Удельное сопротивление грунта таблица пуэ

Расчет защитного заземления

Расчет заземления производится для того чтобы определить сопротивление сооружаемого контура заземления при эксплуатации, его размеры и форму. Как известно, контур заземления состоит из вертикальных заземлителей, горизонтальных заземлителей и заземляющего проводника. Вертикальные заземлители вбиваются в почву на определенную глубину.

Горизонтальные заземлители соединяют между собой вертикальные заземлители. Заземляющий проводник соединяет контур заземления непосредственно с электрощитом.

Размеры и количество этих заземлителей, расстояние между ними, удельное сопротивление грунта – все эти параметры напрямую зависят на сопротивление заземления.

К чему сводится расчет заземления?

Заземление служит для снижения напряжения прикосновения до безопасной величины. Благодаря заземлению опасный потенциал уходит в землю тем самым, защищая человека от поражения электрическим током.

Величина тока стекания в землю зависит от сопротивления заземляющего контура. Чем сопротивление будет меньше, тем величина опасного потенциала на корпусе поврежденной электроустановки будет меньше.

Заземляющие устройства должны удовлетворять возложенным на них определенным требованиям, а именно величины сопротивление растекания токов и распределения опасного потенциала.

Поэтому основной расчет защитного заземления сводится к определению сопротивления растекания тока заземлителя. Это сопротивление зависит от размеров и количества заземляющих проводников, расстояния между ними, глубины их заложения и проводимости грунта.

Исходные данные для расчета заземления

1. Основные условия, которых необходимо придерживаться при сооружении заземляющих устройств это размеры заземлителей.

1.1. В зависимости от используемого материала (уголок, полоса, круглая сталь) минимальные размеры заземлителей должны быть не меньше:

а) полоса 12х4 – 48 мм2;
б) уголок 4х4;
в) круглая сталь – 10 мм2;
г) стальная труба (толщина стенки) – 3.5 мм.

Минимальные размеры арматуры применяемые для монтажа заземляющих устройств

1.2. Длина заземляющего стержня должна быть не меньше 1.5 – 2 м.

1.3. Расстояния между заземляющими стержнями берется из соотношения их длины, то есть: a = 1хL; a = 2хL; a = 3хL.

В зависимости от позволяющей площади и удобства монтажа заземляющие стрежни можно размещать в ряд, либо в виде какой ни будь фигуры (треугольник, квадрат и т.п.).

Цель расчета защитного заземления.

Основной целью расчета заземления является определить число заземляющих стержней и длину полосы, которая их соединяет.

Пример расчета заземления

Сопротивление растекания тока одного вертикального заземлителя (стержня):

где – ρ_экв – эквивалентное удельное сопротивление грунта, Ом·м; L – длина стержня, м; d – его диаметр, м; Т – расстояние от поверхности земли до середины стержня, м.

В случае установки заземляющего устройства в неоднородный грунт (двухслойный), эквивалентное удельное сопротивление грунта находится по формуле:

где – Ψ – сезонный климатический коэффициент (таблица 2); ρ₁, ρ₂ – удельное сопротивления верхнего и нижнего слоя грунта соответственно, Ом·м (таблица 1); Н – толщина верхнего слоя грунта, м; t – заглубление вертикального заземлителя (глубина траншеи) t = 0.7 м.

Так как удельное сопротивление грунта зависит от его влажности, для стабильности сопротивления заземлителя и уменьшения на него влияния климатических условий, заземлитель размещают на глубине не менее 0.7 м.

Заглубление горизонтального заземлителя можно найти по формуле:

Монтаж и установку заземления необходимо производить таким образом, чтобы заземляющий стержень пронизывал верхний слой грунта полностью и частично нижний.

Количество стержней заземления без учета сопротивления горизонтального заземления находится по формуле:

Rн – нормируемое сопротивление растеканию тока заземляющего устройства, определяется исходя из правил ПТЭЭП (Таблица 3).

Как видно из таблицы нормируемое сопротивления для нашего случая должно быть не больше 30 Ом. Поэтому Rн принимается равным Rн = 30 Ом.

Сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя:

L_г, b – длина и ширина заземлителя; Ψ – коэффициент сезонности горизонтального заземлителя; η_г – коэффициент спроса горизонтальных заземлителей (таблица 4).

Длину самого горизонтального заземлителя найдем исходя из количества заземлителей:

– в ряд; – по контуру.

а – расстояние между заземляющими стержнями.

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

Полное количество вертикальных заземлителей определяется по формуле:

η_в – коэффициент спроса вертикальных заземлителей (таблица 4).

Коэффициент использования показывает как влияют друг на друга токи растекания с одиночных заземлителей при различном расположении последних. При соединении параллельно, токи растекания одиночных заземлителей оказывают взаимное влияние друг на друга, поэтому чем ближе расположены друг к другу заземляющие стержни тем общее сопротивление заземляющего контура больше.

Полученное при расчете число заземлителей округляется до ближайшего большего.

Расчет заземления по указанным выше формулам можно автоматизировать воспользовавшись для расчета специальной программой «Электрик v.6.6», скачать ее можно в интернете бесплатно.

Территория электротехнической информации WEBSOR

Расчет заземляющих устройств

Нормы > Все про заземление

РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Расчет заземляющих устройств сводится главным образом к расчету собственно заземлителя, так как заземляющие проводники в большинстве случаев принимаются по условиям механической прочности и устойчивости к коррозии. Исключение составляют лишь установки с выносным заземляющим устройством. В этих случаях рассчитывают последовательно сопротивление соединительной линии и сопротивление заземлителя, чтобы суммарное сопротивление не превышало расчетного.
Расчет сопротивления заземлителя проводится в следующем порядке:
1. Устанавливается необходимое по ПУЭ допустимое сопротивление заземляющего устройства . Если заземляющее устройство является общим для нескольких электроустановок, то расчетным сопротивлением заземляющего устройства является наименьшее из требуемых.
2. Определяется необходимое сопротивление искусственного заземлителя с учетом использования естественного заземлителя, включенного параллельно, из выражений

где — расчетное сопротивление заземляющего устройства по п. 1; — сопротивление искусственного заземлителя; — сопротивление естественного заземлителя.
3. Определяется расчетное удельное сопротивление грунта с учетом повышающих коэффициентов, учитывающих высыхание грунта летом и промерзание его зимой.
При отсутствии точных данных о грунте можно воспользоваться табл. 12-1, где приведены средние данные по сопротивлениям грунтов, рекомендуемые для предварительных расчетов.

