Как найти число заземлителей

Привёдем несколько примеров для расчёта заземления:

   Любой предварительный расчёт заземления сводится к определению сопротивления растекания тока заземлителя в соответствие с требованием ПУЭ, как уже отмечалось ранее, а также на количество требуемых материалов и затрат на изготовления заземляющего устройства (бурение, ручная забивка заземлителей, сварочные работы, электромонтажные работы).

  Так же отметим, что любой расчёт начинается с расчёта одиночного заземлителя, одиночный заземлитель применяется в  основном  для повторного заземления ВЛ опор, где требования ПУЭ (п. 1.7.103.) общее сопротивление растеканию заземлителей должно быть  не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при тех же напряжениях: 660, 380 и 220 В.
1.  Пример расчёта одиночного заземлителя для опоры ВЛ 380 В:

      Выбираем арматуру из таблицы 1 для вертикальных заземлителей — круглую сталь ø 16 мм., длиной L — 2,5 м.В качестве грунта примем глину полутвердую (см.  таблицу 5) с удельным сопротивлением ρ — 60 Ом·м. Глубина траншеи равна 0,5 м. Из таблицы 6 возьмем повышающий коэффициент для третей климатической зоны и длине заземлителей до 2,5 м. с коэффициентом промерзания грунта для вертикальных электродов  ψ — 1,45. Нормированное сопротивление заземляющего устройства равно 30 Ом. Фактическое удельное сопротивление почвы вычислим по формуле: ρ_факт = ψ·ρ = 1.45 · 60 = 87 Ом·м. Примечание: расчёт одиночного заземлителя проводим без учёта горизонтального сопротивления заземления.

Расчет:

а)  заглубление равно (рис. 2):  h = 0,5l + t = 0,5 · 2,5 + 0,5 = 1,75 м.;

б) сопротивление одного заземлителя вычислим по формуле, (ρ_экв =  ρ_факт):

прим. автора, где ln — логарифм, смотри  ⇒  формулы    на Рис. 4

  Нормируемое сопротивления для нашего примера должно быть не больше 30 Ом., поэтому принимается равным R₁ ≈ 28 Ом., что соответствует ПУЭ для одиночного вертикального заземлителя (электрода)  заземления опоры ВЛ  — U ∼ 380 В.

Если недостаточно одного заземлителя для опоры, то можно добавить второй или третий, в этом случае для двух заземлителей расчёт выполняется как для заземлителей в ряд, для трёх заземлителей (треугольником) по контуру, при этом надо иметь в виду, что расчёт треугольником малоэффективный, из-за взаимного влияния электродов друг к другу. 

2.  Пример расчёта заземления с расположением заземлителей в ряд:

 Воспользуемся данными из примера 1 , где R = 27,58 Ом·м для расчёт вторичного заземления электроустановок (ЭУ), где нормативное сопротивление требуется не более R_н = 10 Ом, на вводе в здания, при напряжении 380 В  и каждого повторного заземлителя не более R_н = 30 (см. ПУЭ п.1.7.103 см.  Заземлители) . 

Расчет:

а) для расчёта заземления с расположением в ряд заземлителей, как уже отмечалось выше, возьмем данные из примера 1, где  R₁ = 27,58 Ом·м  одиночного заземлителя и Ψ — 1,45 для третей климатической зоне;

б)   предварительное количество стержней вертикального заземления без учета сопротивления горизонтального заземления находится по формуле 4.3 (см. Расчёт заземления):

n₀ = 27,58 / 10 = 3,54 шт, где коэффициент спроса (использования) примем η = 1; далее по таблице 3 выберем число электродов n = 3 в ряд при отношение расстояние между электродами к их длине a = 1хL и коэффициент спроса  η = 0,78, далее уточняем число электродов:

n = 27,58 / (10 · 0,78) = 3,26 шт; где потребуется увеличить число электродов или изменить расстояние к их длине a = 3хL, для экономии материалов примем отношение a = 3хL  и количество вертикальных электродов равным —  n =  3 шт. с коэффициентом спроса η = 0,91: n = 27,58 / (10 · 0,91) = 3,03 шт; т.к. общее сопротивление заземлителя уменьшиться за счёт горизонтального заземлителя;

