Расчет заземляющих устройств: Расчет заземляющих устройств — Онлайн-журнал «Толковый электрик»

Содержание

Расчет заземляющих устройств — Онлайн-журнал «Толковый электрик»

Контур заземления необходим для защиты людей от поражения электрическим током. Для молниезащиты создается собственное заземляющее устройство, не связанное с защитным контуром заземления. Для правильной их постройки требуется расчет.

Заземляющее устройство (ЗУ) имеет параметр, называемый сопротивлением растекания или просто – сопротивлением. Оно показывает, насколько хорошим проводником электрического тока является данное ЗУ. Для электроустановок с линейным напряжением 380 В сопротивление растекания ЗУ не должно быть более 30 Ом, на трансформаторных подстанциях – 4 Ом. Для контуров заземления медицинской техники и оборудования видеонаблюдения, серверных комнат, норма устанавливается индивидуально и составляет от 0,5 до 1 Ом.

Задача расчета заземляющего устройства – определение количества и расположения вертикальных и горизонтальных заземлителей, достаточного для получения требуемого сопротивления.

Определение удельного сопротивления грунта

На результаты расчетов ЗУ оказывает существенное влияние характеристика грунта в месте его постройки, называемая удельным сопротивлением (⍴). Для каждого из видов грунта существует расчетное значение, указанное в таблице.

Удельные сопротивления грунтов и воды

На сопротивление грунта оказывают влияние влажность и температура. Зимой при максимальном промерзании и летом в засуху удельное сопротивление достигает максимальных значений. Для учета влияния погодных условий к величине ⍴ вводятся поправки для климатической зоны.

Поправочные коэффициенты удельного сопротивления

Если есть возможность, перед расчетами производят измерение удельного сопротивления.

Виды заземлителей и расчет их сопротивления

Заземлители бывают естественными и искусственными, и для создания заземляющего устройства используются и те, и другие. Рассчитать влияние естественных заземлителей (железобетонных фундаментов, свай) на величину сопротивления растекания сложно, это проще сделать методом измерений на месте. Сопротивление естественных заземлителей длиной более 100 м можно узнать из таблицы.

Сопротивление естественных заземлителей

Если значение ⍴ отличается от 100 Ом∙м, значение R умножается на соотношение ⍴/100.

В качестве искусственных заземлителей используются арматура, трубы, угловая или полосовая сталь. Сопротивление каждого из них рассчитывается по собственной формуле, указанной в таблице.

Значения переменных в формулах:

— удельное сопротивление грунта, определенное с учетом поправочных коэффициентов, Ом∙м
l— длина электрода, м
d— внешний диаметр электрода, м
t— расстояние до середины электрода от поверхности земли, м
b— ширина полосового электрода или ширина полки угловой стали, м

Теперь рассчитывается суммарное сопротивление штырей искусственных заземлителей:

n— число вертикальных электродов, принятое для расчета
ŋв— коэффициент, учитывающий экранирование электродов соседними, определяемый по следующей таблице
Коэффициент использования вертикальных электродов

Далее нужно учесть влияние полосы, соединяющей электроды. Для этого из следующих таблиц выбирается значение коэффициента использования ŋг.

Коэффициенты использования соединительной полосы

Вычисляем сопротивление проводника, соединяющего вертикальные заземлители по формуле:

И полное сопротивление заземляющего устройства.

Если рассчитанное сопротивление контура заземления оказалось недостаточным, увеличиваем количество вертикальных заземлителей или изменяем их вид. Повторяем расчет до получения требуемого значения сопротивления.

Оцените качество статьи:

Примеры расчёта заземляющего устройства

Необходимость заземления

Несмотря на всю важность, расчёт защитного заземления и его установка стали обязательными относительно недавно. Ещё несколько десятилетий назад при обеспечении электроэнергией деревянных жилых домов проводили только нулевой провод и фазу, в то время как на производствах с целью обеспечения безопасности уже использовали заземление и зануление оборудования

В основе этих процессов лежит понятие нейтрали.

Этим термином в электрике принято обозначать место схождения трёх фаз, соединённых звездой. Вместе с заземлением эта точка образует глухозаземлённую нейтраль трансформатора. Чтобы заземлить электроприборы, их нужно соединить с нейтралью посредством специально приваренной шины. Для зануления оборудования нейтраль требуется соединить с нулевой шиной.