Таблица 12-1 Удельное сопротивление грунтов

Удельное сопротивление r , Ом Ч м

Глина (слой 7—10 м, далее скала, гравий)
Глина каменистая (слой 1—3 м, далее гравий)
Земля садовая
Известняк
Лесс
Мергель
Песок
Песок крупнозернистый с валунами
Скала

Суглинок
Супесок
Торф
Чернозем
Вода:
грунтовая
морская
прудовая
речная

Примечание: Удельные сопротивления грунтов определены при влажности 10-20% к массе и на глубине 1,5 м.

Повышающие коэффициенты k для различных климатических зон приведены в табл. 12-2 для горизонтальных и вертикальных электродов.
4. Определяется сопротивление растеканию одного вертикального электрода по формулам из табл. 12-3. Эти формулы даны для стержневых электродов из круглой стали или труб. При применении углов для вертикальных электродов в качестве диаметра подставляется эквивалентный диаметр уголка

где b — ширина сторон уголка.

Таблица 12-2 Значения коэффициента k для различных климатических зон

Данные, характерезующие климатические зоны и тип применяемых электродов

1. Климатические признаки зон:
Средняя многолетняя температура
(январь), °С
Средняя многолетняя высшая температура (июль), °С
Среднее количество осадков, см
Продолжительность замерзания вод, дни
2. Коэффициент k
а) при применении стержневых электродов длиной 2—3 м и глубине заложения их вершин 0,5—0,8 м
б) при применении протяженных электродов и глубине заложения их вершин 0,8 м

Таблица 12-3 Расчет сопротивлений растеканию одного электрода

Вертикальный у поверхности земли

Вертикальный ниже уровня земли

Горизонтальный протяженный ниже уровня земли

b — ширина полосы; если землитель круглый диаметром d , то b=2d

Пластинчатый вертикальный ниже уровня земли

a и b — размеры сторон пластины

Кольцевой горизонтальный ниже уровня земли

b —ширина полосы; если заземлитель круглый диаметром d , то b = 2d

5. Определяется примерное число вертикальных заземлителей n при предварительно принятом коэффициенте использования :

где — необходимое сопротивление искусственного заземлителя.
Коэффициенты использования вертикальных заземлителей даны в табл. 12-4 в случае расположения их в ряд и в табл. 12-5 в случае размещения их по контуру без учета влияния горизонтальных электродов связи.
6. Определяется сопротивление растеканию горизонтальных электродов по формулам из табл. 12-3. Коэффициенты использования горизонтальных электродов для предварительно принятого числа вертикальных электродов принимаются по табл. 12-6 при расположении их в ряд и по табл. 12-7 при расположении их по контуру.

Таблица 12-4 Коэффициенты использования вертикальных электродов

Отношение расстояния между вертикальными
электродами к их длине

Число вертикальных электродов в ряду

Таблица 12-5 Коэффициенты использования вертикальных электродов

Отношение расстояния между вертикальными
электродами к их длине

Число вертикальных электродов в ряду

Таблица 12-6 Коэффициенты использования горизонтальных электродов

Отношение рассюииия между вертикальными электродами к их длине

Коэффициент использования при числе вертикальных электродов в ряду n

Таблица 12-7 Коэффициенты использования горизонтальных электродов

Отношение рассюииия между вертикальными электродами к их длине

Коэффициент использования при числе вертикальных электродов в контуре n

7. Уточняется необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом проводимости горизонтальных соединительных электродов из выражений

где — сопротивление растеканию горизонтальных электродов, определенное в п. 6.
8. Уточняется число вертикальных электродов с учетом коэффициентов использования по табл. 12-4 или 12-5:

Окончательно принимается число вертикальных электродов из условий размещения.
9. Для установок выше 1000 В с большими токами замыкания на землю проверяется термическая стойкость соединительных проводников по формуле (12-5).

Пример 12-1. Требуется рассчитать заземление подстанции 110/10 кВ со следующими данными: наибольший ток через заземление при замыканиях на землю на стороне 100 кВ 3,2 кА; наибольший ток через заземление при замыканиях на землю на стороне 10 кВ 42 А; грунт в месте сооружения подстанции — суглинок; климатическая зона 2; дополнительно в качестве заземления используется система тросы — опоры с сопротивлением заземления 1,2 Ом.

Решение
1. Для стороны 110 кВ требуется сопротивление заземления 0,5 Ом. Для стороны 10 кВ по формуле (12-6)

где расчетное напряжение на заземляющем устройстве принято равным 125 В, так как заземляющее устройство используется также для установок подстанции до 1000 В. Таким образом, в качестве расчетного принимается сопротивление .
2. Сопротивление искусственного заземлителя рассчитывается с учетом использования системы тросы — опоры;

3. Рекомендуемое для предварительных расчетов удельное сопротивление грунта в месте сооружения заземлителя — суглинке по приведенным выше данным составляет 100 Ом Ч м. Повышающие коэффициенты для климатической зоны 2 по табл. 12 2 принимаются равными 4,5 для горизонтальных протяженных электродов при глубине заложения 0,8 м и 1,8 для вертикальных стержневых электродов длиной 2—3 м при глубине заложения их вершины 0,5—0,8 м.
Расчетные удельные сопротивления:
для горизонтальных электродов

