РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
Типовые конструкции комбинированных заземлителей и их стандартные размеры приведены в таблице 1.
Для установки вертикальных заземлителей предварительно роют траншеи глубиной 0,7 – 0,8 м, после чего уголки или трубы заглубляют специальными механизмами – копрами, гидропрессами. Стальные стержни диаметром 10-12 мм, длиной 4 – 4,5 м ввертывают в землю с помощью специальных приспособлений, а более заглубленной вибраторами.
Таблица 1.Конструктивные особенности заземлителей
| Тип | Материал |
| Уголок 40´40´4 мм, полоса 4´40 мм: С = 3 м; l = 2,5 м С = 3 м; l = 3 м С = 6 м; l = 2,5 м С = 6 м; l = 3 м Круглая сталь d = 10¸20 мм, полоса 4´40 мм: С = 3 м; l = 2,5 м С = 3 м; l = 3 м С = 5 м; l = 2,5 м С = 5 м; l = 3 м С = 3 м; l = 5 м С = 5 м; l = 5 м |
Продолжение таблицы 1
| Тип | Материал |
| Уголок 40´40´4 мм, полоса 4´40 мм: С = 3 м; l = 2,5 м С = 6 м; l = 2,5 м С = 7 м; l = 3 м Круглая сталь d = 10¸20 мм, полоса 4´40 мм: С = 2,5 м; l = 2,5 м С = 2,5 м; l = 3 м С = 5 м; l = 2,5 м С = 5 м; l = 3 м С = 6 м; l = 5 м |
| Уголок 40´40´4 мм, полоса 4´40 мм: С = 5 м; l = 2 м С = 5 м; l = 3 м С = 7,5 м; l = 2 м С = 7,5 м; l = 3 м Круглая сталь d = 10¸20 мм, полоса 4´40 мм: С = 5 м; l = 2 м С = 5 м; l = 3 м С = 7,5 м; l = 2 м С = 7,5 м; l = 3 м С = 5 м; l = 5 м С = 7,5 м; l = 5 м |
| Уголок 40´40´4 мм, полоса 4´40 мм: С = 6 м; l = 3 м |
Расчет заземлителей электроустановок напряжением до 1 кВ, а также свыше 1 до 35 кВ включительно выполняют обычно методом коэффициентов использования по допустимому сопротивлению заземлителя растеканию тока. При этом допускают, что заземлитель размещен в однородной земле. Для электроустановок сети с эффективно заземленной нейтралью напряжением 110кВ и свыше заземлитель рассчитывают способом наведенных потенциалов как по допустимому напряжению прикосновения. При этом необходимо учитывать многослойное строение земли, представляя её в расчете в виде двухслойной модели.
Цель расчета защитного заземления – определение количества электродов заземлителя и заземляющих проводников, их размеров и схемы размещения в земле, при которых сопротивление заземляющего устройства растеканию тока или напряжение прикосновения при замыкании фазы на заземленные части электроустановок не превышают допустимых значений.
Для расчета используются следующие исходные данные :
- характеристика установки (тип, вид оборудования, рабочие напряжения, суммарная мощность генераторов или трансформаторов, питающих данную сеть, режим нейтрали сети. Способы её заземления и т.п.);
- удельное электрическое сопротивление земли на участке размещения заземлителя, полученное непосредственным измерением по методике, приведенной ниже, и характеристика погодных условий во время измерений. При невозможности проведения измерений необходимо знать тип земли и степень её неоднородности в зависимости от глубины. Следует определить признаки климатической зоны, в пределах которой сооружается заземлитель;
- вид форма, размеры, материал электродов и заземляющих проводников, предназначенных для сооружения искусственного заземляющего устройства.
Для заземления стационарных электроустановок наибольшее распространение получили групповые искусственные заземлители, размещенные в земле на определенной глубине. Они представляют собой систему вертикальных электродов, параллельно соединенных между собой горизонтальным проводником связи. 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 t вертикального электрода предпочтительно выбирать равным 2 – 3, а при расположении электродов по контуру – равным 3 .
1 Согласно ПУЭ определяется наибольшее допустимое значение сопротивления Rдоп, Ом, заземляющего устройства. Оно выбирается в зависимости от напряжения и мощности электроустановки.
Для электроустановок напряжением до 1 кВ Rдоп = 10 Ом при помощи генераторов и трансформаторов 100 кВ×А и менее; Rдоп = 4 Ом во всех остальных случаях .
2 Определяется значение расчетного удельного сопротивления грунта для вертикальных и горизонтальных заземлителей
, (1)
где rг – удельное сопротивление грунта, принимаемое в зависимости от грунта по таблице 2;
К – климатический коэффициент (коэффициент сезонности), учитывающий влияние климатической зоны и влажности грунта на его сопротивление.
Умножением r на климатический коэффициент сопротивление грунта приводится к наихудшим условиям, когда грунт имеет наименьшую влажность. Климатический коэффициент определяется по таблице 2 в зависимости от вида заземлителя (вертикальный и горизонтальный) и климатической зоны.
3 Определяется сопротивление Rв, Ом, одиночного вертикального электрода по расчетным зависимостям, приведенным в таблице 4.