Сегодня в жилых и общественных зданиях заземляют водопроводные, канализационные, газопроводные трубы, а также распределительные электрощитки. Защитное заземление создают путём соединения с землёй металлических, не проводящих ток конструкций, которые могут оказаться под напряжением. Оно является обязательным для сетей:

  • Переменного тока — при напряжении от 380 В.
  • Постоянного тока — при напряжении от 440 В.

Методика расчета

Расчет делается исходя от того, какое заземление используется. В формуле указывается количество используемых заземлителей, их длину и толщину. Также все зависит и от параметров грунта, который окружает частный дом.

Существует несколько вариантов установки заземлителей. Это такие методы, как:

  1. Вертикальный. Делиться на два подвида: тот, что устанавливают у поверхности и тот, что монтируют с заглублением (предпочтительно на 70 см).
  2. Горизонтальный. Делиться на два подвида: с установкой по поверхности грунта и в траншее (предпочтительно 50 – 70 см).

Заземление включает в себя горизонтальные и вертикальные стержни, расчет которых осуществляется отдельно. В зависимости от длинны стержня, берется дистанция между ними, т. е. размер а должен быть кратен размеру L. Пример: а = 1xL; а = 2xL.

Формула, по которой делается расчет одиночного вертикального стержня, который не закапывается в почву, выглядит следующим образом:

где:

  • p – удельное сопротивление почвы;
  • l – длина заземлителя;
  • D – диаметр электрода.

Примечание: если заземление имеет угловой профиль с шириной b, то d = 0.95b.

Расчет заземлителя, который монтируют с углублением на 70 см (h = 0,7 м) в землю, производится по следующей формуле:

Горизонтальное заземление у поверхности рассчитывается по формуле:

Примечание: формула предоставлена для прямоугольного и трубного профиля с шириной полки b, для полосы считать d нужно с учетом d= 0.5b.

Расчет электрода, который располагается в траншее 70 см (h = 0,7 м), производится по следующей формуле:

Для полосы шириной b необходимо считать d =0,5 b.

Расчет суммарного сопротивления заземлителя осуществляется следующим образом:

где:

  • n – численность вертикальных заземлителей;
  • Rв и Rг – сопротивления заземленных элементов;
  • nв – коэффициент употребления заземлителей.

Этот коэффициент берется из таблицы:

Методом коэффициента использования можно определить, какое воздействие проявляют друг на друга токи растекания с заземлителей при их разнообразном размещении.

Например, если их объединить параллельно, то токи растекания электродов имеют взаимное действие на каждый элемент. Поэтому при минимальной дистанции между элементами, сопротивление заземленного контура будет значительно больше.

Заземление происходит по нескольким схемам расположения электродов. Самой распространенной считается схема в виде треугольника. Но это не обязательная конфигурация электродов. Также их можно разместить в одну линию или последовательно по контуру. Такой вариант удобен в том случае, когда для обустройства системы был выделен небольшой узкий участок на земле.

Дополнительно вы можете проверить результат, воспользовавшись онлайн-калькулятором для расчета заземления!

Заземляющий проводник соединяет с электрическим щитом сам контур конструкции. Ниже приведены схемы:

При проведении расчетов заземления важно обеспечить точность, чтобы не допустить ухудшения электробезопасности. Чтобы не допустить ошибки в расчетах, вы можете воспользоваться специальными программами для расчета заземления в интернете, с помощью которых можно точно и быстро рассчитать нужные значения!.

На видео ниже наглядно демонстрируется пример расчетных работ в программе Электрик:

На видео ниже наглядно демонстрируется пример расчетных работ в программе Электрик:

Вот по такой методике производится расчет заземления для частного дома. Надеемся, предоставленные формулы, таблицы и схемы помогли вам самостоятельно справиться с работой!