для вертикальных электродов

4. Определяется сопротивление растеканию одного вертикального электрода — уголка № 50 длиной 2,5 м при погружении ниже уровня земли на 0,7 м по формуле из табл. 12-3:

где

5. Определяется примерное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования :

6. Определяется сопротивление растеканию горизонтальных электродов — полос 40 X 4 мм2, приваренных к верхним концам уголков. Коэффициент использования соединительной полосы в контуре при числе уголков порядка 100 и отношении по табл. 12-7 равен: .
Сопротивление растеканию полосы по формуле из табл. 12-3

7. Уточненное сопротивление вертикальных электродов

8. Уточненное число вертикальных электродов определяется при коэффициенте использования , принятом из табл. 12-5 при n =100 и :

Окончательно принимается 117 уголков.
Дополнительно к контуру на территории подстанции устраивается сетка из продольных полос, расположенных на расстоянии 0,8—1 м от оборудования, с поперечными связями через каждые 6 м. Дополнительно для выравнивания потенциалов у входов и въездов, а также по краям контура прокладываются углубленные полосы. Эти неучтенные горизонтальные электроды уменьшают общее сопротивление заземления; проводимость их идет в запас.
9. Проверяется термическая стойкость полосы 40 X 4 мм2. Минимальное сечение полосы из условий термической стойкости при к. з. на землю по формуле (12-5) при приведенном времени прохождения тока к. з.

Таким образом, полоса 40 X 4 мм2 условию термической стойкости удовлетворяет.

По результатам примера 12-1 можно видеть, что при достаточно большом количестве вертикальных электродов горизонтальные электроды, соединяющие верхние концы вертикальных, весьма слабо влияют на результирующее расчетное сопротивление контура заземления. При этом также обнаруживается дефект существующей методики расчета для случаев, когда требуется достаточно малое сопротивление контура. В выполненном примерном расчете этот дефект выявился в том, что учет дополнительной проводимости контура от горизонтальной соединительной полосы привел не к уменьшению потребного количества вертикальных электродов, а наоборот, к его увеличению примерно на 5%. На основании этого можно рекомендовать в подобных случаях рассчитывать необходимое количество вертикальных электродов без учета дополнительной проводимости соединительных и других горизонтальных полос, полагая, что их проводимость будет идти в запас надежности.

Пример 12-2. Требуется рассчитать заземление подстанции с двумя трансформаторами 6/0,4 кВ мощностью 400 кВ Ч А со следующими данными: наибольший ток через заземление при замыкании на землю со стороны 6 кВ 18 А; грунт в месте сооружения — глина; климатическая зона 3; дополнительно в качестве заземления используется водопровод с сопротивлением растеканию 9 Ом.
Решение
Предполагается сооружение заземлителя с внешней стороны здания, к которому примыкает подстанция, с расположением вертикальных электродов в один ряд на длине 20 м; материал — круглая сталь диаметром 20 мм, метод погружения — ввертыванием; верхние концы вертикальных стержней, погруженные на глубину 0,7 м, приварены к горизонтальному электроду из той же стали.
1. Для стороны 6 кВ требуется сопротивление заземления, определяемое формулой (12-6):

где расчетное напряжение на заземляющем устройстве принято равным 125 В, так как заземляющее устройство выполняется общим для сторон 6 и 0,4 кВ. Далее согласно ПУЭ сопротивление заземлителя не должно превышать 4 Ом.
Расчетным, таким образом, является сопротивление заземления .
2. Сопротивление искусственного заземлителя рассчитывается с учетом использовании водопровода в качестве параллельной ветви заземления:

3. Рекомендуемое для расчетов сопротивление грунта в месте сооружения заземлителя — глины по табл. 12-1 составляет 70 Ом Ч м. Повышающие коэффициенты для климатической зоны 3 но табл. 12-2 принимаются равными 2,2 для горизонтальных электродов при глубине заложения 0,8 м и 1,5 для вертикальных электродов длиной 2—-3 м при глубине заложения их вершины 0,5—0,8 м.
Расчетные удельные сопротивления грунта:
для горизонтальных электродов

для вертикальных электродов

4. Определяется сопротивление растеканию одного стержня диаметром 20 мм и длиной 2 м при погружении ниже уровня земли на 0,7 м по формуле из табл. 12-3:

6. Определяется сопротивление растеканию горизонтального электрода из круглой стали диаметром 20 мм, приваренного к верхним концам вертикальных стержней. Коэффициент использовании горизонтального электрода в ряду из стержней при числе их примерно равном 5 и отношении расстояния между стержнями к длине стержня в соответствии с табл. 12-6 принимается равным 0,86.
Сопротивление растеканию горизонтального электрода по формуле из табл. 12-3

7. Уточненное сопротивление растеканию вертикальных электродов

8. Уточненное число вертикальных электродов определяется при коэффициенте использования , принятом из табл. 12-4 при n =4 и :

Окончательно принимаются 4 вертикальных стержня; при этом сопротивление растеканию несколько меньше расчетного.

Расчет заземляющих устройств

Следует особо выделить вопросы расчета заземляющих устройств для заполярных и северо-восточных районов нашей страны. Для них характерны многомерзлые грунты, имеющие удельное сопротивление поверхностных слоев на один – два порядка выше, чем в обычных условиях средней полосы СССР.

Расчет сопротивления заземлителей в других районах СССР производится в следующем порядке:

1. Устанавливается необходимое по ПУЭ допустимое сопротивление заземляющего устройства r зм. Если заземляющее устройство является общим для нескольких электроустановок, то расчетным сопротивлением заземляющего устройства является наименьшее из требуемых.

2. Определяется необходимое сопротивление искусственного заземлителя с учетом использования естественных заземлителей, включенных параллельно, из выражений

(8-14)

где r зм -допустимое сопротивление заземляющего устройства по п. 1, R и-сопротивление искусственного заземлителя; R е-сопротивление естественного заземлителя. Определяется расчетное удельное сопротивление грунта расч с учетом повышающих коэффициентов, учитывающих высыхание грунта летом и промерзание зимой.