4 Ориентировочное количество в вертикальных электродов можно определить с некоторым избытком. Находим предварительно произведение коэффициента использования вертикальных электродов hв на их количество по формуле
. (2)
Затем по таблице 5 определяется количество вертикальных электродов n.
Не указанные в таблице значения n находят методом интерполяции. Полученные значения округляются в меньшую сторону до целых чисел.
Коэффициент использования заземлителя hв учитывает явления наложения электрических полей расположенных рядом одиночных заземлителей, вследствие которого плотность тока вблизи каждого электрода увеличивается и это приводит к увеличению их сопротивления.
Значение коэффициента hв определяется по таблице 5 в зависимости от расположения заземлителей (в ряд или по контуру), их количества n и отношения расстояния а между соседними вертикальными электродами к их длине l.
5 С учетом схемы размещения заземлителя в грунте находим длину L, м, горизонтального проводника связи по формулам
- при расположении электродов в ряд
; (3)
- при расположении электродов по контуру
. (4)
Рассчитываем сопротивление горизонтального проводника связи Rг, Ом по формулам из таблицы 4.
Значения r в формулы таблицы 4 должны подставляться с учетом соответствующих коэффициентов сезонности, которые приведены в таблице 2.
6 Определяем результирующие сопротивления, Ом, искусственного группового заземлителя
, (5)
где hг и hв – коэффициенты использования горизонтального и вертикального электродов, значения которых указаны в таблицах 5 и 6.
Полученное значение сопротивления Rи не должно превышать Rдоп.
В то же время сопротивление Rи не должно быть значительно меньше предельно допустимого во избежание неоправданно больших экономических затрат на сооружение заземляющего устройства.
7 Если результаты расчета не удовлетворяют установленным ограничениям, то изменяют количество вертикальных электродов n и расчет повторяют заново. Таким образом, методом последовательного приближения добиваются указанных выше требований к сопротивлению заземляющего устройства.
Расчет заземления произвести для электроустановки, подключенной к сети напряжением до 1000 В с источником питания мощностью более 100 кВА.
Таблица 2.Коэффициенты сезонности К для однородной земли
| Климатическая зона | Влажность земли во время измерения её сопротивления | Климатическая зона | Влажность земли во время измерения её сопротивления | ||||||||
| повышен- ная | нормаль- ная | малая | повышен- ная | нормаль- ная | малая | ||||||
| Вертикальный электрод длиной 3 м | Горизонтальный электрод длиной 10 м | ||||||||||
| I | 1,9 | 1,7 | 1,5 | I | 9,3 | 5,5 | 4,1 | ||||
| II | 1,7 | 1,5 | 1,3 | II | 5,9 | 3,5 | 2,6 | ||||
| III | 1,5 | 1,3 | 1,2 | III | 4,2 | 2,5 | 2,0 | ||||
| IV | 1,3 | 1,1 | 1,0 | IV | 2,5 | 1,5 | 1,1 | ||||
| Вертикальный электрод длиной 5 м | Горизонтальный электрод длиной 50 м | ||||||||||
| I | 1,5 | 1,4 | 1,3 | I | 7,2 | 4,5 | 3,6 | ||||
| II | 1,4 | 1,3 | 1,2 | II | 4,8 | 3,0 | 2,4 | ||||
| III | 1,3 | 1,2 | 1,1 | III | 3,2 | 2,0 | 1,6 | ||||
| IV | 1,2 | 1,1 | 1,0 | IV | 2,2 | 1,4 | 1,12 | ||||
Таблица 3. Ориентировочные значения удельных электрических сопротивлений различных видов земель и воды
| Вид земли и воды | r, Ом×м |
| Кокс, коксовая мелочь | 2 – 5 |
| Торф | 10 – 30 |
| Садовая земля | 20 – 60 |
| Чернозем | 10 – 50 |
| Гранит | 1000 – 1200 |
| Каменный уголь | 100 – 150 |
| Известняк пористый | 150 – 200 |
| Глины пластинчатые | 3 – 80 |
| Глины полутвердые | 40 – 80 |
| Сланцы графитовые | 10 – 100 |
| Аргилиты | 10 – 60 |
| Мел | 20 – 100 |
| Алевриты | 100 – 300 |
| Суглинок пластинчатый (лажный) | 5 – 40 |
| Суглинок полутвердый (слабовлажный) | 50 – 150 |
| Суглинок лесовидный (водонасыщенный) | 50 – 150 |
| Пахотная земля, смешанный грунт | 20 – 180 |
| Почва | 10 – 300 |
| Супесь водонасыщенная (текучая) | 20 – 60 |
| Супесь влажная (пластинчатая) | 100 – 200 |
| Супесь слабовлажная (твердая) | 200 – 400 |
| Мергели глинистые | 10 – 100 |
| Мергели | 100 – 250 |
