Контрольная работа
Задание 1. Расчет защитного заземления
Выполнить расчет заземляющего устройства
| вариант | Трансформаторная подстанция напряжением U, кВ | Параметры вертикального электрода | Параметры горизонтального электрода | Грунт | Климатическая зона | |
| Длина l В,м | Диаметр d, мм | Сечение полосы, мм2 | ||||
| 6/ 0,4 | 4 х 40 | Песок влажный | I | |||
| 10/ 6 | 4 х 40 | суглинок | II | |||
| 10/ 0,4 | 6 х 56 | Гравий глинистый | III | |||
| 6/ 0,4 | 8 х 60 | торф | IV | |||
| 10/ 0,6 | 4 х 32 | чернозем | I | |||
| 10/ 0,6 | 6 х 60 | суглинок | II | |||
| 6/ 0,4 | 6 х 50 | Суглинок влажный | III | |||
| 10/ 0,4 | 4 х 48 | суглинок | IV | |||
| 10/ 0,6 | 4 х 32 | чернозем | I | |||
| 6/ 0,4 | 6 х 48 | супесь | II | |||
| 10/ 0,4 | 4 х 50 | супесь | III | |||
| 10/ 0,6 | 6 х 56 | Суглинок влажный | IV | |||
| 10/ 0,4 | 8 х 50 | чернозем | I | |||
| 6/ 0,4 | 4 х 56 | супесь | II | |||
| 10/ 0,6 | 8 х 48 | супесь | III | |||
| 10/ 0,4 | 4 х 56 | Песок влажный | IV | |||
| 6/ 0,4 | 8 х 25 | супесь | I | |||
| 10/ 0.4 | 4 х 56 | Песок влажный | II | |||
| 10/0,6 | 8 х 32 | суглинок | III | |||
| 6/ 0,4 | 4 х 48 | Гравий глинистый | IV |
Порядок выполнения расчета
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 мм;
· 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 – ρэкв - 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.
Таблица 1. Удельное сопротивление грунта
| Грунт | Удельное сопротивление, среднее значение (Ом*м) |
| Вода | |
| Вода морская | 0,2 |
| Вода равнинной реки | |
| Вода грунтовая | 20 - 60 |
| Вечномёрзлый грунт - талый слой (у поверхности летом) | 500 - 1000 |
| Вечномёрзлый грунт (суглинок) | 20 000 |
| Вечномёрзлый грунт (песок) | 50 000 |
| Глина влажная | |
| Гравий глинистый, неоднородный | |
| Гравий однородный | |
| Песок влажный | 130 - 400 |
| Песок сухой | 1 500 - 4 200 |
| Супесь (супесок) | |
| Песчаник | 1 000 |
| Садовая земля | |
| Суглинок, сильно увлажненный грунтовыми водами | 10 - 60 |
| Торф при температуре 0 С° | |
| Чернозём | |
| Щебень сухой | 5 000 |
Длину 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.
| Значение сезонного климатического коэффициента сопротивления грунта Таблица 2 | |||||
| Тип заземляющих электродов | Климатическая зона | ||||
| I | II | III | IV | ||
| Стержневой (вертикальный) | 1.8 ÷ 2 | 1.5 ÷ 1.8 | 1.4 ÷ 1.6 | 1.2 ÷ 1.4 | |
| Полосовой (горизонтальный) | 4.5 ÷ 7 | 3.5 ÷ 4.5 | 2 ÷ 2.5 | 1.5 | |
| Климатические признаки зон | |||||
| Средняя многолетняя низшая температура (январь) | от -20+15 по С | от -14+10 по С | от -10 до 0 по С | от 0 до +5 по С | |
| Средняя многолетняя высшая температура (июль) | от +16 до +18 по С | от +18 до +22 по С | от +22 до +24 по С | от +24 до +26 по С |
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).
| Наибольшее допустимое значение сопротивления заземляющих устройств (ПТЭЭП) Таблица 3 | ||
| Характеристика электроустановки | Удельное сопротивление грунта ρ, Ом·м | Сопротивление Заземляющего устройства, Ом |
| Искусственный заземлитель к которому присоединяется нейтрали генераторов и трансформаторов, а также повторные заземлители нулевого провода (в том числе во вводах помещения) в сетях с заземленной нейтралью на напряжение, В: | ||
| 660/380 | до 100 | |
| свыше 100 | 0.5·ρ | |
| 380/220 | до 100 | |
| свыше 100 | 0.3·ρ | |
| 220/127 | до 100 | |
| свыше 100 | 0.6·ρ |
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:
Lг, b – длина и ширина заземлителя; Ψ – коэффициент сезонности горизонтального заземлителя; ηг – 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:
ηв – 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.