При отсутствии точных данных о грунте можно воспользоваться табл. 8-1, где приведены средние данные по сопротивлениям грунтов, рекомендуемые для предварительных расчетов.

Средние удельные сопротивления грунтов и вод, рекомендуемые для предварительных расчетов

Примечание. Удельные сопротивления грунтов определены при влажности 10-20% к массе грунта

Измерение удельного сопротивления для получения более надежных результатов производят в теплое время года (май – октябрь) в средней полосе СССР. К измеренному значению удельного сопротивления грунта в зависимости от состояния грунта и от количества осадков вводятся поправочные коэффициенты к, учитывающие изменение вследствие высыхания и промерзания грунта, т. е. Р_расч =Р_к

Значения к, рекомендованные ВЭИ для средней полосы СССР, приведены в табл. 8-8; для других климатических зон они принимаются по данным табл. 8-2.

4. Определяется сопротивление растеканию одного вертикального электрода R в.о. формулам табл. 8-3. Эти формулы даны для стержневых электродов из круглой стали или труб.

При применении вертикальных электродов из угловой стали в формулу вместо диаметра трубы подставляется эквивалентный диаметр уголка, вычисленный по выражению

(8-15)

где b – ширина сторон уголка.

5. Определяется примерное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования

(8-16)

где R в.о. – сопротивление растеканию одного вертикального электрода, определенное в п. 4; R и – необходимое сопротивление искусственного заземлителя; К и,в,зм – коэффициент использования вертикальных заземлителей.

Значение повышающего коэффициента к для различных климатических зон

Коэффициенты использования вертикальных заземлителей даны в табл. 8-4 при расположении их в ряд и в табл. 8-5 при размещении их по контуру

6. Определяется сопротивление растеканию горизонтальных электродов Rг по формулам табл. 8-3. Коэффициенты использования горизонтальных электродов для предварительно принятого числа вертикальных электродов принимаются по табл. 8-6 при расположении вертикальных электродов в ряд и по табл. 8-7 при расположении вертикальных электродов по контуру.

(8-17)

где R г – сопротивление растеканию горизонтальных электродов, определенное в п.6; R и – необходимое сопротивление искусственного заземлителя.

Формулы для определения сопротивления растеканию тока различных заземлителей

Коэффициенты использования вертикальных заземлителей, К и,в,зм, размещенных в ряд, без учета влияния горизонтальных электродов связи

Коэффициенты использования вертикальных заземлителей, К и,в,зм, размещенных по контуру, без учета влияния горизонтальных электродов связи

Коэффициенты использования К и,г,зм горизонтальных соединительных электродов, в ряду из вертикальных электродов

Коэффициенты использования К и,г,зм вертикальных соединительных электродов в контуре из вертикальных электродов

8. Уточняется число вертикальных электродов с учетом коэффициентов использования по табл. 8-4 и 8-5:

Окончательно принимается число вертикальных электродов из условий размещения.

9. Для установок выше 1000 В с большими токами замыкания на землю проверяется термическая стойкость соединительных проводников по формуле (8-11).

Пример 1. Требуется рассчитать контурный заземлитель подстанции 110/10 кВ со следующими данными: наибольший ток через заземление при замыканиях на землю на стороне 110 кВ – 3,2 кА, наибольший ток через заземление при замыканиях на землю на стороне 10 кВ – 42 А; грунт в месте сооружения подстанции – суглинок; климатическая зона 2; дополнительно в качестве заземления используется система тросы – опоры с сопротивлением заземления 1,2 Ом.

Решение 1. Для стороны 110 кВ требуется сопротивление заземления 0,5 Ом, Для стороны 10 кВ по формуле (8-12) имеем:

где расчетное напряжение на заземляющем устройстве U_расч принято равным 125 В, так как заземляющее устройство используется также и для установок подстанции напряжением до 1000 В.

Таким образом, в качестве расчетного принимается сопротивление rзм = 0,5 Ом.

2.Сопротивление искусственного заземлителя рассчитывается с учетом использования системы тросы-опоры

3. Рекомендуемое для предварительных расчетов удельное сопротивление грунта в месте сооружения заземлителя (суглинка) по табл. 8-1 составляет 1000 Ом м. Повышающие коэффициенты к для горизонтальных протяженных электродов при глубине заложения 0,8 м равны 4,5 и соответственно 1,8 для вертикальных стержневых электродов длиной 2 – 3 м при глубине заложения их вершины 0,5 – 0,8 м.

Расчетные удельные сопротивления: для горизонтальных электродов Р_расч.г = 4,5х100 = 450 Ом м; для вертикальных электродов расч.в= 1,8х100 = 180 Ом м.

4. Определяется сопротивление растеканию одного вертикального электрода – уголка № 50 длиной 2,5 м при погружении ниже уровня земли на 0,7 м по формуле из табл. 8-3:

где d= d y,эд= 0,95; b = 0,95×0,95 = 0,0475 м; t =0,7 + 2,5/2 = 1,95 м;

5. Определяется примерное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования К и,в,зм = 0,6 :

6. Определяется сопротивление растеканию горизонтальных электродов (полосы 40х4 мм 2 ), приваренных к верхним концам уголков. Коэффициент использования соединительной полосы в контуре К и,г,зм при числе уголков примерно 100 и отношении a/l = 2 по табл. 8-7 равен 0,24. Сопротивление растеканию полосы по периметру контура (l = 500 м) по формуле из табл. 8-3 равно:

7. Уточненное сопротивление вертикальных электродов

8. Уточненное число вертикальных электродов определяется при коэффициенте использования К и, г, зм = 0,52, принятом из табл. 8-5 при n = 100 и a/l = 2:

Окончательно принимается 116 уголков.

