Автоматизированное проектирование заземляющего устройства

Автоматизированный расчет заземляющего устройства произведен с помощью программы mez.exe. Результаты расчетов представлены в таблицах 2.1 – 2.3.

Таблица 2.1 - Расчет заземляющего устройства при длине вертикальных стержней 5 м

Задан	Потенциал U, В	Ток I, А	R, Ом	hr, м	N	Стержень	Х; Y начала прямой	Х; Y конца прямой	Длина L, м	Радиус R, м	Число точек
I				0.7		Контур 1	18; 0	18; 18	-	0,01
						Верт. Стержень 1.1	18; 0	18; 0		0,01
						Верт. Стержень 1.2	18;4,5	18;4,5		0,01
						Верт. Стержень 1.3	18;9	18;9		0,01
						Верт. Стержень 1.4	18;13,5	18;13,5		0,01
						Контур 2	18; 18	0; 18	-	0,01
						Верт. Стержень 2.1	18;18	18;18		0,01
						Верт. Стержень 2.2	13,5;18	13,5;18		0,01
						Верт. Стержень 2.3	9;18	9;18		0,01
						Верт. Стержень 2.4	4,5;18	4,5;18		0,01
						Верт. Стержень 2.5	0;18	0;18		0,01

Количество вертикальных стержней: 32 штук

 

Таблица 2.2 - Расчет сопротивления одного вертикального электрода длиной 5м.

Задан	Потенциал U, В	Ток I, А	R, Ом	hr, м	N	Стержень	Х; Y начала прямой	Х; Y конца прямой	Длина L, м	Радиус R, м	Число точек
I			20,2	0.7		Верт. стержень	0; 0	0; 0		0,01

 

Таблица 2.3 - Расчет горизонтального заземлителя

Задан	Потенциал U, В	Ток I, А	R, Ом	hr, м	N	Стержень	Х; Y начала прямой	Х; Y конца прямой	Длина L, м	Радиус R, м	Число точек
I			1.35	0.7		Контур 1	18; 0	18; 18	-	0,01
						Контур 2	18; 18	0; 18	-	0,01

 

 

3 Проектирование заземляющего устройства по инженерной методике

В качестве вертикальных заземлителей выбираем стальные стержни диаметром 0,02 м и длиной 5,0 м, которые погружают в грунт. Верхние концы электродов располагают на глубине 0,7 м от поверхности земли. К ним приваривают горизонтальные электроды из круглой стали того же типа, что и вертикальные электроды.

Методика расчета заземляющего устройства приведена в [5].

Определяем расчетное сопротивление горизонтальных электродов по следующей формуле [5]:

 

, Ом, (3.1)

 

где - сопротивление горизонтальных электродов, Ом;

- удельное сопротивление грунта, Ом∙м;

- длина горизонтального заземлителя, м;

- диаметр стержня, м;

- глубина залегания горизонтальных электродов (контура), м.

 

, Ом.

Т.к. , то необходимо применение вертикальных стержней.

 

 

Определяем сопротивление растеканию одного вертикального электрода стержневого типа [5]:

 

, Ом, (3.2)

 

где - сопротивление вертикальных электродов, Ом;

- удельное сопротивление грунта, Ом∙м;

- длина вертикального электрода, м;

- расстояние от поверхности земли до центра стержня, м.

 

, Ом.

 

Предварительно с учетом отведенной территории наметим расположение вертикальных заземлителей: на основе результатов автоматизированного расчета из таблицы 3.1 принимаем 32 вертикальных электродов длиной 5 м по периметру (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 - Предварительное расположение вертикальных электродов по периметру заземляющего контура

Определяю расчетное сопротивление растеканию горизонтальных электродов с учетом экранирования вертикальных электродов. Отношение расстояния между электродами к их длине:

 

; (3.3)

. (3.4)

 

По табл. 10.5 [4] принимаю коэффициент использования горизонтальных электродов .

 

, Ом, (3.5)

, Ом.

 

Уточняю необходимое сопротивление вертикальных стержней:

 

, Ом,(3.6)

Ом.

 

Определяю число вертикальных электродов при коэффициенте использования , принятом по табл. 10.4 [4]:

, (3.7)

Окончательно принимаю к установке 32 вертикальных стержня, расположенных по периметру контура заземляющего устройства.

Масса металла для заземляющего устройства:

 

(3.8)

 

где m_п.м. – масса погонного метра заземляющего стержня, кг/м;

=(l_в.ст.∙n_в.ст.+ 2∙(a_З + b_З),

где l_в.ст. – длина вертикального заземляющего стержня;

n_в.ст. – число вертикальных стержней заземляющего устройства;

К_з = 1,15 – коэффициент запаса.

a_З, b_З- длина, ширина заземляющего контура соответственно, м.

 

Масса погонного метра заземляющего стержня может быть найдена:

 

m_п.м. = π∙ r² ∙ρ, (3.9)

 

где r - радиус заземляющего стержня, м;

ρ - плотность стали, кг/ м³;

В нашем случае марка стали - Ст3 (ГОСТ 360-94). Сталь марки Ст3 имеет плотность 7800 кг/м3. Тогда по (4.9) находим массу погонного метра заземляющего стержня:

 

m_п.м. = 3.14 ∙ 0.01² ∙ 7800 = 2,45 кг/м.

 

Масса искусственного заземлителя при 32 вертикальных стержнях длиной L=5м:

 

M_ЗУ= 2,45 ∙ (5 ∙ 32+2 ∙ 36 + 2 ∙ 36) ∙ 1,15= 857 кг.

Вывод

В ходе лабораторной работы выполнено проектирование заземляющего устройства с помощью ЭВМ и по инженерной методике. Исходя из результатов автоматизированного расчета, для обеспечения требуемого сопротивления заземляющего устройства необходимо расположить по контуру 32 вертикальных электрода длиной 5,0 м и диаметром 0,02 м. Число вертикальных стержней такой же длины и диаметра, рассчитанное по инженерной методике – 32. Окончательно к установке принято 32 стержневых электрода длиной 5,0 м и диаметром 0,02 м, соединенных по контуру горизонтальным заземлителем. Масса заземляющего устройства 857 кг.

Чертеж спроектированного заземляющего устройства приведен в приложении.