в) длину самого горизонтального заземлителя найдем исходя из количества заземлителей  расположенных в ряд, где а = 3· L = 3 · 2 = 6 м;   L_г = 6 · (3 — 1) = 12 м;

г) сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя находим по формуле 5 (см. Расчёт заземления), где в качестве верхнего грунта принято глина полутвердая с удельным сопротивлением 60 Ом·м., до глубины верхнего слоя нашей траншеи t = 0,5 м. см. пример 1; выберем  полосу заземлителя 40 х 4 мм., где коэффициент III климатической зоны для горизонтального (полосового) заземлителя возьмём Ψ — 2,2  и коэффициент спроса примем η = 1, т.к. расстояние  между электродами более 5 м., что исключает влияние около электродной зоны, по количеству принятых электродов, их длине и отношению расстояния между ними (см. таблицу 3  Расчёт заземления) :

ширина полки для полосы b = 0,04 м.

R_г = 0,366 · (100 · 2,2 / 12 · 1) · lg (2 · 12² /0,04 · 0,5) = 27,90 Ом·м, примем сопротивление горизонтального заземлителя — R_г = 27,9 Ом·м;

где,  lg- десятичный логарифм (смотри   формулы   формулы для расчёта рис. 4), b — 0,04 м. ширина полосы, t — 0,5 м. глубина траншеи.

д) Определим общее сопротивление вертикального заземлителя с учетом сопротивления растеканию тока горизонтальных заземлителей:

R_об =  (27,9 · 27,58) / (27,58 · 1) + (27,9 · 0,91 ·3) = 7,42 Ом·м 

где R_об — общее сопротивление заземлителей; R_В — вертикального; R_Г — горизонтального, η_В и η_Г — коэффициенты использования вертикального и горизонтального заземлителя, n —  шт количество вертикальных заземлителей.

R_об = 7,42  Ом·м соответствует норме при напряжении U — 380 В  для ввода в здание, где нормированное  сопротивление не более R_н = 10 Ом (Общее сопротивление растеканию заземлителей (в том числе естественных) всех повторных заземлений PEN-проводника каждой ВЛ в любое время года должно быть не более 5, 10 и 20 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В., ПУЭ п.1.7.103.) 

3.  Пример расчёта заземления с расположением заземлителей по контуру:

     В качестве грунта примем сугли́нок — почва с преимущественным содержанием глины и значительным количеством песка с удельным сопротивлением ρ — 100 Ом·м. Вертикальный заземлитель из стальной трубы с наружным диаметром d — 32 мм., толщена стенки  S — 4 мм.,  длиной электрода L — 2,2 м и расстоянием между ними 2,2 м (a = 1хL). Заземлители расположены по контуру. Глубина траншеи равна t = 0,7 м. Из таблицы 6 возьмем повышающий коэффициент для второй климатической зоны и длине заземлителей до 5 м, его сезонное климатическое значение сопротивление составит Ψ — 1,5. Нормированное сопротивление заземляющего устройства равно R_н = 10 Ом·м. Фактическое удельное сопротивление почвы вычислим по формуле: ρэкв = Ψρ = 1.5 · 100 = 150 Ом·м.

а) вычислим сопротивление растекания тока одного вертикального заземлителя (стержня) по формуле 2 см.  Расчёт заземления:

R_О  = 150 / (2π · 2,2) · (ln (2 · 2,2 / 0,032) + 0,5 · ln (4 · 1,8 + 2,2) / (4 · 1,8 — 2,2)) = 10,85 · (ln 137,5 + 0,5 · ln 1,88) = 56,845 Ом·м., где T = 0,5 · L + t = 0,5 · 2,2 + 0,7 = 1,8 м.  Примем R_О = R_В = 56,85 Ом·м.,

