Методика расчета вертикального заземляющего устройства

Для расчета заземляющего устройства необходимо иметь сле- дующие исходные данные:

– вид защищаемого объекта (стационарный или нестационарный);

– исполнение сети (с изолированной или глухозаземленной ней- тралью);

– напряжение сети (до 1000 В или выше 1000 В);

– мощность источника электроснабжения;

– характеристику грунта (вид грунта, состав грунта (однородный или неоднородный), влажность (малая, нормальная или повышенная));

– климатическую зону;

– тип заземлительного устройства (горизонтальный или верти- кальный);

– вид заземлителей (стержни, трубы, уголки);

– размеры вертикальных заземлителей (длина стержня, трубы или уголка, их диаметр или ширина полки для уголков);

– отношение расстояния между стержнями к их длине;

– размеры горизонтального заземлителя (соединительной полосы), определяемого по расчету, и ширину полосы;

– глубину заложения вертикальных или горизонтальных заземли-

телей.

При расчете определяется число заземлителей и величины сопро-

тивления заземляющего устройства по формулам, приведенным в табл. 4.1.

 

Таблица 4.1

Формулы для вычисления сопротивления единичных заземлителей растеканию тока

Тип заземлителя	Схема	Формулы	Условия примене- ния
1	2	3	4
Полушаровой у поверхности земли		R = ρ π D	–
Шаровой в земле		R = ρ  æ D ö ç1 + ÷ 2π d è 4 t ø	2 t > D
Трубчатый или стержне-			l > d Для уголка с ши- риной полки b d = 0,95 b
вой у поверхности земли
		R = ρ ln 4 l
		2π l d
То же в земле		R в   = ρ æln 2 l   + 1 ln 4 t   +  l ö 2π l ç d 2 4 t - l ÷ è                       ø Приближенная       (погрешность 5–10%): R = ρ ln 4 l 2π l d	l > d, t0 ³ 0,5 м Для уголка с ши- риной полки b
			d = 0,95 b

Продолжение табл. 4.1

 

1	2	3	4
Протяженный полосовой на поверхности земли		R = с ln 4 l 2р l b	l > b
Протяженный полосовой в земле		с  2 l ^2 R =   ln 2р l   bt Приближенная  (погрешность  до 25%): R = с ln 4 l р l b	l > 4 t, l > b
Протяженный круглого сечения – стержень, труба, кабель и т. п. – на поверх- ности земли		R = с ln 2 l р l d	l > d
То же в земле		с  l ^2 R =   ln 2р l   dt Приближенная (погрешность до 25%): R = с ln 2 l р l d	l > 4 t, l > d
Кольцевой круглого сече- ния на поверхности земли		R = с ln 8 D р^2 D d	Для полосы шири- ной b d = 0,5 b

 

Окончание табл. 4.1

 

1	2	3	4
Кольцевой круглого сече- ния в земле		с    4р D ^2 R =      ln 2р^2 D    dt Приближенная: R = с  ln 8 D р^2 D d	D > d, D > 2 t Для полосы шири- ной b d = 0,5 b
Круглая пластина на по- верхности земли		R = с 2 D	D – диаметр                       пла- стины
То же в земле		R = с æ + 2 arksin    D   ö ç1                          ÷ 4 D ç р          16 t ^2 + D ÷ è                                 ø Приближенная (погрешность около 30%): R = с 2 D	2 t > D
Пластинчатый в земле (пластина поставлена на ребро)		R = с æ р + ark sin     ab  ö ç                                 ÷ 4 р ab è 2              4 t ^2р + ab ø Приближенная: R = с 4 ab	t > ab р

 

Примечание. В формулах r – удельное сопротивление грунта, Ом×м (1 Ом×м – сопротивление куба грунта с ребром длиной 1 м); все размеры подставляются в метрах, при этом R будет выражено в омах.

Расположение заземлителей предварительно принимают по четырехугольному контуру при числе стержней от 4 до 100 и в один ряд при числе стержней от 2 до 20 (см. рис. 4.1).

 

 

в

а

г

д

б

Рис. 4.1. Заземлительные устройства:

а – вертикальное; б – горизонтальное; в – размещение вертикальных заземлителей в плане (в ряд); г – размещение вертикальных заземлителей по контуру;

д – размещение горизонтальных заземлителей, уложенных параллельно;

l _в – длина вертикального заземлителя, м; d – диаметр вертикального заземлителя, м; L _в – расстояние между вертикальными заземлителями, м; h _г – глубина заложения заземлителей, м; t – расстояние от середины заземлителя до поверхности земли, м; L _с.п – длина соединяющей полосы, м; b _п – ширина соединяющей полосы, м;

l _г – длина горизонтального заземлителя, м

 

Для стержневого круглого, трубчатого и уголкового зазем- лителя, расположенного вертикально в земле, сопротивление рас- теканию тока R _в, Ом, определяется по формуле

rрасч.в æ

 

2 l в

1 4 t + l в ö

R в = 0,366 l

çlg

d

+ lg

2 4 t - l

÷ ,                (4.1)

в  è                     в ø

где r_расч.в – расчетное удельное сопротивление грунта для верти- кального заземлителя, Ом×м; l _в – длина вертикального заземлите- ля, м; d – диаметр заземлителя, м; заземляющие устойства из уголковой стали в виде стержней, забиваемых в грунт, рассчиты- вают, исходя из соотношения размеров полки и диаметра труб, составляющего d = 0,95 b _п, где b _п – ширина полки уголка; t – рас- стояние от поверхности земли до середины заземлителя, м.

Потребное число вертикальных заземлителей n _п.в определя- ется с учетом коэффициента их использования (табл. 4.2 и 4.3), с учетом их расположения по четырехугольному контуру или в один ряд (см. рис. 4.1):

n п.в

= R в R д × h

 

и.в

 

,                                (4.2)

где R _д – наибольшее допустимое сопротивление заземляющего уст- ройства (табл. 4.4); h_и.в – коэффициент использования вертикальных заземлителей. При h_и.в = 1 получаем теоретическое число заземли- телей n _т.в, шт., без учета коэффициента их использования.

 

Таблица 4.2

Коэффициент η _и.в использования вертикальных электродов группового заземлителя (труб, уголков и т. п.)