Наверняка вам будет интересно:

  • Схема электрического отопления дома
  • Как сделать молниеотвод своими руками
  • Что такое система уравнивания потенциалов

Скачать

 Электрик — Бесплатная программа для электриков и проектировщиков предназначена в помощь электрификаторам всех уровней в быту

Программа позволяет:-рассчитать мощность по 1ф/3ф току. -рассчитать ток по 1ф/3ф мощности.-по заданому сечению и условиям прокладки оределить ток и мощность.-рассчитать потери напряжения-рассчитать токи короткого замыкания-определить диаметр провода,кабеля,шнура и спецкабеля.-определить сечение провода,кабеля,шнура и спецкабеля-проверить выбранное сечение на:-нагрев-экономическую плотность тока-потери напряжения-корону -выбрать сечение провода,кабеля,шнура и спецкабеля при определенной прокладке и потерю напряжения для проводников до 1000 В при определенной длине.-определить ток плавки материала проводника.-определить сопротивление.-определить нагрев.-определить энергию электрической цепи.-определить количество теплоты,выделяющейся в цепи(работа).-расчитать заземление,как одиночного так и контора.-расчитать промерзания грунта для работ по заземлению и прокладке кабелей-выбрать автоматы защиты-произвести расчет работ и выбор оборудования связанных с электрификацией.и многое другое.

Сайт программы: http://rzd2001.narod.ru/load.html

Программа Заземление — предназначена для расчета заземления

Программа Заземление сводится к определению длины горизонтального заземлителя (обвязка) и числа вертикальных заземлителей (стержней) при заданных условиях.

Тестировалась на Win 9x, Win XP, Win 7, Win 8, Win 10Инсталляции не требуетсяДля работы программы в Win 9x необходима библиотека для программ написанных на языке VB. Проверте, установлен ли у Вас файл C:\Windows\System\msvbvm60.dll Если у Вас его нет, то взять можно здесьУстанавливается файл msvbvm60.dll или в C:\Windows\System или в директорию программы.Подробная помощь и описание работы в программе zz.exe

Сайт программы: http://rzd2001.narod.ru/zz.html

Программа Расчет зон молниезащиты предназначена для расчета зон молниезащиты

Установите длину, ширину и высоту здания или сооружения,которое собираетесь защищать. Щелкните по последнему текстовому полю (желтое) и выберете n -среднегодовое число ударов молнии в 1 кв.км земной поверхностив месте расположения здания(сооружения) щелчком на соответствующемтекстовом поле в нижней правой части карты. Выберете из базы данных категорию защищаемого здания/сооружения. Выберете зону защиты: А или Б (щелкните на выбранное желтое поле)в соответствии с N (ожидаемое количество поражений молнией)Читайте примечание (кнопка «Примечание»).

Выберете из 5-ти схем соответствующую вам и щелкните. Установите значения в левых текстовых полях и нажмите кнопку»Расчет»К каждому из пяти схем соответствует свое примечание(кнопка «Примечание»)Там же и формулы для расчета каждой схемы защиты.

Сайт программы: http://rzd2001.narod.ru/mz.html

Программа Короткое замыкание kz1000 v 1.1 предназначена для расчета токов короткого замыкания в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ kz1000

Программа позволяет:рассчитать ток 1-но(3-х) фазного короткого замыканияна кабельных и воздушных линиях.Расчет в программе ведется согласно указаниям ГОСТ 28249-93 «Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1 кВ».

Сайт программы: http://rzd2001.narod.ru/kz.html

«ElectriCS Storm»

Более сложной в использовании программой, для работы с которой требуются навыки моделирования, является ElectriCS Storm. Использовать ее для вычислений заземляющего контура дома не целесообразно, т.

к. вы скорее всего запутаетесь и рассчитаете все с ошибками. Мы рекомендуем работать с данным софтом профессионалам в области энергетики или же студентам ВУЗов пересекающихся специальностей.

Преимуществом данного программного продукта является то, что можно осуществлять проектирование заземляющего устройства (ЗУ) и тем самым выводить 3D модель готовых защитных контуров. Помимо этого функциональные возможности программы позволяют рассчитывать электромагнитную обстановку и заземление подстанций.

Все чертежи можно сохранять в dwg формате, благодаря чему потом их можно открыть в AutoCAD.

Расчет заземляющего контура

Расчёт заземления выполняется для того чтобы выявить сопротивление контура заземления, который сооружается при эксплуатировании, его габариты и форму.

