Расчет сопротивления защитного заземления

 

(61)

Спроектировать защитное заземление оборудования понижающей подстанции
6/0,4 кВ. Заземляющее устройство заглублено: Н₀ равное 0,5 - 0,8 м. Параметры трансформаторов мощность 40 кВ·А, схема соединения обмоток ∆/∆_н. Грунт - чернозем, климатическая зона - III. Для заземляющего устройства в качестве вертикальных стержней использовать угловую сталь с шириной полки 40 мм, длиной l_с равно 3,0 м; в качестве соединительной полосы использовать стальную шину сечением 40 x 4 мм.

Токи замыкания на землю в подобных установках меньше 500 А, поэтому для заданной мощности трансформатора нормированное сопротивление заземляющего устройства R_H меньше или равно 2 Ом. Удельное сопротивление грунта р_табл равно 100 Ом·м.

Значения удельных сопротивлений грунтов при влажности 10 - 12 % к массе грунта приведены в таблице 5.8.

Таблица 5.8 –Значения удельных сопротивлений грунта

Грунт	Удельное сопротивление, Ом·м	Грунт	Удельное сопротивление, Ом·м
Глина		Супесок
Суглинок		Песок
Чернозем		Скалистый

 

Значения климатических коэффициентов и признаки зон приведены в таблице 5.9.

 

Таблица 5.9 - Значения климатических коэффициентов и признаки зон

Тип заземлителя	Климатические зоны
I	II	III	IV
Вертикальные стержни длиной /с = 2 - 3 м при глубине заложения Но = 0,5 - 0,8 м	1,8-2,0	1,6-1,8	1,4-1,6	1,2-1,4
Горизонтальные полосовые заземлители при глубине заложения Н= 0,8 м.	4,5-7,0	3,5-4,5	2,0-3,5	1,5-2,0
Признаки климатических зон
Средняя температура января, °С	-20-(-15)	-14-(-10)	-10-0	0-5
Средняя температура июля, °С	16-18	18-22	22-24	24-28

 

Расчетное удельное сопротивление грунта с учетом климатического коэффициента определяется по формуле 5.6.

 

(5.6)

где ρ_табл - удельное сопротивление грунта по таблице 5.8;

ψ - климатический коэффициент по таблице 5.9.

 

С учетом климатических коэффициентов ψ_с равно 1,4; ψ_п равно 2; расчетные удельные сопротивления по формуле 5.6:

-ρ_с = 200·1,4 = 280 Ом·м;

- ρ_п = 200·2 = 400 Ом·м.

Эквивалентный диаметр стержней: d = 0,95·0,04 = 0,038 м.

Сопротивление одиночного вертикального заземлителя R_с с учетом удельного сопротивления грунта определяют по формуле 5.7.

 

(5.7)

где d - диаметр стержня;

R_c - сопротивление одиночного вертикального заземлителя;

l_c - длина стержня;

Н - высота стержня.

 

Сопротивление одиночного заземлителя при Н₀ = 0,5 м и Н = 2 м, находится по формуле 5.7.

Число вертикальных заземлителей без учета взаимного экранирования определяют по формуле 5.8.

 

(5.8)

где R_H - норма сопротивления заземления;

Rc - сопротивление одиночного вертикального заземлителя.

 

Итак, число вертикальных заземлителей по формуле 5.8:

Заземляющий объект - небольшое, отдельно стоящее здание, поэтому заземляющее устройство выбираем контурное в виде прямоугольника с ориентировочным соотношением сторон 3x7.

Исходя из реальных условий, отношение берем S:l = 1, где S - расстояние между одиночными заземлителями, l - длина заземлителя.

Определяем окончательное число вертикальных стержней по формуле 5.9.

 

(5.9)

где ή_с - коэффициент использования вертикальных заземлителей;

n - расчетное число заземлителей, шт.

 

Коэффициент использования вертикальных заземлителей выбирается из таблицы 5.10.

 

Таблица 5.10 - Таблица коэффициентов использования вертикальных заземлителей

Отношение расстояния между заземлителями к их длине	Число заземлителей n, шт.
Заземлители располагаются в ряд
	0,85	0,73	0,65	0,59	0,48	-	-	-
	0,91	0,83	0,77	0,74	0,67	-	-	-
Заземлители располагаются по контуру
	-	0,69	0,61	0,55	0,47	0,41	0,39	0,36
	-	0,78	0,73	0,68	0,63	0,58	0,55	0,52
	-	0,85	0,80	0,76	0,71	0,66	0,64	0,62

 

Итак, окончательное количество вертикальных стержней по формуле 5.9:

Сопротивление заземлителей без соединительной полосы определяется по формуле 5.10.

 

(5.10)

где R_cc - сопротивление заземлителей без соединительной полосы.

 

Итак, сопротивление заземлителей без соединительной полосы по формуле 5.10.

(67)

Сопротивление соединительной полосы определяется по формуле 5.11.

 

(5.11)

где l_n - длина соединительной полосы;

b - ширина заложения полосы;

H₁ - глубина заложения полосы.

 

Длина соединительной полосы: l_n = 1,05·(44 - 1)·3 = 135,45 м.

Сопротивление соединительной полосы находится по формуле 5.11:

Сопротивление соединительной полосы уточняют с учетом коэффициента использования полосы ή_п (таблица 5.11) по формуле 5.12.

 

(5.12)

где R^’_п – сопротивление соединительной полосы.

 

Итак, сопротивление соединительной полосы по формуле 5.12:

 

 

Таблица 5.11 – Таблица коэффициентов использования соединительной полосы

Отношение расстояния между заземлителями к их длине	Число вертикальных заземлителей щ, шт.
Вертикальные заземлители располагаются в ряд
	0,85	0,77	0,72	0,62	0,42	-	-	-
	0,94	0,89	0,84	0,75	0,56	-	-	-
Вертикальные заземлители располагаются по контуру
	-	0,45	0,40	0,34	0,27	0,22	0,20	0,19
	-	0,55	0,48	0,40	0,32	0,29	0,27	0,23
	-	0,70	0,64	0,56	0,45	0,39	0,36	0,33

 

Общее сопротивление заземляющего устройства и соединявшей полосы рассчитывается по формуле 5.13.

 

(5.13)

где R – общее сопротивление заземляющего устройства.

 

Итак, общее сопротивление заземляющего устройства по формуле 5.13:

Полученное расчетное значение R удовлетворяет требованиям ПУЭ: R < R_H, т.е.
3,45 < 4 Ом. Стержневые заземлители по 3 метра в количестве 44 штук расположены
в прямоугольном контуре размером 24x42 м.

Расположение заземлителей представлено на рисунке 5.2.

 

Рисунок 5.2 – Расположение стержневых заземлителей