Расчет заземления электроустановки


Расчёт защитного заземления.

Расчёт защитного заземления может выполнятся по допустимому сопротивлению заземляющего устройства или по допустимым напряжениям прикосновения и шагаи.

Допустимые значения сопротивления заземляющих устройств согласно “Правил устройства электроустановок” следующие:

- если суммарная мощность источников тока, питающих сеть более 100 кВт.

- во всех остальных случаях.

  • Для установок выше 1000 В

- в сетях с номинальным напряжением 6, 35 кВ с изолированной нейтралью при малых токах заземления (менее 500 А) при условии использовании заземляющих устройств только для электроустановок напряжением выше 1000 В.

- тоже в сетях с номинальным напряжением 6, 35 кВ с изолированной нейтралью и малыми токами заземления, но с использованием заземляющих устройств одновременно и для электроустановок напряжением до 1000 В.

- в сетях напряжением 110 кВ и выше с эффективно заземлённой нейтралью при больших токах замыкания (более 500 А).

Ток замыкания на землю в установках напряжением более 1000 В без компенсации ёмкостных токов определяется из выражения

(1.1)

где U – линейное напряжение сети, кВ.

- длина кабельных линий, км.

- длина воздушных линий, км.

В установках напряжением более 1000 В без компенсации ёмкостных составляющих ток замыкания на землю принимается равным

- номинальный ток потребителей сети.

Порядок расчёта одиночных искусственных заземлений.

  1. Определить допустимое сопротивление заземляющего устройства - (см. выше).

  2. Принять тип заземлителя, который может быть выполнен из стальных стержней диаметром и длиной, из стальных труби, из стальной полосы ширинойи длиной 15, 25, 50 м. Расстояние между одиночными вертикальными заземлителями принимается, глубина заложения заземлителей принимается.

  3. Определить величину удельного сопротивления грунта по табл. 8.1.

  4. Определить общее сопротивления одиночных заземлителей.

- для вертикальных заглублённых в грунте по формуле:

(1.2)

где l, d и H – длина, диаметр и глубина заложения середины электрода от поверхности грунта, м, определяемая по формуле .

- для горизонтальных полос, заглубленных в грунте, по формуле

(1.3)

где l, b и - длина, ширина и глубина заложения полосы в грунте, м, показанные на рисунке 1.1.

Рис. 1.1 Схема расположения электродов защитного заземления в грунте

Если общее сопротивление меньше или равно допустимому сопротивлениюR , то принимаем один заземлитель.

Если общее сопротивление больше допустимого сопротивленияR , то необходимо принять несколько заземлителей.

5. Определить количество заземлителей по формуле

- для вертикальных заземлителей, заглубленных в грунте

(1.4)

где - коэффициент использования вертикальных заземлителей, определяемый из таблицы 1.2.

- для горизонтальных полосовых заземлителей, заглубленных в грунте

(1.5)

где - коэффициент использования уложенных полос, определяемый из таблицы 1.3.

6. Определить сопротивление соединительной полосы заземлителей в грунте по формуле

(1.6)

Здесь ,b и - см. формулу (1.11) и рис. 1.1.

- при расположении заземлителей в ряд

а – расстояние между заземлителями, принимаемое по табл. 1.2 и 1.3

n – количество заземлителей, принимаемое из расчёта.

7. Определить общее сопротивление заземляющего устройства (заземлителей и соединительных полос) по формуле

(1.7)

где - коэффициент использования соединительной полосы, определяется по табл. 4.

- коэффициент использования заземлителей. При вертикальных заземлителях принимается из таблицы 1.2, при горизонтальных полосовых заземлителях – из таблицы 1.4.

Если полученное значение полного сопротивления защитного заземления значительно меньше (в два и более раз) допустимого сопротивления необходимо уменьшить количество заземлителей, или изменить их размеры, или выбрать грунт с большим удельным сопротивлением.

Таблица 1.1.

Приближённые значения удельных электрических сопротивлений различных грунтов и воды.