Дополнительно к контуру на территории устраивается сетка из продольных полос, расположенных на расстоянии 0,8-1 м от оборудования, с поперечными связями через каждые 6 м. Дополнительно для выравнивания потенциалов у входов и въездов, а также по краям контура прокладываются углубленные полосы. Эти неучтенные горизонтальные электроды уменьшают общее сопротивление заземления, проводимость их идет в запас надежности.

9. Проверяется термическая стойкость полосы 40 × 4 мм 2 .

Минимальное сечение полосы из условий термической стойкости при к. з. на землю в формуле (8-11) при приведенном времени протекания тока к. з. tп = 1,1 равно:

Таким образом, полоса 40 × 4 мм 2 условию термической стойкости удовлетворяет.

Пример 2. Требуется рассчитать заземление подстанции с двумя трансформаторами 6/0,4 кВ мощностью 400 кВА со следующими данными: наибольший ток через заземление при замыкании на землю на стороне 6 кВ 18 А; грунт в месте сооружения – глина; климатическая зона 3; дополнительно в качестве заземления используется водопровод с сопротивлением растеканию 9 Ом.

Решение. Предполагается сооружение заземлителя с внешней стороны здания, к которому примыкает подстанция, с расположением вертикальных электродов в один ряд длиной 20 м; материал – круглая сталь диаметром 20 мм, метод погружения – ввертывание; верхние концы вертикальных стержней, погруженные на глубину 0,7 м, приварены к горизонтальному электроду из той же стали.

1. Для стороны 6 кВ требуется сопротивление заземления, определяемое формулой (8-12):

где расчетное напряжение на заземляющем устройстве принято равным 125 В, так как заземляющее устройство выполняется общим для сторон 6 и 0,4 кВ.

Согласно ПУЭ сопротивление заземления не должно превышать 4 Ом. Таким образом, расчетным является сопротивление заземления rзм = 4 Ом.

2. Сопротивление искусственного заземлителя рассчитывается с учетом использования водопровода в качестве параллельной ветви заземления

3. Рекомендуемое для расчетов сопротивление грунта в месте сооружения заземления (глина) по табл. 8-1 составляет 70 Ом*м. Повышающие коэффициенты к для 3-й климатической зоны по табл. 8-2 принимаются равными 2,2 для горизонтальных электродов при глубине заложения 0,7 м и 1,5 для вертикальных электродов длиной 2-3 м при глубине заложения их верхнего конца 0,5-0,8 м.

Расчетные удельные сопротивления грунта:

для горизонтальных электродов Р _расч.г = 2,2 × 70 = 154 Ом*м;

для вертикальных электродов Р _расч.в= 1,5х70 = 105 Ом*м.

4. Определяется сопротивление растеканию одного стержня диаметром 20 мм, длиной 2 м при погружении ниже уровня земли на 0,7 м по формуле из табл. 8-3:

5. Определяется примерное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования К и. г. зм = 0,9

6. Определяется сопротивление растеканию горизонтального электрода из круглой стали диаметром 20 мм, приваренного к верхним концам вертикальных стержней.

Коэффициент использования горизонтального электрода в ряду из стержней при числе их примерно 6 и отношении расстояния между стержнями к длине стержнями a/l = 20/5х2 = 2 в соответствии с табл. 8-6 принимается равным 0,85.

Сопротивление растеканию горизонтального электрода определяется по формуле из табл. 8-3 и 8-8:

Коэффициенты повышения сопротивления по отношению к измеренному удельному сопротивлению грунта (или сопротивлению заземления) для средней полосы СССР

Примечания:1) к 1 применяется, если измеренная величина Р (Rх) соответствует примерно минимальному значению (грунт влажный – времени измерений предшествовало выпадение большого количества осадков);

2) к2 применяется, если измеренная величина Р (Rх) соответствует примерно среднему значению (грунт средней влажности – времени измерений предшествовало выпадение небольшого количества осадков);

3) к3 применяется, если измеренная величина Р (Rх) соответствует примерно наибольшему значению (грунт сухой – времени измерений предшествовало выпадение незначительного количества осадков).

7. Уточненное сопротивление растеканию вертикальных электродов

8. Уточненное число вертикальных электродов определяется при коэффициенте использованияК и. г. зм= 0,83, принятом из табл. 8-4 при n = 5 и a/l= 20/2х4 = 2,5 (n = 5 вместо 6 принято из условия уменьшения числа вертикальных электродов при учете проводимости горизонтального электрода)

Окончательно принимается четыре вертикальных стержня, при этом сопротивление растеканию несколько меньше расчетного.

Выдержка из Справочника по электроснабжению промышленных предприятий

под общей редакцией А. А. Федорова и Г. В. Сербиновского

Удельное сопротивление грунта таблица пуэ

Согласно требований ПУЭ, заземление обязательно во всех электроустановках при напряжении 380 В. и выше переменного тока, 440 В. и выше постоянного тока, а в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках – при напряжении 42 В. и выше переменного тока, 110 В. и выше постоянного тока.

В электрических установках заземляются корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, вторичной обмотки измерительных трансформаторов, приводы электрических аппаратов, каркасы РУ, РП, ЩСУ, РЩ, ЩО, металлические корпуса кабельных муфт, металлические оболочки и броня кабелей, проводов, металлические конструкции зданий и сооружений и другие металлические конструкции, связанные с установкой электрооборудования.

Заземление, предназначено для создания нормальных условий работы аппарата или электроустановки называется рабочим заземлением. К рабочему заземлению относится заземление нейтралей трансформаторов, генераторов, дугогасительных катушек. Без рабочего заземления аппарат не может выполнить своих функций или нарушается режим работы электроустановки.

Для защиты оборудования от повреждений ударом молнии применяется грозозащита с помощью разрядников, искровых промежутков, стержневых и тросовых молниеотводов которые присоединяются к заземлителям. Такое заземление называется грозозащитным. Обычно для выполнения всех трех типов заземления используют одно заземляющее устройство. Для выполнения заземления используют естественные и искусственные заземлители.