б) предварительное количество стержней вертикального заземления без учета сопротивления горизонтального заземления находим по формуле  (см. Расчёт заземления):

n = 56,85 /10 = 5,685 шт., округляем по таблице 3 до ближайшего значения, где n = 4 шт., далее по таблице 3 выберем число электродов n = 6 шт по контуру при отношение расстояние между электродами к их длине a = 1хL, где коэффициент спроса  η = 0,62 и уточним количество
стержней с коэффициентом использования вертикальных заземлителей:   n = 56,85 /10 · 0,62  = 9,17 шт., т.е требуется увеличить количество электродов до  n = 10 шт., где коэффициент спроса  η_В = 0,55 ;  

в) находим длину горизонтального заземлителя исходя из количества заземлителей  расположенных по контуру:  L_Г = а · n , L_Г = 2,2 · 10 = 22 м., где а = 1 · L = 1 · 2,2 = 2,2 м;

г)  находим сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя  по формуле 5 (см. Расчёт заземления), где коэффициент для II климатической зоны для горизонтального (полосового) заземлителя возьмём Ψ — 3,5, коэффициент спроса примем по таблице 3 — η_Г = 0,34, ширина полосы горизонтального заземлителя b — 40 мм, (если из той же трубы d = 32 мм, то тогда ширина b полосы   будет равна — b = 2 · d = 2 · 32 = 64 мм, b = 0,064 м.) и удельное сопротивление грунта — ρ = 100 Ом.м, по формуле 6:

R_Г = 0,366 · (100 · 3,5 / 22 · 0,34) · lg (2 · 22² /0,040 · 0,7) = 17,126 · lg 34571,428 = 77,73 Ом·м, примем сопротивление горизонтального заземлителя — R_Г = 77,73 Ом·м;

д) Определим полное сопротивление вертикального заземлителя с учетом сопротивления растекания тока горизонтальных заземлителей по формуле 6:

R_об =  (77,73 · 56,85) / (56,85 · 0,34) + (77,73 · 0,55 ·10) = 9,89 Ом·м , что соответствует заданной норме сопротивления не более R_н = 10 Ом·м.

         Перейти далее:    ⇒           Продолжение примеров расчёта заземления

Данный расчет следует применять как оценочный. После окончания монтажа заземляющего устройства необходимо пригласить специалистов электролаборатории для проведения электроизмерений (для ООО и ИП обязательно).

Вернутся:

на страницу     Заземляющие устройства

на страницу     Заземлители заземляющего устройства 

на страницу     Расчет заземляющего устройства

Перейти в раздел:  Паспорт ЗУ, Акт освидетельствования скрытых работ, Протокол испытания ЗУ

Примечание: данный раздел пока находится в разработке, могут быть опечатки. 

Расчет заземления
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
допускается, что заземлитель размещен
в однородной земле.

Цель расчета:
Определение количества и длины
вертикальных заземлителей , длины
горизонтальных соединительных элементов
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.

Порядок расчета следующий.

1. Определяют
расчетный тока замыкания по формуле:

I₃
= U_л
∙ (35l_к+l_в)/350
, А ,
(2.3.1.)

2. Определяют
и рассчитывают необходимое сопротивление
заземляющего устройства R_з
в соответствии с табл. 2.3.1 . В случае,
если R_з
больше
допустимого значения, то в дальнейших
расчетах R_з
принимают
равным допустимому значению.

Таблица
2.3.1 Сопротивления
защитных заземлителей в электрических
установках

Характеристика установок	Допустимое сопротивление заземлителей Rз, Ом
Установки напряжением выше 1000 В. Защитное заземление в установках с большими токами замыкания на землю (IЗ > 500 А)	RЗ  0,5
Заземляющее устройство одновременно используется для установок напряжением до и выше 1000 В ( Iз < 500 А)	RЗ = 125 / IЗ  4
Заземляющее устройство используется только для установок выше 1000 В и током замыкания на землю IЗ < 500 A	RЗ = 250 / IЗ  10
Электроустановки напряжением 380 / 220 В	RЗ  4

3. Определяют
расчетное удельное сопротивление грунта
ρ_р:

ρ_р
= ρ_изм
∙

, Ом
∙
м
(2.3.2.)