Грунт, вода

Возможные пределы колебаний, Ом.м

Глина

8 – 70

Суглинок

40 - 150

Песок

400 – 700

Супесок

150 – 400

Торф

10 – 20

Чернозём

9 – 63

Садовая земля

30 – 60

Каменистый

500 – 800

Скалистый

Вода:

морская

речная

0,2 – 1

10 - 100

Таблица 1.2.

Коэффициенты использования заземлителей из труб или уголков без учёта влияния полосы связи.

Отношение расстояния между трубами (уголками к их длине)

При размещении в ряд

При размещении по контуру

Число труб (уголков)

Число труб (уголков)

1

2

0,84-0,87

4

0,66-0,72

3

0,76-0,8

6

0,58-0,65

5

0,67-0,72

10

0,52-0,58

10

0,56-0,62

20

0,44-0,5

15

0,51-0,56

40

0,38-0,44

20

0,47-0,5

60

0,36-0,42

2

2

0,9-0,52

4

0,76-0,8

3

0,85-0,88

6

0,71-0,75

5

0,79-0,83

10

0,66-0,71

10

0,72-0,77

20

0,61-0,66

15

0,66-0,73

40

0,55-0,61

20

0,65-0,7

60

0,52-0,58

3

2

0,93-0,95

4

0,84-0,86

3

0,9-0,92

6

0,78-0,82

5

0,85-0,88

10

0,74-0,73

10

0,79-0,83

20

0,68-0,73

15

0,76-0,8

40

0,64-0,69

20

0,74-0,79

60

0,62-0,67

Таблица 1.3.

Коэффициенты использования параллельно уложенных полос.

Длина каждой полосы, м

Число параллель-ных полос

Расстояние между параллельными полосами, м

1

2,5

5

10

15

15

2

0,56

0,65

0,75

0,80

0,85

15

0,37

0,49

0,60

0,73

0,79

10

0,25

0,37

0,49

0,64

0,72

25

2

0,50

0,60

0,70

0,75

0,80

15

0,35

0,45

0,50

0,66

0,73

10

0,23

0,31

0,43

0,57

0,66

0,7550

2

0,45

0,55

0,65

0,70

0,75

15

0,33

0,40

0,48

0,58

0,65

10

0,20

0,27

0,35

0,46

0,53

Таблица 1.4.

Коэффициент использования соединительной полосы заземлителей из труб или уголков.

Отношение расстояния между за-землителями к их длине

Число труб или уголков

4

8

10

20

30

50

При расположении полосы в ряду труб или уголков

1

0,77

0,67

0,62

0,42

0,31

0,21

2

0,89

0,79

0,75

0,56

0,46

0,36

3

0,92

0,85

0,82

0,68

0,58

0,49

При расположении полосы по контуру труб или уголков

1

0,45

0,36

0,34

0,27

0,24

0,21

2

0,55

0,43

0,40

0,32

0,30

0,28

3

0,7

0,80

0,56

0,45

0,41

0,37

studfiles.net

Расчет заземления

Расчет защитного заземления произвести самостоятельно сможет только специалист, который знаком с законами электричества и имеет профессиональные навыки в данном ответственном деле. Надеемся, что информация, которая будет представлена ниже, поможет людям, не являющимся в данном вопросе профессионалами, а приведенные примеры вычислений ускорят правильные расчеты.  Лет 20 назад в жилых домах/квартирах (особенно в сельской местности) никто не делал заземления электрической проводки: строители – электрики подводили в помещение только фазу и ноль. На промышленных объектах такого «безобразия» не было: расчет защитного заземления производился профессионально и в необходимом объеме. На промышленных предприятиях, там, где это было возможно, производили зануление электрического контура. При однофазной проводке для того, чтобы произвести «зануление» необходим третий провод (третья жила в кабеле).

Необходимые сведения для самостоятельного расчета заземления

Фундаментальные требования, которых необходимо придерживаться при изготовлении заземляющих конструкций — это размеры металлических элементов. В зависимости от применяемого материала (уголка, полосы, арматуры/прутка) минимальные показатели элементов должны быть не меньше:

  • Полоса 12х4 – 4,8 см2;
  • Уголок 4х4;
  • Арматура/пруток – диаметр от 1,0 см;
  • Труба (толщина стенки) – 3,5 мм.