В качестве естественных заземлителей применяют водопроводные трубы, металлические трубопроводы, проложенные в земле, за исключением трубопроводов горючих жидкостей и газов, металлические и железобетонные конструкции зданий, находящиеся в соприкосновении с землей, свинцовые оболочки кабелей, заземлители опор ВЛ, соединенные с заземляющим устройством грозозащитным тросом, рельсовые подъездные пути при наличии перемычек между рельсами.

Естественные заземлители должны быть связаны с магистралями заземлений не менее чем двумя проводниками в разных точках. В качестве искусственных заземлителей применяют прутковую круглую сталь диаметром не менее 10 мм ( стальной пруток ),угловую сталь (40х40, толщиной не менее 4мм), стальные трубы (не кондиция) толщиной стенки не менее 4мм.

Количество заземлителей ( вертикальных и горизонтальных ) определяется расчетом в зависимости от необходимого сопротивления заземляющего устройства, согласно требований ПУЭ.

УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ГРУНТОВ. Табл. 7.3

При расчете заземляющего устройства определяется тип заземлителей, их количество и место размещения, а также сечение заземляющих проводников. Выполняем расчет заземляющего устройства для механического отделения. Естественных заземлителей нет. Удельное сопротивление грунта (земля – суглинок) при нормальной влажности равно 86 Ом * м.

Сопротивление заземляющего устройства нейтрали трансформатора на стороне 0,4 кВ согласно ПУЭ должно быть не более 4 Ом. Сопротивление заземляющего устройства на стороне 10 кВ согласно ПУЭ должно быть не менее 10 Ом. При совмещении заземляющих устройств различных напряжений (по заданию 0,4 кВ и 10 кВ) принимаем меньшие из требуемых значений сопротивления заземляющего устройства, т.е. Rз = 4 Ом является определяющим значением для расчета.

Заземляющее устройство выполняем в виде контура из стальной полосы 40х4мм, проложенной на глубине 0,7м вокруг оборудования подстанции (горизонтальный заземлитель) на расстоянии 2-х метров от подстанции. Общая длина полосы 60 м. Предварительно принимаем в контуре 10 вертикальных заземлителей (стальные прутковые стержни длинной 5м и диаметром 12мм на расстоянии 5м друг от друга). Находим расчетное удельное сопротивление грунта:

Для горизонтального заземлителя:
P расч.Г = K сез.Г * P сугл. 3 * 86 = 285 Ом * м

Для вертикального заземлителя:
P расч.В = K сез.В * P сугл. 1,25 * 86 = 107,5 Ом * м

P расч.В – расчетное удельное сопротивление земли для вертикальных заземлителей,
P расч.Г – расчетное удельное сопротивление земли для горизонтальных заземлителей,
K сез.Г – коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта (справочная величина ) для горизонтальных заземлителей,
K сез.В – коэффициент сезонности, учитывающий промерзание и просыхание грунта (справочная величина ) для вертикальных заземлителей.

Определяем сопротивление горизонтальных заземлителей (соединительной полосы контура):

где,
L – длина полосы, м; t – глубина заложения, м; b – ширина полосы, м. Определяем сопротивление горизонтальной полосы в контуре с учетом коэффициента использования соединительной полосы в контуре из 10 вертикальных электродов табл. 7.4

КОЭФФИЦИЕНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ПОЛОСЫ
В КОНТУРЕ ИЗ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ. Табл. 7.4

Определяем сопротивление одного вертикального заземлителя (стальные прутковые стержни длинной 5м и диаметром 12мм)

где L – длина стержня, м; d – диаметр стержня, м; t – глубина заложения, равная расстоянию от поверхности земли до середины заземлителя, м. Определяем необходимое количество вертикальных заземлителей, с учетом коэффициента использования вертикальных заземлителей размещенных по контуру, зависящий от расстояния между ними а, их длины и количества табл. 7.5
Принимаем в контуре 10 вертикальных стержней.

КОЭФФИЦИЕНТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ
ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ, РАЗМЕЩЕННЫХ ПО КОНТУРУ
БЕЗ УЧЕТА ВЛИЯНИЯ ПОЛОСЫ СВЯЗИ. Табл. 7.5

Появилась возможность онлайн расчета: Онлайн расчет заземления

Просмотр и ввод комментариев к статье

Норма сопротивления контура заземления

Очень часто энергетики спорят на тему, какие должны быть нормы растекания тока контура заземления? Какова величина сопротивления контура заземления? Какое допустимое сопротивление контура заземления? Как правило, в таких спорах можно услышать разные цифры, одни называют 4 Ом, от других можно услышать 20 Ом, некоторые специалисты говорят, что сопротивление контура заземлителя не нормируется. Так какие же должны быть нормы и почему такая путаница?

Какие бывают испытания?

Начну с того, что поясню, какие бывают испытания. Электролаборатория проводит приёмо-сдаточные или эксплуатационные испытания. Приёмо-сдаточные испытания проводятся после окончания монтирования новой электроустановки, после того как, электроустановка смонтирована и сдана в эксплуатацию, с этого момента начинаются эксплуатационные испытания. Соответственно приёмо-сдаточные испытания проводятся только один раз, после окончания электромонтажных работ, а эксплуатационные испытания проводятся периодически, в процессе эксплуатации.

И так, существуют приёмо-сдаточные и эксплуатационные испытания. Приёмо-сдаточные испытания регламентируются Правилами Устройства Электроустановок (ПУЭ), а эксплуатационные Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭЭП).

Почему спорят специалисты?

Наконец, мы подошли к самому главному. Почему спорят специалисты, почему такие разные цифры они называют?

Во первых, нужно понять о каких испытаниях идёт речь. Если разговор идёт о приёмо-сдаточных испытаниях, то ответ нужно смотреть в ПУЭ, Глава 1.8, Нормы приёмо-сдаточных испытаний, а если об эксплуатационных, то ответ ищем в ПТЭЭП, Приложение 3, Нормы испытаний электрооборудования и аппаратов электроустановок потребителей.