где ρ_изм
– удельное электрическое сопротивление
грунта, полученное измерением или из
справочной литературы (табл.2.3.2);
— коэффициента
сезонности,
значение
которого зависит от климатической зоны;
(для четвертой климатической зоны со
средними низшими температурами в январе
от 0 до – 5 ⁰С
и высшими в июле от +23 до +26 ⁰С
=
1,3).

При высоком удельном
сопротивлении земли применяют способы
искусственного снижения ρ_изм
в целях
уменьшения размеров и количества
используемых электродов и площади
территории, занимаемой заземлителем.
Существенного результата достигают
химической обработкой области вокруг
заземлителей с помощью электролитов,
либо путем укладки заземлителей в
котлованы с насыпным углем, коксом,
глиной.

Таблица
2.3.2. Приближенные
значения удельного электрического

сопротивления
различных грунтов, Ом∙м

Вид земли и воды	ρизм, Ом∙м	Вид земли и воды	ρизм, Ом∙м
Кокс, коксовая мелочь	2–5	Пахотная земля, смешанный грунт	20–80
Торф	10–30	Почва	10–300
Садовая земля	20–60	Супесь водонасыщенная (текучая)	20–60
Чернозем	10–50	Супесь влажная (пластинчатая)	100–200
Каменный уголь	100–150	Супесь слабовлажная (твердая)	200–400
Известняк пористый	150–200	Песок при глубине залегания вод менее 5 м	300–700
Глины пластиночные	3–80	Песок при глубине залегания вод 6–10 м	500–1500
Глины полутвердые	40–80	Суглинок полутвердый (слабовлажный)	5–150
Суглинок пластичный (влажный)	5–40	Гравий, щебень	4000–7000

4. При использовании
искусственных заземлителей вначале
выбирают материал, тип и размеры
заземлителей.

В качестве
заземлителей применяют стальные трубы
с толщиной стенок 35 – 50 мм, длиной 2 – 3
м; угловую сталь толщиной не менее 4 мм;
прутковую сталь диаметром не менее 10
мм, длиной до 10 м. Заземлители размещают
в земле вертикально на глубине 0,5 – 0,8
м и соединяют при помощи сварки
горизонтальной металлической полосой
шириной 20-40 мм.

в)

Рис.2.3.1.
Схематическое изображение заземлителей:
а – стержневой
(трубчатый); б – уголковый.

Сопротивления
одиночного вертикального стержневого
заземлителя, заглубленного ниже уровня
земли на t₀
,м
определяется по формуле:

,
Ом (2.3.3)

где: ρ_р
– расчетное удельное сопротивление
грунта, Омм;

l
– длина стержня, м;

d
– диаметр стержня, м;

t
– расстояние от поверхности земли до
середины заземлителя, м;

t₀
–
глубина забивки заземлителя, м.

5.
Определяют приближенное число
заземлителей:

,
шт (2.3.4.)

где
R_з
– допустимое сопротивление защитного
заземления

(по
табл. 2.3.1.), Ом

6. По приближенному
числу заземлителей – n
и по отношению
расстояния между заземлителями а к
длине вертикального заземлителя l,
определяют коэффициент использования
заземлителей η_из
(табл. 2.3.3); а/
l принимают
равным 1; 2; З.