Наименьшие размеры металлических элементов, из которых монтируются заземляющие контуры

  • Длина заземляющего элемента должна быть не менее 1,5 – 2 м.
  • Интервал между металлическими элементами контура берется из соотношения их метража, то есть: a = 1хL; a = 2хL; a = 3хL.

В зависимости от имеющейся на участке площадки и возможности проведения монтажных работ, заземляющие элементы контура можно устанавливать любым способом: в ряд, или другим методом (треугольником, квадратом и т.п.). Для точности вычислений необходимо знать удельные показатели сопротивляемости различных видов почвы и водной среды. Таблица № 1

Показатели (приблизительные) удельных сопротивлений грунтов и воды p, Ом•м

electry.ru

Расчет заземления

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электрических станций

РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ В УСТАНОВКАХ С ЭФФЕКТИВНО-ЗАЗЕМЛЕННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ

Методические указания

к курсовому и дипломному проектированию

Для студентов з/о

специальности – 100100 электрические станции, обучающихся по ускоренной форме (на базе среднего технического образования)

Киров 2000

УДК 621. 311.2:621.313./.316

Составитель : к.т.н., ст. препод. Кушкова Е.И.,

каф. ЭС

Подписано в печать Усл.печ. л

Бумага типографская. Печать матричная.

Заказ № Тираж Бесплатно.

Текст напечатан с оригинал-макета, предоставленного авторами

 Вятский государственный технический университет, 2000

Права на данное издание принадлежат Вятскому

государственному техническому университету

Заземляющее устройство для установок с эффективно-заземленной нейтралью (110 кВ и выше) выполняется в виде горизонтальной сетки из проводников, уложенных в земле на глубине t=0,50,8 м, и вертикальных электродов. Сетка охватывает всю площадь, на которой расположено электрооборудование. Она состоит из контурного проводника и некоторого числа внутренних проводников (продольных и поперечных), образующих квадратные или прямоугольные ячейки. Расстояние между продольными и поперечными горизонтальными заземлителями не должно превышать 30 м. Вертикальные электроды следует устанавливать только по периметру сетки. Длина вертикальных электродов lВ=520 м.

Размер ОРУ определяется исходя из размеров ячейки и количества ячеек. Площадь заземления (S, м2) принимается равной площади ОРУ.

Строение земли, как правило, слоистое. Чтобы упростить расчет, реальную многослойную схему приводят к эквивалентной двухслойной.

Расчет заземляющих устройств в установках 110 кВ и выше производится по допустимому сопротивлению заземления (RЗ=0,5 Ом) и предельно допустимому напряжению прикосновения (UПР.ДОП), причем основной является вторая величина.

Порядок выполнения расчета:

  1. По таблице 1 выбрать тип грунта верхнего и нижнего слоя земли. Определить удельное сопротивление верхнего (1, Омм) и нижнего (2, Омм) слоя. Задавшись климатической зоной, по таблице 2 определить толщину верхнего слоя (h2=hC, м).

Таблица 1 – Удельные сопротивления грунтов

Грунт

Ом  м

Грунт

Ом  м

Песок

4001000

Торф

20

Супесок

150400

Чернозем

1050

Суглинок

40150

Мергель, известняк

10002000

Глина

870

Скалистый грунт

20004000

Садовая земля

40

Таблица 2

Климатическая зона

I

II

III

IV

Толщина слоя сезонных изменений hC , м

2,2

2,0

1,8

1,6

  1. Зная размеры и количество ячеек ОРУ определить его площадь (S, м2) и периметр (Р, м).

  2. Задаться глубиной заложения (t =0,50,8 м), размером и числом электродов и условно (в масштабе) разместить их на площадке ОРУ (рис. 1). Причем расстояние между горизонтальными полосами должно быть не более 30 м. Вертикальные проводники установить по периметру сетки, расстояние между ними от 1 до 4 lВ.

Рисунок 1. Схема заземлителя.

  1. Определить общую длину горизонтальных проводников (LГ , м), количество (nВ) и полную длину вертикальных электродов (LВ= lВnВ, м), среднее расстояние между вертикальными проводниками (= P/ nB).