Конструкция контура включает в себя:

  • Вертикальный заземлитель;
  • Горизонтальный заземлитель;
  • Заземляющий проводник.

Вертикальные устройства углубляются в грунт на определенное расстояние. Горизонтальные устройства объединяет между собой вертикальные составляющие элементы. При помощи заземляющего проводника происходит соединение контура заземления прямо с электрическим щитком. Габариты и число этих заземлителей, интервал между ними, удельное сопротивление почвы – все эти параметры полностью зависят на сопротивление заземления. К чему сводится расчёт?

Из-за заземления опасный потенциал отправляется в грунт, поэтому создается защита людей от удара электротоком. Величина электротока стекания в грунт зависит от сопротивления контура заземления. Чем сопротивление ниже, тем величина опаснейшего потенциала на поверхности пораженной электрической установки будет минимальнее. Устройства заземления должны удовлетворять возложенным на них особым требованиям, а именно данных сопротивления и растеканию электротоков и распределения опасного для жизни потенциала.

Исходя из этого, главный расчёт заземления защиты ведется к определению сопротивления и растеканию электротока устройства. Это сопротивление в прямой зависимости от габаритов и числа электропроводников заземления, интервала между ними, глубины их монтирования и электропроводимости почвы.

Инструкция

Для выполнения расчетов в специальные поля необходимо внести исходные показатели:

  1. Почва верхнего слоя грунта. Удельное сопротивление грунта изменяется при разном его составе (песчаная почва, супесь, суглинок, глина, чернозем и т.д.) и степени увлажненности (сухой, умеренно, сильно увлажненный и т.д.). Это значение необходимо выбрать из выпадающего меню.
  2. Климатический коэффициент. Он зависит от климатической зоны. Его значение также выбирается из выпадающего меню. Свою климатическую зону можно определить, воспользовавшись таблицей.
Климатические показатели зон
Сезон I II III IV
Усредненное значение самых низких температурных показателей за январь, °C -20+15 -14+10 -10 до 0 0+5
Усредненное значение самых

высоких температурных показателей за июль, °C

+16+18 +18+22 +22+24 +24+26
  1. Нижний слой грунта. Данный показатель выбирается аналогично п.1.
  2. Численный показатель вертикальных заземлителей.
  3. Углубленность поверхностной толщи грунта, м.
  4. Метраж вертикального заземлителя, м. Для защиты заземлителя от климатических воздействий, величина этого показателя должна составлять не менее 1,5 – 2 м.
  5. Глубина горизонтального заземления, м. По той же причине, это заземление располагают на глубине более 0,7 м.
  6. Длина соединительной полосы, м.
  7. Диаметр вертикального заземлителя, м., зависит от материала, из которого он будет выполнен: полоска 12х4 – 48 мм2; уголок 4х4; стальной стержень (диаметр) – 10 мм2; стальная труба (толщина стенки) – 3,5 мм.
  8. Ширина горизонтального заземлителя, м.

Пользователю достаточно выполнить ряд несложных действий, а программа сама рассчитает следующие показатели и приведет подробный отчет:

  • удельное электросопротивление земли;
  • сопротивление единичного вертикального заземлителя;
  • длина горизонтального заземлителя и его сопротивление;
  • общее сопротивление растеканию электрического тока.


355

«Электрик»

Первый программный продукт, который хотелось бы рассмотреть, называется «Электрик». Мы уже говорили о нем, когда рассматривали лучшие программы для расчета сечения кабеля. Так вот и с вычислениями параметров заземляющего контура «Электрик» может запросто справиться. Преимущество данного продукта заключается в том, что он достаточно прост в использовании, русифицирован и к тому же есть возможность бесплатного скачивания. Увидеть интерфейс программы вы можете на скриншотах ниже:

Все, что вам нужно – задать исходные данные, после чего нажать кнопку «Расчет контура». В результате вы получите не только подробную методику вычислений с используемыми формулами, но и чертеж, на котором будет изображен готовый контур заземления. Что касается точности расчетных работ, то тут мы рекомендуем использовать только самые последние версии программы, т.к. в устаревших версиях множество недоработок, которые были устранены со временем. Если вам нужно рассчитать заземляющий контур для частного дома либо более серьезных сооружений, к примеру, котельной либо подстанции, рекомендуем использовать данный продукт.