Во вторых нужно понять предназначение контура заземления. Контур заземления бывает для подстанций и распределительных пунктов выше 1000 Вольт, воздушных линий электропередач до 1000 Вольт и выше 1000 Вольт и электроустановок до 1000 Вольт.

Какие нормы?

1. Контур заземления для электроустановки напряжением до 1000 Вольт:

ПУЭ, п. 1.8.39, таблица 1.8.38, п. 3 гласит: при измерении в непосредственной близости к трансформаторной подстанции, сопротивление контура заземления должно быть: 15, 30 или 60 Ом, при измерении с учетом естественных заземлителей и повторных заземлителей отходящих линий: 2, 4 или 8 Ом соответственно для напряжений 660, 380 и 220 Вольт.

ПТЭЭП, Приложение № 3, таблица 36 гласит: сопротивление контура заземления – 15, 30 или 60 Ом для напряжений сети 660-380, 380-220 и 220-127 Вольт соответственно (трёхфазная/однофазная сеть), а при измерении с учётом присоединённых повторных заземлений должно быть не более 2, 4 и 8 Ом при напряжениях соответственно 660, 380 и 220 Вольт источника трехфазного тока и напряжениях 380, 220 и 127 Вольт источника однофазного тока.

2. Контур заземления для трансформаторной подстанции и распредпунктов напряжением больше 1000 Вольт:

ПУЭ, п. 1.8.39, таблица 1.8.38, п. 1 гласит: при измерении в электроустановке с глухозаземленной и эффективно заземленной нейтралью, должно быть не более 0,5 Ом.

ПТЭЭП, Приложение № 3, таблица 36 гласит: при измерении в электроустановке напряжением 110 кВ и выше, в сетях с эффективным заземлением нейтрали, сопротивление контура должно быть не более 0,5 Ом.

В электроустановке 3 – 35 кВ сетей с изолированной нейтралью – 250/Ip, но не более 10 Ом, где Ip – расчетный ток замыкания на землю.

3. Контур заземления воздушной линии электропередачи напряжением выше 1 кВ:

ПУЭ, п. 1.8.39, таблица 1.8.38, п. 2 гласит: Заземляющие устройства опор высоковольтной линии (ВЛ) при удельном сопротивлении грунта, ρ, Ом·м: 100/100-500/500-1000/1000-5000 – 10, 15, 20 и 30 Ом соответственно.

ПТЭЭП, Приложение № 31, таблица 35, п. 4 гласит:

А. Для воздушных линий электропередач на напряжение выше 1000 В: Опоры, имеющие грозозащитный трос или другие устройства грозозащиты, металлические и железобетонные опоры ВЛ 35 кВ и такие же опоры ВЛ 3 – 20 кВ в
населенной местности, заземлители оборудования на опорах 110 кВ и выше: 10, 15, 20 или 30 Ом при удельном сопротивлении грунта, соответственно: 100, 100-500, 500-1000, 1000-5000 Ом·м.

Б. Для воздушных линий электропередач на напряжение до 1000 Вольт: Опора ВЛ с грозозащитой – 30 Ом, Опоры с повторными заземлителями нулевого провода – 15, 30 и 60 Ом для напряжений питающей сети 660-380, 380-220 и 220-127 Вольт (трёхфазная/однофазная сеть) соответственно.

Подведём итог

Для электромонтажников, работающих в сетях напряжением ниже 1000 Вольт:

Сопротивление растекания контура заземления на вновь построенной электроустановке должно быть 15, 30 или 60 Ом или 2, 4 и 8 Ом при измерении с присоединёнными естественными заземлителями и повторными заземлителями отходящих линий для напряжений питающей сети 660-380, 380-220 или 220-127 Вольт (трёхфазная/однофазная сеть) соответственно.

Сопротивление растекания контура заземления на уже эксплуатирующейся электроустановке, тоже 15, 30 и 60 Ом или 2, 4, 8 Ом при измерении с присоединёнными естественными и повторными заземлителями для напряжений сети 660-380, 380-220 и 220-127 Вольт (трёхфазная/однофазная сеть) соответственно.

Как видим, значения сопротивления контура заземления одинаковы, не зависимо от вида испытаний, но разные в зависимости от назначения контура заземления!

Статьи и обзоры систем автоматизации и безопасности

23 декабря 2010

Системы защитного заземления

В современном здании, в котором находится большое количество различных приёмников электроэнергии, возникает необходимость наличия системы заземления, которая обеспечивает электро- и пожарную безопасность, защиту дорогостоящего электронного оборудования, грозозащиту зданий. Ниже приведены некоторые выдержки из ПУЭ, которые касаются систем заземления и уравнивания потенциалов.

Основные требования ПУЭ по заземлению

Глава 7.1. ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ЖИЛЫХ, ОБЩЕСТВЕННЫХ, АДМИНИСТРАТИВНЫХ И БЫТОВЫХ ЗДАНИЙ

7.1.13. Питание электроприемников должно выполняться от сети 380/220 В с системой заземления ТN-S или ТN-С-S.

При реконструкции жилых и общественных зданий, имеющих напряжение сети 220/127 В или 3 х 220 В, следует предусматривать перевод сети на напряжение 380/220 В с системой заземления ТN-S или ТN-С-S.

7.1.21. При питании однофазных потребителей зданий от многофазной распределительной сети допускается для разных групп однофазных потребителей иметь общие N и РЕ проводники (пятипроводная сеть), проложенные непосредственно от ВРУ, объединение N и РЕ проводников (четырехпроводная сеть с РЕN проводником) не допускается.

7.1.36. Во всех зданиях линии групповой сети, прокладываемые от групповых, этажных и квартирных щитков до светильников общего освещения, штепсельных розеток и стационарных электроприемников, должны выполняться трехпроводными (фазный – L, нулевой рабочий – N и нулевой защитный – РЕ проводники).