  2. Определить сопротивление заземлителя:

,

где при;

при.

–эквивалентное удельное среднее сопротивление земли.

,

где при;

при.

  1. Сопротивление заземляющего устройства, включая естественные заземлители:

,

где – сопротивление естественных заземлителей.

Поскольку на сопротивление естественных заземлителей влияют многие факторы, то его величину определяют непосредственно измерением. В расчетах можно приближенно принять =1,53 Ом.

  1. По таблице 3 определить наибольшее допустимое напряжение прикосновения (UПР.ДОП, В). За расчетную длительность воздействия принимается B=tРЗ + tОВ (см. расчет токов КЗ).

Таблица 3

Длительность воздействия, с

до 0,1

0,2

0,5

0,7

1,0

более 1

до 3

Наибольшее допустимое напряжение прикосновения, В

500

400

200

130

100

65

  1. Напряжение, приложенное к человеку

,

где – коэффициент распределения потенциала по поверхности земли

.

Параметр М определяется по таблице 4.

Таблица 4

0,5

1

2

3

4

5

6

7

8

10

М

0,36

0,50

0,62

0,69

0,72

0,75

0,77

0,79

0,80

0,82

Коэффициент ,

где =1000 Ом – сопротивление тела человека;–сопротивление растекания тока от ступней.

–сопротивление верхнего слоя земли.

–начальное значение периодической составляющей тока при однофазном КЗ на ОРУ.

Так как в сети с эффективно-заземленной нейтралью принимаются меры по ограничению тока однофазного КЗ, для того чтобы он не превышал тока трехфазного КЗ, то при расчете заземления условно можно принять .

  1. Проверяется условие UЧ < UПР. ДОП .

Если условие не выполняется, то необходимо уменьшить расстояние между горизонтальными заземлителями (увеличивается LГ), увеличить число и длину вертикальных заземлителей. Эффективной мерой является подсыпка гравия или щебня слоем 0,150,2 м по всей территории ОРУ. Удельное сопротивление верхнего слоя при этом резко возрастает (Омм), что снижает ток, проходящий через человека, так как резко возрастает .

Пример расчета заземляющего устройства.

Задание.

Рассчитать заземляющее устройство ОРУ 220 кВ, выполненное по схеме две системы сборных шин с обходной. Число присоединений равно 8. Начальное значение периодической составляющей тока при трехфазном КЗ на ОРУ 10 кА, время отключения  =0,2 с.

Решение.

  1. По таблице 1 принимаем в качестве верхнего слоя супесок (Омм), в качестве нижнего слоя суглинок (Омм). Пусть РУ находится во второй климатической зоне, тогда по таблице 2 h2=2 м.

  2. По [3] размеры ячейки типового ОРУ 220 кВ, выполненного по схеме две системы сборных шин с обходной 90,6х15,4 м. На ОРУ 8 ячеек присоединений, а также ячейки шиносоединительного и обходного выключателей, всего 10 ячеек. Размеры ОРУ 90,6х154 м, площадь S=13952,4 м2., периметр Р=489,2 м.

  3. Принимаем глубину заложения электродов t=0,6 м, расстояние между горизонтальными полосами 20 м., длина вертикальных электродов lВ=20 м. Вертикальные электроды установлены по периметру сетки в местах пересечения внутренних проводников с контурным. Уточняем расстояние между горизонтальными проводниками. Количество ячеек и. Принимаем 4 и 7 ячеек. Расстояние между продольными проводникамим, между поперечнымим. На рисунке 1 приведена схема заземлителя.

Рисунок 1. Схема заземлителя ОРУ 220 кВ.

  1. Общая длина горизонтальных проводников

м.

Число вертикальных электродов nВ=22, полная длина вертикальных электродов

LВ= lВnВ, м.

.

Среднее расстояние между вертикальными проводниками

= P/ nB , м.

= 489,2/22=22,2 м.

  1. Определяем сопротивление заземлителя

, Ом.

м;

>0,1;

.

, Омм.

.

.

.

  1. Сопротивление заземляющего устройства, включая естественные заземлители:

, Ом.