Расчет заземления в программе Электрик показан на видео:

Важные моменты: расчет контура заземления

Надо принять во внимание на такой момент – получаемые на практике данные всегда отличны от расчётов, проводимых в теории. В случае глубинного или модульного монтирования – разница связывается с тем, что в формуле расчёта обычно применяется несменяемое оценочное удельное сопротивление почвы на всей глубине электродов

Хотя на практике, такого никогда не происходит.

Даже если характер земли не изменяется – его удельное сопротивление сокращается с глубиной: почва становится наиболее плотной, наиболее влажной; на глубине от 5-ти метров обычно присутствуют водоносные слои. По факту, полученное сопротивление будет ниже того что получено в расчетах значительно (в 90 % ситуаций выходит сопротивление заземления в три раза меньше). В случае электролитного заземления – различие связывается с тем, что в формуле расчёта применяется коэффициент «С», который берут в расчёт как среднюю величину поправки, которую нельзя представить в качестве формул и зависимостей.

Получают коэффициент из большого количества характеристик почвы:

  • Температурный режим;
  • Уровень влаги;
  • Рыхлость;
  • Диаметр частиц;
  • Гигроскопичность;
  • Концентрация солей.

Процесс формирования щелочи продолжительный и относительно постоянный. Со временем концентрация электролита в земле возрастает. Также возрастает объём почвы с присутствием электролита окружающего электрод. Через несколько лет после монтирования «полезный» объём, который получился можно описать 3-метровым радиусом вокруг электрода. Поэтому, сопротивление электролитного заземления ZANDZ с годами значительно сокращается.

Замеры показали солидное снижение:

  • 4 Ома непосредственно после монтирования;
  • 3 Ома спустя 12 месяцев;
  • 1,9 Ома через 4 года.

Пример расчета заземляющего устройства будет представлен ниже.

Расчёт сопротивления

Правильный расчёт защитного заземления заключается в точном определении сопротивления растекания тока (Rз), которое зависит от множества факторов (влажности и плотности грунта, количества солей, конструктивных особенностей заземлительного устройства, диаметра и глубины погружения подключённого провода и др.).

Их снижение достигается путём уменьшения сопротивления растекания тока. Результатом такого снижения является уменьшение тока, проходящего сквозь тело человека при аварии.

В процессе расчёта заземления необходимо учитывать такой важный показатель, как удельное сопротивление грунта. Таблица ПУЭ позволяет узнать его для разных видов почвы:

  1. Песка с разным уровнем залегания подземных вод.
  2. Водонасыщенной супеси (пластинчатой и текучей).
  3. Пластичной и полутвёрдой глины.
  4. Суглинка.
  5. Торфа.
  6. Садовой земли.
  7. Чернозёма.
  8. Кокса.
  9. Гранита.
  10. Каменного угля.
  11. Мела.
  12. Глинистого мергеля.
  13. Пористого известняка.

Все представленные в таблице разновидности грунта отличаются разным уровнем влажности, которая также сказывается на конечном значении сопротивления растекания тока. Для его точного определения удельное сопротивление умножают на коэффициент сезонности. Эта цифра зависит от низшей температуры и способа расположения электродов (вертикального или горизонтального).

Помимо удельного сопротивления почвы (ρ), для подсчёта сопротивления растекания (Rз) необходимо знать длину электрода (l), диаметр прута (d) и глубину расположения средней точки заземлителя (h). Взаимосвязь этих величин отражается в формуле Rз = ρ/2πl∙ (ln (2l/d)+0.5ln ((4h+l)/(4h-l)).

Если основой заземлительной установки являются сваренные сверху вертикальные электроды (n), целесообразнее будет использовать формулу Rn = Rз/(n∙ Kисп), в которой буквами Kисп обозначается коэффициент использования электрода (с учётов влияния соседних). Его также легко найти в специальной таблице.