Таблица
2. 3.3. Коэффициенты
использования вертикальных электродов
группового заземлителя без учета влияния
горизонтального электрода

Отношение расстояния между вертикальными электродами к их длине а/ l	Число вертикальных электродов
2	4	6	10	20	40	60	100
Размещение вертикальных электродов в ряд
1 2 3	0,85 0,91 0,94	0,73 0,83 0,89	0,65 0,77 0,85	0,59 0,74 0,81	0,48 0,67 0,76	– – –	– – –	– – –
Размещение вертикальных электродов по контуру
1 2 3	– – –	0,69 0,78 0,85	0,61 0,73 0,80	0,56 0,68 0,76	0,47 0,63 0,71	0,41 0,58 0,66	0,39 0,55 0,64	0,36 0,52 0,62

Таблица
2.3.4. Коэффициенты
использования горизонтального полосового
электрода, соединяющего вертикальные
электроды группового заземлителя

Отношение расстояния между вертикальными электродами к их длине а/ l	Число вертикальных электродов
2	4	6	10	20	40	60	100
Размещение вертикальных электродов в ряд
1 2 3	0,85 0,94 0,96	0,77 0,84 0,92	0,72 0,80 0,88	0,62 0,75 0,82	0,42 0,56 0,68	– – –	– – –	– – –
Размещение вертикальных электродов по контуру
1 2 3	– – –	0,45 0,55 0,70	0,40 0,48 0,64	0,34 0,40 0,56	0,27 0,32 0,45	0,22 0,29 0,39	0,20 0,27 0,36	0,19 0,23 0,33

7. Предварительное
определение количества заземлителей:

,
шт. (2.3.5.)

8. Сопротивление
полосы (без учета коэффициента
использования полосы), соединяющей
одиночные вертикальные стержни
заземлителя определяется по формуле:

,
Ом (2.3.6.)

где:
b
–
ширина полосы, равная 20– 40 мм; l₁
–
длина полосы, соединяющей заземлители
по контуру равна периметру Р,
м.

Если предварительное
количество заземлитетей n_з
≤ 20, тозаземлители
располагаются в ряд. В этом случае длина
соединительной полосы определяется
по формуле :

(2.3.7.)

где a
– расстояние
между заземлителями ;

а
= (1÷3)×l;
l
– длина вертикального заземлителя.

9. Сопротивление
соединительной полосы с учетом
коэффициента использования (табл.
2.3.4):

,
Ом (2.3.8.)

10. Уточняется
необходимое сопротивление вертикальных
стержневых заземлителей с учетом
сопротивления полосы:

,
Ом (2.3.9.)

11. Уточненное
количество заземлителей с учетом
коэффициента использования заземлителей,
определяется по формуле:

,
шт (2.3.10.)

12. Выполняется
схема защитного заземления в соответствии
с результатами и исходными данными
расчета (Рис. 2.2.3, 2.3.4).

Соседние файлы в папке БЖД

• #
• #
• #
• #
• #

Расчёт заземления

Расчёт заземления (расчёт сопротивления заземления) для одиночного глубинного заземлителя на основе модульного заземления производится как расчёт обычного вертикального заземлителя из металлического стержня диаметром 14,2 мм.

Формула расчёта сопротивления заземления одиночного вертикального заземлителя:

Для готовых комплектов модульного заземления ZANDZ формула расчёта сопротивления упрощается до вида:

— для комплекта ZZ-000-015
— для комплекта ZZ-000-030

Расчёт электролитического заземления

Расчёт электролитического заземления (расчёт сопротивления заземления) производится как расчет обычного горизонтального электрода в виде трубы, имеющей длину 2,4 метра с учетом влияния электролита на окружающий грунт (коэффициент С).

Формула расчёта сопротивления заземления одиночного горизонтального электрода с добавлением поправочного коэффициента:

Для электролитического заземления ZANDZ формула расчёта сопротивления заземления упрощается до вида:

— для комплекта ZZ-100-102

Расчёт заземления: практические данные

Стоит обратить внимание на тот факт, что получаемые практически результаты ВСЕГДА отличаются от теоретических расчетов заземления.

В случае глубинного / модульного заземления — разница связана с тем, что в формуле расчёта чаще всего используется НЕИЗМЕННОЕ ОЦЕНОЧНОЕ удельное сопротивление грунта НА ВСЕЙ глубине электрода. Хотя в реальности, такого никогда не наблюдается.