Сопротивление естественных заземлителей приближенно принимаем =1,5 Ом.

.

Сопротивление заземляющего устройства ниже допустимого, но основной является величина допустимого напряжения прикосновения.

  1. По таблице 3 для длительности воздействия В=0,2 с наибольшее допустимое напряжение прикосновения UПР. ДОП =400 В.

  1. Рассчитываем напряжение, приложенное к человеку

, В.

.

По таблице 4 для =4 параметр М=0,72.

.

Коэффициент ,

где =1000 Ом – сопротивление тела человека;

–сопротивление растекания тока от ступней.

=400 – сопротивление верхнего слоя земли.

.

=10 кА.

.

Для уменьшения напряжения прикосновения применим подсыпку слоя гравия толщиной 0,2 м по всей территории ОРУ. Удельное сопротивление верхнего слоя при этом Омм, тогда

.

Подсыпка гравием не влияет на растекание тока с заземляющего устройства, так как глубина заложения заземлителей 0,6 м больше толщины слоя гравия, поэтому соотношение и величина М остаются неизменными, тогда напряжение прикосновения

,

что меньше допустимого значения 400 В.

Литература

  1. Электротехнический справочник, т.1 /Под. общ. ред. В.Г. Герасимова и др./ – М.: Энергоатомиздат, 1985.

  2. Васильев А.А., Крючков И.П., Наяшкова Е.Ф., Околович М.Н. Электрическая часть станций и подстанций.– М.: Энергоатомиздат, 1990.

  3. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций.– М.: Энергоатомиздат, 1987.

  4. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. – М.: Энергия, 1979.

studfiles.net

Задача заземление-1

Задача №3

Расчет устройства защитного заземления (УЗЗ)

Рассчитать устройство защитного заземления (УЗЗ, искусственный заземлитель) для электроустановок напряжением до 1000 В (220/380 В), мощностью N = 260, кВт. Помещение, где установлены электроустановки расположено в климатической зоне К=3. Наряду с УЗЗ использовать естественный заземлитель - трубопровод длиной L=25м, проложенный в земле на глубине 2,5 м, диаметром D=35мм.

Для искусственных заземлителей используются трубы длиной l=2,5м, диаметром d=25мм и полосовая сталь шириной n=30мм и толщиной 4 мм.

Конструкция УЗЗ согласно [1]

Вариант

Грунт

К

L, м

D, мм

l, м

d, мм

n, мм

N, кВт

Зольников В.К.

глина

3

25

35

2,5

25

30

260

Литература:

  1. Расчет устройства защитного заземления: методические указания к выполнению самостоятельной работы / ТПУ; сост.: Б.А. Тихонов, А.Г. Дашковский. – Томск: Изд-во ТПУ, 1997. – 12 с.

  2. Долин П.А. Справочник по технике безопасности. – М.: Энергоатомиздат, – 1984. – 824 с.

Искусственное групповое защитное заземляющее устройство (УЗЗ) состоит из вертикальных электродов и горизонтально расположенной соединительной полосы, соединенных между собой сваркой. Для обеспечения надежной защиты от электропоражения устройство заглубляется в земле на 0,7-0,8 м. Это необходимо, так как верхний слой земли промерзает и высыхает при снижении и повышении сезонных колебаний температуры, что может приводить к возрастанию удельного сопротивления растеканию тока в земле.

Для уменьшения размеров и экономических затрат на сооружение УЗЗ рекомендуется использовать сопротивление естественных заземлителей. В качестве которых можно использовать: свинцовые оболочки кабелей; инженерные сооружения, проложенные в земле, кроме трубопроводов для горючих жидкостей; грозозащита опор линий электропередачи.

В данной работе расчет УЗЗ выполнен, исходя из допустимого, согласно ПУЭ, сопротивления заземлителя растеканию тока методом коэффициентов использования.

