Виды и расчет заземлений

Лекция № 17

Виды и расчет заземлений.

Расчет заземлителей

1. Определяется расчетный ток замыкания на землю в необходимое сопротивление заземляющего устройства R_З (табл. 10-1). Сопротивлением заземляющих проводников можно пренебречь (исключение – выносные устройства параграф 10-11).

;

- длина воздушных линий;

- длина кабельных линий;

Справочник по электроустановкам промышленных предприятий

 том 1; г. 2.

2. Определяется расчетное значение удельного сопротивления грунта в месте устройства заземления по данным измерений или приближенно по табл. 10-4 с учетом повышающих коэффициентов (табл. 10-3 или 10-5).

Для измерения удельного сопротивления в испытываемый грунт забиваются стальная контрольная труба, зонд и вспомогательный заземлитель:

Удельное сопротивление грунта равно:

 Ом*см;

где: - удельное сопротивление грунта, принимается с учетом коэффициентов на промерзание и высыхание грунта (т.е. измеренная величина уменьшается на коэффициенты);

d – внешний диаметр заземлителя, см;

 t – глубина заложения, расстояние  от уровня земли до верха заземлителя, см;

 - длина трубы, см.

3. Определяется сопротивление растеканию тока одиночных заземлителей из трубы или угловой стали по данным:

Трубчатый заземлитель (верхний конец ниже уровня земли):

;

При трубе d = 2”; = 250 см; и расстоянии 40 см от уровня земли до верха заземлителя: R_от = 0,00302;

Заземлитель из угловой стали (верхний конец ниже уровня земли):

;

При угловой стали = 44 см длиной 250 см и расстоянии 70 см от уровня земли до верха заземлителя R_oy = 0,00332, а при угловой стали с

= 5см R_oy = 0,00318.

Труба или стержень (верхний конец над уровнем земли):

;

при угловой стали d = 0,95 .

Полосовой горизонтальный заземлитель:

;

где t – расстояние от уровня земли до заземлителя;

      - ширина полосы.

Круглый горизонтальный заземлитель:

;

где t – расстояние от уровня земли до заземлителя.

Заземлитель из пластины (уложена вертикально):

;

где - длина;

      - ширина.

Заземляющая система «Тросы-опоры»

Если заземлители подстанций связаны с защитными тросами линий, то сопротивление заземления опор линии можно учитывать при расчете заземляющих устройств подстанций.

Сопротивление растеканию системы «тросы-опоры» при числе опор

n > 20 равно:                              Ом,

где R_т – сопротивление троса в одном пролете (при двух тросах - R_т /2, Ом);

       R_оп – сопротивление заземлителя одной опоры (с учетом коэффициентов по табл. 10-3 и 10-5), Ом.

Расчет может вестись по упрощенной формуле (ошибка 10%);

, Ом.

При числе опор с тросом n<20

, Ом.

где ctg A – гиперболический котангенс.

Значение ctg A из справочника стр. 511.

4. Определяется предварительно в соответствии с местными условиями, необходимо ли устройство заземлителей из угловой стали или труб в ряд или в виде сложного контура, и, учитывая коэффициенты использования « », определяется приближенное количество одиночных заземлителей:

 или

где R_оу ; R_от – сопротивление растеканию одиночного заземления из уголка или трубы;

R_у; R_т.р. – требующиеся суммарные сопротивления заземления в виде ряда стержней из уголка, труб или контура.

5. Производится примерное размещение заземлителей на плане, определяются длины соединительных полос и их сопротивление растеканию R_оп (§ 10-2);

,Ом;

где  - ширина заземлителя;

       t – глубина заложения.

6. Определяется общее сопротивление полос R_п с учетом коэффициента использования «ŋ» (табл. 10-8; или 10-9) по формуле:

, Ом.

7. Уточняется необходимое общее сопротивление одиночных заземлителей из угловой стали или труб по формуле:

, Ом.

8. Уточняется необходимое количество одиночных заземлителей из угловой стали или труб по формулам согласно п.4.

9. При многолучевых или многополосных заземлениях их сопротивление растеканию определяется по формуле:

, Ом;

где R_on – сопротивление растеканию одного луча или полосы;

       n – число лучей или полос.

10. При возможности использования естественных заземлителей R_e или тросов линий сопротивление искусственных заземлений определяется по формуле:

, Ом;

или , Ом;

где R_e – сопротивление естественных заземлителей (определяется замерами);

R_C.T.O. – сопротивление системы «трос-опоры».

Выносные заземляющие устройства

При необходимости выполнения выносных заземляющих устройств требуется дополнительно учитывать активное и реактивное сопротивления линий связи между защищаемой установкой и местом растекания заземлителей.

В этом случае общее сопротивление заземляющего устройства определяется из соотношения:

, Ом;

или , Ом;

где ∑R – сумма активных сопротивлений, состоящие из сопротивления соединительного проводника R_c и сопротивления растеканию заземлителя R_з:

, Ом.

Индуктивное сопротивление «Х» слагается из внутреннего сопротивления проводника , которое учитывается при стальных соединительных проводниках, и внешнего сопротивления , учитывающего индуктивное сопротивление петли соединяющей проводник-земля. Значение   подсчитывается при прокладке соединительного проводника в виде воздушной линии, и им можно пренебречь при прокладке соединительного проводника в земле:

, Ом.

Значение L определяется по формуле «Рюденберга»:

, Гн/км;

где  - длина соединительного проводника, см;

h – высота прокладки, см (соединительного проводника);

- частота угловая, Гц;

S – удельное сопротивление земли (воды) см²/сек, равное:

10¹¹ – для морской воды;

10¹³ – для сырой почвы;

10¹⁴ – для сухой почвы;

10¹⁵ – для каменистой почвы;

f – частота, 50 Гц.

Пример:  Расчетный ток замыкания на землю – 40 А. Необходимое  сопротивление заземляющего устройства

Ом.

Требуется определить сопротивление растеканию выносного заземления, расположенного от установки на расстоянии 0,5 км.

Предварительно выбирается в качестве соединительного проводника ПС – 70, подвешенный на Н = 10 м. При токе 40 А активное сопротивление провода при длине 0,5 км равно:

 Ом.

Внутреннее индуктивное сопротивление равно:

Ом.

Внешнее индуктивное сопротивление равно: Ом;

Отсюда:  Ом;

Ом;

Ом.

Таким образом, сопротивление растеканию выносного заземления должно быть равно

Ом.

Если желательно иметь более высокое сопротивление заземлителя, необходимо уменьшить сопротивление проводника связи.

Литература: «Справочник по электрическим установкам промышленных предприятий» Том 1., г. 2 . Я.М. Боольшала и др.

Пример 27.1. Рассчитать заземляющее устройство трансформаторной подстанции напряжением 35/10 кВ с одним трансформатором мощностью 2500 кВА. Общая длина электрически связанных линий 35 кВ – 93 км. От распредустройства 10 кВ подстанции отходят три воздушные линии – 44, 53 и 38 км и одна кабельная длиной 16 к. К шинам 10 кВ присоединен трансформатор собственных нужд напряжением 10/0,4 кВ со схемой соединения обмоток У/У-0, нейтраль которого присоединяют к контуру заземления подстанции. Заземляющий контур выполняют в виде прямоугольника 20×13 м. Удельное сопротивление грунта ρ, измеренное в дождливый период осени, составляет 60 Ом*м.

Р е ш е н и е. Общая длина электрически связанных воздушных линий 10 кВ

км.

Ток замыкания на землю:

на стороне 10 кВ

А;  по данной формуле определяется ток замыкания на землю в системах (6-35)кВ с изолированной нейтралью;

на стороне 35 кВ

А.

принимаем для расчета I_з = 19,8 А. Так как заземление выполняют общим для электрооборудования напряжением до и выше 1000 В, то сопротивление заземления

 Ом.

Из условия известно, что к общему контуру заземления присоединяют нейтраль трансформатора собственных нужд. Следовательно, сопротивление контура заземления не должно превышать 4 Ом. Принимаем для расчета r_з = 4 Ом. Заземление выполняем стальными уголками 50×50×4 мм, длиной 2,5 м, заглубленными на 0,7 м от поверхности земли и связанными между собой стальной полосой сечением 40×4 мм.

Расчетное сопротивление грунта с учетом сезонного коэффициента  k_с = 1,65 (см. табл. 27.2) и k₁ = 1,15 (см. табл. 27.3).

k_с  - коэффициент сезонности в зависимости от климатических условий;

k₁ – коэффициент состояния грунта;

k = 2,0 – труба;

k = 2,1 - уголок.

Ом.

Расчетное сопротивление полосы связи

Ом.

(для полосы связи k_с = 4,5; k₁ = 1,6 и  Ом*м.)

Теоретическое число уголков

.

Расстояние между уголками

м.

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - Мировая художественная культура.

При n = 10 и  находим по кривым (см. рис. 27.1) η_в = 0,73 и  η_г =  0,55 и определяем действительное число уголков

Принимаем к монтажу 12 уголков и выполняем поверочный расчет

при n = 12; a = 66/12 = 5,5  м;  a/= 5,5/2,5 = 2,2 и η_в = 0,7; η_r  = 0,5.

Расчетное сопротивление заземляющего устройства

 Ом < 4 Ом.