Даже если характер грунта не меняется — его удельное сопротивление уменьшается с глубиной: грунт становится более плотным, более влажным; на глубине от 5 метров часто находятся водоносные слои.

Фактически, получаемое сопротивление заземления будет ниже расчётного в разы (в 90% случаев получается сопротивление заземления в 2-3 раза меньше).

В случае электролитического заземления — разница связана с тем, что в формуле расчета используется коэффициент «С«, берущийся в расчёт как усредненная поправочная величина, которую нельзя описать в виде формул и зависимостей. Определяется он исходя из множества характеристик грунта (температура, влажность, рыхлость, диаметр частиц, гигроскопичность, концентрации солей и т.п.)

Процесс выщелачивания длителен и относительно постоянен. Со временем концентрация электролита в окружающем грунте растёт. Также растёт объём грунта с присутствием электролита вокруг электрода. Через 3-5 лет после монтажа этот получившийся «полезный» объём можно описать трёхметровым радиусом вокруг электрода.

Из-за этого, сопротивление электролитического заземления ZANDZ со временем существенно падает. Замеры показали уменьшение в разы:

• 4 Ома сразу после монтажа
• 3 Ома через 1 год
• 1,9 Ома спустя 4 года

Расчёт заземления в виде нескольких электродов

Расчёт необходимого количества заземляющих электродов

Проведя обратное вычисление получим формулу расчёта количества электродов для необходимой величины итогового сопротивления сопротивления (R):

Вклад соединительного заземляющего проводника здесь не учитывается.

Расстояние между заземляющими электродами

При многоэлектродной конфигурации заземлителя на итоговое сопротивление заземления начинает оказывать свое влияние еще один фактор — расстояние между заземляющими электродами. В формулах расчёта заземления этот фактор описывается величиной «коэффициент использования».

Для модульного и электролитического заземления этим коэффициентом можно пренебречь (т.е. его величина равна 1) при соблюдении определенного расстояния между заземляющими электродами:

• не менее глубины погружения электродов — для модульного
• не менее 7 метров — для электролитического

Соединение электродов в заземлитель

Для соединения заземляющих электродов между собой и с объектом в качестве заземляющего проводника используется медная катанка или стальная полоса.

Сечение проводника часто выбирается — 50 мм² для меди и 150 мм² для стали. Распространено использование обычной стальной полосы 5*30 мм.

Для частного дома без молниеприёмников достаточно медного провода сечением 16-25 мм².

Подробнее о прокладке заземляющего проводника можно ознакомиться на отдельной странице «Монтаж заземления».

Сервис расчёта вероятности удара молнии в объект

Если помимо заземляющего устройства Вам предстоит установить систему внешней молниезащиты, Вы можете воспользоваться уникальным сервисом расчета вероятности удара молнии в объект, защищённый молниеприёмниками. Сервис разработан командой ZANDZ совместно с ОАО «Энергетический институт им.Г.М.Кржижановского» (ОАО «ЭНИН»)

Этот инструмент позволяет не просто проверить надёжность системы молниезащиты, но и выполнить наиболее рациональный и правильный проект защиты от молнии, обеспечивая:

• меньшую стоимость конструкции и монтажных работ, уменьшая ненужный запас и используя менее высокие, менее дорогие в монтаже, молниеприёмники;
• меньшее количество ударов молнии в систему, сокращая вторичные негативные последствия, что особенно важно на объектах со множеством электронных приборов (количество ударов молнии уменьшается с уменьшением высоты стержневых молниеприёмников).

Функционал сервиса позволяет рассчитать эффективность запланированной молниезащиты в виде понятных параметров:

• вероятность прорыва молнии в объекты системы (надёжность системы защиты определяется как 1 минус величина вероятности);
• число ударов молнии в систему в год;
• число прорывов молнии, минуя защиту, в год.

Имея подобную информацию, проектировщик может сравнить требования заказчика и нормативной документации с полученной надежностью и принять меры по изменению конструкции молниезащиты.

Для того, чтобы приступить к расчёту, перейдите по ссылке.

Смотрите также: