Примечание. ψ1 - грунт влажный; ψ2 - грунт средней влажности; ψ3 - грунт сухой

путем использования приближенных значений ρ, приведен­ных в табл.7.2.

Таблица 7.2. Удельные сопротивления грунта ρ.

2.    Определяют сопротивление одиночного заземлителя вертикаль­ного при длине l, м, диаметре d, мм:

углубленного пруткового диаметром 12 мм, длиной 5 м:

из угловой стали размером 50 х 50 х 5 мм, длиной 2,5 м:

3. Определяют число вертикальных заземлителей n:

где η - коэффициент экранирования, зависящий от числа и взаимного расположения заземлителей (табл. 7.3); Rз - сопротивление заземляю­щего устройства.

Таблица 7.3. Коэффициент экранирования

Если расстояние между заземлителями а и отношение а/l уточня­ют по периметру подстанции, то вновь рассчитывают число заземлителей при новом значении коэффициента экранирования η.

4. Определяют сопротивления горизонтальных протяженных ме­таллических полос Rп, посредством которых соединяют вертикальные заземлители (если сопротивление вертикальных заземлителей R∑ боль­ше сопротивления Rз, принятого по нормам):

                                                              (7.1)

где l п , b п , t п - длина, ширина, глубина заложения полосы, см; ηп - коэф­фициент экранирования полосы.

Если учитывают Rп, то уменьшают необходимое количество заземляюших вертикальных электродов.

Так как сопротивление соединительных полос сравнительно большое, оно мало влияет на общее сопротивление заземляющего уст­ройства Поэтому в практических расчетах проводимость соединитель­ных полос можно не учитывать (за исключением больших контурных заземлителей),

5. Находят сопротивление искусственных заземлителей Rи после выбора расчетного значения сопротивления растеканию Rз; при этом

учитывают сопротивление естественных заземлителей Rе:

Проводимость искусственного заземлителя складывается из проводимостей вертикальных заземлителей 1/R∑ и стальной горизонтальной полосы Rп, соединяющей вертикальные заземлители:

                                                                        (7.2)

где R∑ - сопротивление растеканию вертикальных заземлителей:

R1 - сопротивление растеканию одиночного заземлителя.

Чтобы создать надежный контакт со слоями грунта, не подвер­женными промерзанию и высыханию, заземлители закладывают на глу­бину примерно 0,7м (от поверхности земли до верхней части заземли­теля).

По форме заземлителей различают выносное и контурное заземле­ния. При выносном заземлении все заземлители сосредоточивают в од­ном определенном месте, где их располагают на расстоянии не менее 2,5 - 3 м друг от друга. С помощью магистралей заземления к выносно­му заземлителю присоединяют электрооборудование.

При контурном заземлении заземлители располагают по перимет­ру защищаемой территории; при большой территории заземлители за­кладывают также и внутри ее. Контурное заземление рекомендуют во всех случаях, а в установках напряжением выше 1 кВ оно является обязательным

Пример 7.1. Определить число электродов заземления трансфор­маторной подстанции напряжением 6/0,4 кВ. На стороне 6 кВ нейтраль изолирована, на стороне 0,4 кВ - глухо заземлена. Общая протяжен­ность воздушных линий напряжением 6 кВ l в = 10 км, кабельных линий напряжением 6 кВ l к = 20 км. Измерения грунта, произведенные в июне, показали значение удельного сопротивления ρиз =  Ом·см (при средней влажности).

Решение.

1. Определяем емкостной ток однофазного замыкания на землю в сети 6 кВ:

2. Находим сопротивление заземляющего устройства для сети 6 кВ при общем заземлении:

где Uз = 125 В5 если заземляющее устройство одновременно использу­ется для установок напряжением до и выше 1 кВ.

Для сети 380/220 В сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом; поэтому принимаем наименьшее сопротив­ление заземляющего устройства 4 Ом.

3.  Определяем расчетное удельное сопротивление грунта:

где ψ2 - коэффициент изменения удельного сопротивления, взятый из табл.7.1 (среднее значение, грунт- суглинок).

4.   Определяем сопротивление одиночного пруткового заземлителя (выбрали в качестве заземлителей прутковые электроды):

5.     Рассчитываем число заземлителей n приняв размещение их в ряд с расстоянием между ними а = 6 м:

где n = 0,8 при а/l= 2(по табл.7.3).

Пример 7.2. Рассчитать заземляющее устройство цеховой под­станции напряжением 6/0,4 кВ. На стороне 6 кВ нейтраль изолирована, на стороне 0,4кВ - глухо заземлена. Ток однофазного замыкания на землю на стороне 6кВ равен Iз.з = 25 А. Удельное сопротивление грунта в месте сооружения подстанции ρиз=  Ом·см. Подстанция получает питание двумя кабельными линиями напряжением 6 кВ, измеренное со­противление оболочек кабеля Rе = 5,65 Ом. Периметр контура зазем­ляющего устройства вокруг подстанции L = 50 м. Расстояние между заземлителями а=5м.

Решение.