| Мергели известковые | 250 – 400 |
| Лесс | 200 – 300 |
| Песок при глубине залегания вод менее 5 м | 300 – 700 |
| Песок при глубине залегания вод 6 – 10 м | 500 – 1500 |
| Известняк плотный | 1000 – 2000 |
| Скальные породы | 1000 – 3000 |
| Гравий, щебень | 4000 – 7000 |
| Вода: | |
| морская | 0,2 – 1 |
| речная | 10 – 100 |
| прудовая | 40 – 50 |
| грунтовая | 20 – 70 |
Таблица 4.Формулы для расчета сопротивления одиночных заземлителей, размещенных в однородном грунте
| Тип заземлителя | Схема | Формула | Условия применения |
| Стержневой круглого сечения (трубчатый) или уголковый у поверхности земли | 
| 
| l >>d; для уголка с шириной полки b d = 0,95b |
| То же в земле | 
| 
| l >>d; t0 ³ 0,5 м; для уголка с шириной полки b d = 0,95b |
| Протяженный на поверхности земли (стержень, труба, полоса, кабель и т.п.) | 
| 
| L >>D; для полосы шириной b d = 0,5b |
| То же в земле | 
| 
| L >>D; L >> 4t; для полосы шириной b d = 0,5b |
| Кольцевой на поверхности земли | 
| 
| D >>d; для полосы шириной b d = 0,5b |
| То же в земле | 
| 
| D >>d; D >>2t; для полосы шириной b d = 0,5b |
| Круглая пластина на поверхности земли | 
| 
| - |
Продолжение таблицы 4
| Тип заземлителя | Схема | Формула | Условия применения |
| Пластинчатый в земле (пластина поставлена на ребро) | 
| 
| 2t0 ³ a |
Таблица 5. Коэффициенты использования hв вертикальных электродов без учета влияния полосы связи и их количество n
| а/l | При размещении в ряд | При размещении по контуру | |||||
| hв n | n | hв | hв n | n | hв | ||
| 1,70 | 0,85 | 2,76 | 0,69 | ||||
| 2,34 | 0,78 | 3,66 | 0,61 | ||||
| 2,92 | 0,73 | 5,50 | 0,55 | ||||
| 3,50 | 0,7 | 9,40 | 0,47 | ||||
| 3,90 | 0,65 | 16,40 | 0,41 | ||||
| 5,90 | 0,59 | 23,40 | 0,39 | ||||
| 8,10 | 0,54 | 36,00 | 0,36 | ||||
| 9,60 | 0,48 | - | - | - | |||
| 1,82 | 0,91 | 3,12 | 0,78 | ||||
| 2,61 | 0,87 | 4,38 | 0,73 | ||||
| 3,32 | 0,83 | 6,80 | 0,68 | ||||
| 4,05 | 0,81 | 12,60 | 0,63 | ||||
| 4,62 | 0,77 | 23,20 | 0,58 | ||||
| 7,40 | 0,74 | 33,00 | 0,55 | ||||
| 10,50 | 0,70 | 52,00 | 0,52 | ||||
| 8,10 | 0,81 | 38,4 | 0,64 | ||||
| 11,70 | 0,78 | 62,0 | 0,62 | ||||
| 15,20 | 0,76 | - | - | - | |||
Таблица 6.Коэффициенты использования hг горизонтального электрода, соединяющего вертикальные электроды
| а/l | Число вертикальных электродов | |||||||||||
| При расположении электродов в ряд | ||||||||||||
| 0,85 | 0,77 | 0,72 | 0,67 | 0,62 | 0,42 | 0,31 | - | 0,21 | - | - | - | |
| 0,94 | 0,89 | 0,84 | 0,79 | 0,75 | 0,56 | 0,46 | - | 0,36 | - | - | - | |
| 0,96 | 0,92 | 0,88 | 0,85 | 0,82 | 0,68 | 0,58 | - | 0,49 | - | - | - | |
| При расположении по контуру | ||||||||||||
| - | 0,45 | 0,40 | 0,36 | 0,34 | 0,27 | 0,24 | 0,22 | 0,21 | 0,20 | 0,20 | 0,19 | |
| - | 0,55 | 0,48 | 0,43 | 0,40 | 0,32 | 0,30 | 0,29 | 0,28 | 0,27 | 0,26 | 0,23 | |
| - | 0,70 | 0,64 | 0,60 | 0,56 | 0,45 | 0,41 | 0,39 | 0,37 | 0,36 | 0,35 | 0,33 |
3.Экспериментальная часть.
1. Усвоить назначение, принцип действия, область применения защитного заземления. Разобраться с устройством естественных и искусственных заземлителей, заземляющих проводников.
2. Изучить компенсационный метод измерения сопротивления растеканию тока заземлителей. Ознакомиться с принципиальной схемой и правилам пользования прибором М-416.
3. Собрать последовательно схемы для измерений сопротивлений Rx, Rz и Rв, выполнить измерение этих величин прибором М-416, полученные результаты занести в отчет по лабораторной работе.
Rx, Ом..............................................................
Rz, Ом ............................................................
Rв. Ом.............................................................
4. По исходным данным, которые задаются преподавателем, выполнить расчет защитного заземления методом коэффициентов использования.
Лабораторная работа “ Исследование электрического сопротивления тела человека”
Цель работы– закрепление лекционного материала путем изучения параметров, определяющих опасность прикосновения к элементам электрической цепи.