Исходные данные для расчета

Для расчета заземления необходимы следующие све­дения:

1) характеристика электроустановки: электроустановка напряжением до 1000 В (220/380 В), мощностью N = 260, кВт;

2) формы и размеры электродов, из которых предполагается соорудить проектируемый групповой заземлитель, а также предполагаемая глубина погружения их в землю. Вертикальные (стержневые) электроды, забиваемые вертикально в землю, выполнены обычно из стальных труб диаметром 2,5 см с толщиной стенки не менее 3,5 мм длиной 2,5 м. Для горизонтальных электродов применяется полосовая сталь сечением 4х30 мм;

3) удельное сопротивление грун­та на участке, где сооружается заземли­тель, 60 Ом·м (в соответствии с табл. 1).

Таблица 1

Удельные сопротивления грунта растеканию тока короткого замыкания

Грунт

Удельное сопротивление, (Ом·м)

Грунт

Удельное сопротивление, (Ом·м)

Песок сухой

2500

Глина

60

Песок влажный

600

Торф

20

Супесок

300

Каменный

4000

Чернозем

200

Вода речная

100

Суглинок

100

Вода озерная

50

4) естественный заземлитель: трубопровод длиной L=25м, проложенный в земле на глубине 2,5 м, диаметром D=35мм.

Сопротивление естественных зазем­лителей

вычисляются по формулам, выведенным для искусственных заземлителей аналогичной формы (см. [1], табл.1-17), или специальным формулам, встречаю­щимся в технической литературе.

Определяем сопротивление трубопровода:

где: ρ= 60 Ом·м – удельное сопротивление грунта;

КГ– повышающий коэффициент для горизонтальной полосы. Для 3 климатической зоны равен 2,25;

lп=25м – длина трубы;

hп =2,5 м – глубина заложения трубопровода;

D= 35 мм – диаметр трубы.

Требуемая величина устройства защитного заземления

Для установок с напряжением до 1000В при мощности менее 100кВА сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 10 Ом, а в противном случае – не более 4 Ом.

Так как мощность нашего устройства составляет 260 кВт, сопротивление заземляющего устройства должно быть не более R=4 Ом.

Требуемая величина искусственного заземляющего устройства может быть определена как

Расчет сопротивления одного заземляющего электрода

Сопротивление одного электрода:

где: ρ= 60 Ом·м – удельное сопротивление грунта;

КВ = 1,5 – коэффициент, учитывающий сезонные изменения ρ для вертикально помещенных в грунт проводников (для 3 климатической зоны);

lЭ = 2,5м – длина заземлителя;

dЭ= 25 мм – диаметр заземлителя;

hЭ= 0,8+ lЭ / 2 = 2,05м – глубина заложения заземлителя, определяемая в соответствии с рис. 1.

В установках размещение электродов долж­но обеспечить возможно полное выравнивание потенциа­ла на площадке, занятой электрооборудованием. С этой целью заземлитель должен быть выполнен в виде гори­зонтальной сетки из проводников, уложенных в земле на глубине 0,5-0,8 м, и вертикальных электродов.

0,8 м

2,5 м

Рис. 1. Расположение заземляющего электрода

rЭ= (0,366 х 60х1,5 / 2,5)[lg(5 / 0,025)+0,5lg((4х2,05+2,5) / (4х2,05-2,5))] = =13,176(2,3+0,137) = 32,1 Ом.

Предварительно требуемое количество электродов определяется:

n* = rЭ / RЗ =32,1 / 7,8 = 4,

где RЗ – требуемая величина заземляющего устройства.

Сопротивление полосы, соединяющей электроды, определяется как:

где КГ– повышающий коэффициент для горизонтальной полосы. Для 3 климатической зоны равен КГ =2,25;

длина полосы lП для соединения по контуру:

lП = α . (n* – 1)= 5(4-1) = 15 м, где α=2 lЭ = 5м;

hП = 0,8 м – глубина залегания полосы;

b=0,03 м – ширина соединяющей электроды полосы.

Тогда числовое значение сопротивления полосы, соединяющей электроды, определяется как:

Общее сопротивление контура защитного заземления определяется как:

где ηП=0,5 – коэффициент использования полосы при отношении α : l =2;

ηП=0,8 – коэффициент использования электродов при отношении α : l =2.

Так как условие RΣ

studfiles.net


Смотрите также