Не допускается объединение нулевых рабочих и нулевых защитных проводников различных групповых линий
Нулевой рабочий и нулевой защитный проводники не допускается подключать на щитках под общий контактный зажим.
Сечения проводников должны отвечать требованиям п. 7.1.45.

7.1.68. Во всех помещениях необходимо присоединять открытые проводящие части светильников общего освещения и стационарных электроприемников (электрических плит, кипятильников, бытовых кондиционеров, электрополотенец и т.п.) к нулевому защитному проводнику.

7.1.69. В помещениях зданий металлические корпуса однофазных переносных электроприборов и настольных средств оргтехники класса I по ГОСТ 12.2.007.0-75 «ССБТ. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности» должны присоединяться к защитным проводникам трехпроводной групповой линии (см. п. 7.1.36).

К защитным проводникам должны подсоединяться металлические каркасы перегородок, дверей и рам, используемых для прокладки кабелей.

7.1.70. В помещениях без повышенной опасности допускается применение подвесных светильников, не оснащенных зажимами для подключения защитных проводников, при условии, что крюк для их подвески изолирован. Требования данного пункта не отменяют требований п. 7.1.36 и не являются основанием для выполнения электропроводок двухпроводными.

7.1.87. На вводе в здание должна быть выполнена система уравнивания потенциалов путем объединения следующих проводящих частей:

Основной (магистральный) защитный проводник;
Основной (магистральный) заземляющий проводник или основной заземляющий зажим;
Стальные трубы коммуникаций зданий и между зданиями;
Металлические части строительных конструкций, молниезащиты, системы центрального отопления, вентиляции и кондиционирования. Такие проводящие части должны быть соединены между собой на вводе в здание.

Рекомендуется по ходу передачи электроэнергии повторно выполнять дополнительные системы уравнивания потенциалов.

7.1.88. К дополнительной системе уравнивания потенциалов должны быть подключены все доступные прикосновению открытые проводящие части стационарных электроустановок, сторонние проводящие части и нулевые защитные проводники всего электрооборудования (в том числе штепсельных розеток).

Для ванных и душевых помещений дополнительная система уравнивания потенциалов является обязательной и должна предусматривать, в том числе, подключение сторонних проводящих частей, выходящих за пределы помещений. Если отсутствует электрооборудование с подключенными к системе уравнивания потенциалов нулевыми защитными проводниками, то систему уравнивания потенциалов следует подключить к РЕ шине (зажиму) на вводе. Нагревательные элементы, замоноличенные в пол, должны быть покрыты заземленной металлической сеткой или заземленной металлической оболочкой, подсоединенными к системе уравнивания потенциалов. В качестве дополнительной защиты для нагревательных элементов рекомендуется использовать УЗО на ток до 30 мА.

Не допускается использовать для саун, ванных и душевых помещений системы местного уравнивания потенциалов.

1.7.103. 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 источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.

1.7.111. Искусственные заземлители могут быть из черной или оцинкованной стали или медными. Искусственные заземлители не должны иметь окраски.

Траншеи для горизонтальных заземлителей должны заполняться однородным грунтом, не содержащим щебня и строительного мусора.

Не следует располагать (использовать) заземлители в местах, где земля подсушивается под действием тепла трубопроводов и т.п.

1.7.117. Заземляющий проводник, присоединяющий заземлитель рабочего (функционального) заземления к главной заземляющей шине в электроустановках напряжением до 1 кВ, должен иметь сечение не менее: медный – 10 мм², алюминиевый – 16 мм², стальной – 75 мм².

Расчёт заземления

Типовой расчёт сопротивления растеканию электрического тока заземляющего устройства, состоящего из вертикальных заземлителей, выполняется по приведённым ниже формулам:

R – общее сопротивление растеканию электрического тока

R1 – сопротивление вертикального заземлителя

R2 – сопротивление горизонтального заземлителя

ρ – удельное электрическое сопротивление грунта

ρ1 – удельное электрическое сопротивление верхнего слоя грунта

ρ2 – удельное электрическое сопротивление нижнего слоя грунта

n – количество вертикальных заземлителей

L1 – длина вертикального заземлителя

L2 – длина горизонтального заземлителя

L3 – длина соединительной полосы до ввода в здание

D – диаметр вертикального заземлителя

b – ширина полки горизонтального заземлителя

H – глубина верхнего слоя грунта

h1 – расстояние до середины вертикального заземлителя

h2 – расстояние до середины горизонтального заземлителя

k1 – климатический коэффициент для вертикальных заземлителей

k2 – климатический коэффициент для горизонтальных заземлителей

η – коэффициент использования для вертикальных электродов

Online расчёт заземления

Климатические коэффициенты для вертикальных и горизонтальных заземлителей

I — Архангельская, Мурманская, Вологодская, Кировская, Пермская, Свердловская, Сахалинская, Камчатская и Магаданская области, северная половина Западной и Восточной Сибири и Республика Коми, северная часть Хабаровского края и восточная часть Приморского края;

II — Республика Карелия, Ленинградская, Новгородская, Псковская области, южная часть Хабаровского и западная часть Приморского краев;

III — Смоленская, Калининградская, Московская, Калининская, Орловская, Тульская, Рязанская, Ивановская, Ярославская, Горьковская, Брянская, Челябинская, Владимирская, Калужская, Костромская, Амурская области, южная часть Западной и Восточной Сибири, Республика Чувашия, Республика Мордовия, Республика Марий Эл, Республика Татарстан, Республика Башкирия и Республика Удмуртия;

IV — Курская, Астраханская, Куйбышевская, Саратовская, Волгоградская, Оренбургская, Воронежская, Тамбовская, Пензенская, Ростовская, Ульяновская области, Краснодарский край, Северный Кавказ и Закавказье.

Коэффициенты использования ηв и ηг для многоэлектродных заземлителей состоящих из стержней (труб или уголков)

Отношение расстояния между
трубами к их длине