Розрахунок заземлюючих пристроїв зводиться головним чином до розрахунку власне заземлювача, так як заземлюючі провідники в більшості випадків приймаються за умовами механічної міцності і стійкості до корозії по ПТЕ і ПУЕ. Виняток становлять лише установки з виносним заземлювальним пристроєм. У цих випадках розраховуються послідовно включаються опору сполучної лінії і заземлювача, так, щоб їх сумарний опір не перевищувало допустимого.
Слід особливо виділити питання розрахунку заземлюючих пристроїв для заполярних і північно-східних районів нашої країни. Для них характерні многомерзлие грунти, якi мають питомий опір поверхневих шарів на один - два порядки вище, ніж в звичайних умовах середньої смуги СРСР.
Розрахунок опору заземлювачів в інших районах СРСР проводиться в такому порядку:
1. Встановлюється необхідне по ПУЕ допустимий опір заземлюючого пристрою r зм. Якщо заземлюючих пристроїв є загальним для декількох електроустановок, то розрахунковим опором заземлювального пристрою є найменше з необхідних.
2. Визначається необхідний опір штучного заземлювача з урахуванням використання природних заземлювачів, включених паралельно, з виразів
де r зм допустимая опір заземлювального пристрою по п. 1, R і-опір штучного заземлювача; R е-опір природного заземлювача. Визначається розрахункове питомий опір ґрунту розр з урахуванням підвищувальних коефіцієнтів, що враховують висихання грунту влітку і промерзання взимку.
Примітка. Питомі опору грунтів визначені при вологості 10-20% до маси грунту
Значення до, рекомендовані ВЕІ для середньої смуги СРСР, наведені в табл. 8-8; для інших кліматичних зон вони приймаються за даними табл. 8-2.
4. Визначається опір розтіканню одного вертикального електрода R в.о. формулами табл. 8-3. Ці формули дані для стрижневих електродів з круглої сталі або труб.
При застосуванні вертикальних електродів з кутової сталі в формулу замість діаметра труби підставляється еквівалентний діаметр куточка, обчислений за висловом
де b - ширина сторін куточка.
5. Визначається приблизну кількість вертикальних заземлювачів при попередньо прийнятому коефіцієнті використання
де R в.о. - опір розтіканню одного вертикального електрода, певне в п. 4; R і - необхідний опір штучного заземлювача; До і, в, зм - коефіцієнт використання вертикальних заземлювачів.
Значення підвищувального коефіцієнта до для різних кліматичних зон
Коефіцієнти використання вертикальних заземлювачів дані в табл. 8-4 при розташуванні їх в ряд і в табл. 8-5 при розміщенні їх по контуру
6. Визначається опір розтіканню горизонтальних електродів Rг за формулами табл. 8-3. Коефіцієнти використання горизонтальних електродів для попередньо прийнятого числа вертикальних електродів приймаються по табл. 8-6 при розташуванні вертикальних електродів в ряд і по табл. 8-7 при розташуванні вертикальних електродів по контуру.
7. Уточнюється необхідне опір вертикальних електродів з урахуванням провідності горизонтальних сполучних електродів з виразів
де R г - опір розтіканню горизонтальних електродів, певне в п.6; R і - необхідний опір штучного заземлювача.
Формули для визначення опору розтікання струму різних заземлювачів
Коефіцієнти використання вертикальних заземлювачів, К і, в, зм, розміщених в ряд, без урахування впливу горизонтальних електродів зв'язку
Коефіцієнти використання вертикальних заземлювачів, К і, в, зм, розміщених по контуру, без урахування впливу горизонтальних електродів зв'язку
Коефіцієнти використання До і, г, зм горизонтальних сполучних електродів, в ряду з вертикальних електродів
Коефіцієнти використання До і, г, зм вертикальних з'єднувальних електродів в контурі з вертикальних електродів
8. Уточнюється число вертикальних електродів з урахуванням коефіцієнтів використання за табл. 8-4 і 8-5:
Остаточно приймається число вертикальних електродів з умов розміщення.
9. Для установок понад 1000 В з великими струмами замикання на землю перевіряється термічна стійкість з'єднувальних провідників по формулі (8-11).
Приклад 1. Потрібно розрахувати контурний заземлитель підстанції 110/10 кВ з наступними даними: найбільший струм через заземлення при замиканнях на землю на стороні 110 кВ - 3,2 кА, найбільший струм через заземлення при замиканнях на землю на стороні 10 кВ - 42 А; грунт в місці спорудження підстанції - суглинок; кліматична зона 2; додатково в якості заземлення використовується система троси - опори з опором заземлення 1,2 Ом.
Рішення 1. Для боку 110 кВ потрібно опір заземлення 0,5 Ом, Для боку 10 кВ за формулою (8-12) маємо:
де розрахункове напруження на заземлювальному пристрої Uрасч прийнято рівним 125 В, так як заземлюючих пристроїв використовується також і для установок підстанції напругою до 1000 В.
Таким чином, в якості розрахункового приймається опір rзм = 0,5 Ом.
2.Сопротівленіе штучного заземлювача розраховується з урахуванням використання системи троси-опори
Розрахункові питомі опору: для горизонтальних електродів Ррасч.г = 4,5х100 = 450 Ом м; для вертикальних електродів расч.в = 1,8х100 = 180 Ом м.