1. Определяем сопротивление защитного заземления из условия выполнения общего заземляющего устройства для напряжений 6 и 0,4 кВ (поэтому Uз=125В):

Сопротивление защитного заземления на стороне 0,4 кВ должно составлять 4Ом. Следовательно, при совместном выполнении защит­ных заземлений общее сопротивление защитного заземления подстан­ции должно быть не более 4 Ом.

Так как значение сопротивления естественного заземлителя Rе = 5,56 Ом больше допустимого по нормам (Rз = 4 Ом), то следует приме­нить дополнительные искусственные заземлители.

2. Определяем сопротивление искусственных заземлителей:

В качестве искусственных заземлителей применяем прутковые электроды диаметром d = 12 мм, длиной l = 5 м,

3. Находим сопротивление одиночного пруткового заземлителя:

Rо.пр = 0,00227ρ = 0,00227ρизψ2= 0,00227 · · 1,5 = 68 Ом.

4. Определяем общее количество прутковых электродов при их размещении по периметру подстанции:

5.    Находим сопротивление всего контура заземляющего устройст­ва (без учета сопротивления протяженного заземлителя в виде горизон­тальных металлических полос Rп):

где η — коэффициент экранирования, равный 0,59 при а/l = 1 (табл.7.3).

Так как R’и = 11 Ом меньше предельного расчетного значения Rн = 13,5 Ом, то число прутковых электродов n = 10 выбрано правильно и учитывать сопротивление Rп, не надо.

При R’и > Rи пришлось бы рассчитывать сопротивление Rп по (7.1) и определять по (7.2) общее сопротивление заземляющего устройства R∑ и сравнивать его с требуемым значением.

1. В сетях напряжением до 1 кВ с заземленной нейтралью в каче­стве основной защтиной меры должно применяться зануление корпусов электрооборудования (это сети 0,4 кВ),

Зануление может быть осуществлено одним из следующих спосо­бов:

• специальным защитным проводником (четвертая жила кабеля, четвертый или третий провод);

• присоединением корпуса электроприемника к нулевому проводу;

• присоединением корпуса электроприемника к общей сети зануления.

При кажущейся простоте система зануления может выполнять свои функции только при соблюдении некоторых условий, усложняю­щих ее устройство и требующих постоянного внимания при эксплуата­ции;

а) необходимо обеспечить достаточное значение тока КЗ для на­дежного отключения аварийного участка сети за короткое время (0 1 -0,2с);

б) необходимо обеспечить безопасность в течение времени от мо­мента замыкания до срабатывания защитного аппарата, а также при об­рыве нулевого провода;

в) не должна допускаться установка или замена сгоревших плав­ких вставок и термореле автоматических выключателей на токи, боль­шие, чем требуется по условиям защиты и пусковым токам;

г) необходимо применять, где это необходимо, повторные зазем­ления нулевого провода для снижения Uп в аварийных режимах;

д) защита автоматическими выключателями и предохранителями должна устанавливаться во всех трех фазах;

е) сопротивление цепи замыкания должно проверяться измере­ниями.

2. В установках, в которых нельзя достигнуть безопасности систе­мой зануления, следует применять защитное отключение с временем действия до 0,2 с. Вследствие некоторой сложности систем защитного отключения, необходим квалифицированный надзор за этими система­ми при эксплуатации.

Хорошие результаты в отношении защитных мер, как показал опыт эксплуатации, дает сочетание защитного отключения с занулением; при этом зануление служит резервной защитой на случай отказа за­щитного отключения.

3. Действенной дополнительной защитной мерой, снижающей Uп, является выравнивание потенциалов вблизи электрооборудования. В ус­тановках напряжением выше 1 кВ выравнивание потенциалов осущест­вляется путем устройства сложных заземли гелей (см, рис. 7.5), а в про­мышленных установках, как правило, естественным путем (см, § 7.2).

4. Для обеспечения надежности защитной сети необходимо со­блюдать следующие меры в отношении нулевых и защитных проводни­ков:

• во избежание разрыва цепи заземления или зануления в ней не должны устанавливаться рубильники или предохранители;

• запрещается использовать нулевые проводники осветительных линий для зануления силовых электроприемников; на рис. 7.7 показано выполнение сети зануления осветительных и силовых электроприемников;

• целесообразно, где это возможно, сети заземления и зануления соединять с имеющимися в здании естественными проводниками для уменьшения активного сопротивления фаза - нуль, а также для выравнивания потенциалов;

• проводники (защитные и нулевые) должны быть защищены от механических и химических воздействий;

5. В местах с высоким удельным сопротивлением грунта экономи­чески приемлемое решение может дать устройство выносных заземлителей в хорошо приводящих слоях земли, невымерзающих озерах и бо­лотах, реках, в море. Соединение заземлителя с установкой осуществля­ется воздушной или кабельной линией.

6. Во взрывоопасных установках напряжением до 1 кВ с глухим заземлением нейтрали в качестве заземляющих проводников можно использовать только дополнительную, четвертую жилу кабеля или специ­ального многожильного провода.

Рис.7.7. Схема сети нануления осветительных и силовых электроприемников: 1 — щит; 2 — заземлитель; 3 — повторное заземление

ГЛАВА ВОСЬМАЯ