4. Визначається опір розтіканню одного вертикального електрода - куточка № 50 довжиною 2,5 м при зануренні нижче рівня землі на 0,7 м за формулою з табл. 8-3:
де d = d y, ед = 0,95; b = 0,95x0,95 = 0,0475 м; t = 0,7 + 2,5 / 2 = 1,95 м;
5. Визначається приблизну кількість вертикальних заземлювачів при попередньо прийнятому коефіцієнті використання До і, в, зм = 0,6:
6. Визначається опір розтіканню горизонтальних електродів (смуги 40х4 мм 2), приварених до верхніх кінців куточків. Коефіцієнт використання сполучної смуги в контурі До і, г, зм при числі куточків приблизно 100 і відносно a / l = 2 по табл. 8-7 дорівнює 0,24. Опір розтіканню смуги по периметру контура (l = 500 м) за формулою з табл. 8-3 одно:
7. Уточнене опір вертикальних електродів
8. Уточнене число вертикальних електродів визначається при коефіцієнті використання До і, г, зм = 0,52, прийнятому з табл. 8-5 при n = 100 і a / l = 2:
Остаточно приймається 116 куточків.
Додатково до контуру на території влаштовується сітка з поздовжніх смуг, розташованих на відстані 0,8-1 м від обладнання, з поперечними зв'язками через кожні 6 м. Додатково для вирівнювання потенціалів у входів і в'їздів, а також по краях контура прокладаються заглиблені смуги. Ці невраховані горизонтальні електроди зменшують загальний опір заземлення, провідність їх йде в запас надійності.
9. Перевіряється термічна стійкість смуги 40 × 4 мм 2.
Мінімальний перетин смуги з умов термічної стійкості при к. З. на землю в формулі (8-11) при наведеному часу протікання струму к. з. tп = 1,1 одно:
Таким чином, смуга 40 × 4 мм 2 умові термічної стійкості задовольняє.
Приклад 2. Потрібно розрахувати заземлення підстанції з двома трансформаторами 6 / 0,4 кВ потужністю 400 кВА з наступними даними: найбільший струм через заземлення при замиканні на землю на стороні 6 кВ 18 А; грунт в місці спорудження - глина; кліматична зона 3; додатково в якості заземлення використовується водопровід з опором розтіканню 9 Ом.
Рішення. Передбачається спорудження заземлювача з зовнішньої сторони будівлі, до якого примикає підстанція, з розташуванням вертикальних електродів в один ряд довжиною 20 м; матеріал - кругла сталь діаметром 20 мм, метод занурення - ввертиваніе; верхні кінці вертикальних стрижнів, занурені на глибину 0,7 м, приварені до горизонтального електроду з тієї ж сталі.
1. Для боку 6 кВ потрібно опір заземлення, яке визначається формулою (8-12):
де розрахункове напруження на заземлювальному пристрої прийнято рівним 125 В, так як заземлюючих пристроїв виконується загальним для сторін 6 і 0,4 кВ.
Згідно ПУЕ опір заземлення не повинен перевищувати 4 Ом. Таким чином, розрахунковим є опір заземлення rзм = 4 Ом.
2. Опір штучного заземлювача розраховується з урахуванням використання водопроводу в якості паралельної гілки заземлення
Розрахункові питомі опору грунту:
для горизонтальних електродів Р расч.г = 2,2 × 70 = 154 Ом * м;
для вертикальних електродів Р расч.в = 1,5х70 = 105 Ом * м.
4. Визначається опір розтіканню одного стрижня діаметром 20 мм, довжиною 2 м при зануренні нижче рівня землі на 0,7 м за формулою з табл. 8-3:
5. Визначається приблизну кількість вертикальних заземлювачів при попередньо прийнятому коефіцієнті використання До і. м зм = 0,9
6. Визначається опір розтіканню горизонтального електрода з круглої сталі діаметром 20 мм, привареного до верхніх кінців вертикальних стрижнів.
Коефіцієнт використання горизонтального електрода в ряду зі стрижнів при числі їх приблизно 6 і стосовно відстані між стрижнями до довжини стрижнями a / l = 20 / 5х2 = 2 відповідно до табл. 8-6 приймається рівним 0,85.
Опір розтіканню горизонтального електрода визначається за формулою з табл. 8-3 і 8-8:
Коефіцієнти підвищення опору по відношенню до виміряного питомому опору грунту (або опору заземлення) для середньої смуги СРСР
Примітки: 1) до 1 застосовується, якщо виміряна величина Р (Rх) відповідає приблизно мінімального значення (грунт вологий - часу вимірювань передувало випадання великої кількості опадів);
2) к2 застосовується, якщо виміряна величина Р (Rх) відповідає приблизно середнього значення (грунт середньої вологості - часу вимірювань передувало випадання невеликої кількості опадів);
3) к3 застосовується, якщо виміряна величина Р (Rх) відповідає приблизно найбільшим значенням (грунт сухий - часу вимірювань передувало випадання незначної кількості опадів).
7. Уточнене опір розтіканню вертикальних електродів
8. Уточнене число вертикальних електродів визначається при коефіцієнті іспользованіяК і. м зм = 0,83, прийнятому з табл. 8-4 при n = 5 і a / l = 20 / 2х4 = 2,5 (n = 5 замість 6 прийнято з умови зменшення числа вертикальних електродів при обліку провідності горизонтального електрода)
Остаточно приймається чотири вертикальних стрижня, при цьому опір розтіканню трохи менше розрахункового.
Витяг з Довідника по електропостачанню промислових підприємств
під загальною редакцією А. А. Федорова і Г. В. Сербиновского