Независимо от выбранной формулы, при подсчёте защитного заземления следует принимать во внимание нормированное сопротивление заземлителя (для частного дома, источника тока или подстанции), размеры основных деталей конструкции и соединительных элементов, а также количество и метод соединения электродов (в ряд или в форме замкнутого контура). Проводить расчёт заземлительного контура имеет смысл только в том случае, если в качестве заземлителей используются искусственные элементы

Формул для определения сопротивления естественных заземлителей не существует

Проводить расчёт заземлительного контура имеет смысл только в том случае, если в качестве заземлителей используются искусственные элементы. Формул для определения сопротивления естественных заземлителей не существует.

Что важно знать

Заземление дома необходимо для того чтобы снизить напряжение соприкосновения до неопасного показателя. Благодаря ему потенциал направляется в землю и защищает человека от поражения электрическим током. В ПУЭ (Глава 1.7, п. 1.7.62.) указывается, что частный дом должен иметь сопротивление растекания при трехфазном питании 4 и 8 Ом (первое значение при 380 В, второе – 220 В), а при однофазном – 2 и 4 Ом.

Количество заземлителей необходимо выбрать таким образом, чтобы обеспечить нормативное сопротивление растеканию электрического тока. Чем меньше сопротивление — тем лучше, таким образом обеспечивается эффективность действия заземляющего устройства при выполнении функций защиты от действия электрического тока.

Электроды изготавливаются из меди, оцинкованной и черной стали. Профили сечения указаны на рисунке ниже:

Онлайн калькулятор для расчета заземления

Основные условия, которых следует придерживаться при монтировании заземляющих устройств это габариты приспособлений.

В зависимости от применяемого материала минимум по габаритам устройств должен быть не менее:

  • Полоса 12 на 4 – 48 мм2.
  • Уголок 4 на 4.
  • Круглая сталь – 10 мм2.
  • Труба из стали (размер стенки) – 3,5 миллиметров.

Длина стержня устройства для заземления должна быть не меньше полутора-двух метров.

Интервал между стержнями заземлителями берётся из соотношения их длины, то есть а=:

В зависимости от площади, которая позволяет и комфорта монтирования, стержни заземления можно устраивать в рядок, либо в качестве фигуры, треугольной, квадратной формы. А какова цель расчёта устройства для защиты? Главная задача расчёта – выявить число стержней заземлителей и размер полоски, которая их объединяет в единую конструкцию. Если кроме устройства заземления следует монтировать систему внешней защиты от молнии, можно воспользоваться специальной программой расчёта вероятности поражения объекта, который под защитой спецприёмника. Сервис разработан профессионалами.

Онлайн калькулятор дает возможность:

  • Провести верные расчеты;
  • Провести проверку надёжности устройства защиты от молнии;
  • Сделать более рациональный и правильный проект молниезащиты.

Это обеспечивает наименьшую цену конструкции и монтажа, сокращая не требуемый запас и применяя наименее высокие, наименее дорогостоящие в монтировании приёмники молнии

Также это обеспечивает наименьшее количество поражений устройства, понижая вторичные отрицательные последствия, что очень важно на объектах с большим количеством электроприборов (количество ударов молнии сокращается с сокращением высоты стержневых приёмников молнии)

Функционал сервиса дает возможность высчитать результативность запланированной защиты в виде доступных параметров:

  1. Вероятность попадания молнии в объекты устройства (прочность защитной системы высчитывается как 1 минус число вероятности).
  2. Количество поражений молнией в устройство заземления за 12 месяцев.
  3. Количество прорывов молнии, минуя защитный барьер, за 12 месяцев.

Зная эти информационные данные, создатель проекта сможет сравнить требования и нормативы с полученной надёжностью и предпринять мероприятия по перестройке конструкции защиты.

Пример расчета контура заземления

Для изготовления заземлителя обычно используется металлический уголок длиной 2,5-3 метра и размером 50х50 мм. При установке расстояние между элементами должно соответствовать их длине, или 2,5-3 метра. Показатель сопротивления для глиняного грунта будет 60 Ом*м. Согласно таблице климатических зон, значение сезонности для средней полосы составит около 1,45. Сопротивление будет равно: 60*1,45=87 Ом*м.

Пошаговый алгоритм монтажа заземления:

  1. Выкопать возле дома траншею по контуру глубиной 0,5 м.
  2. Забить в ее дно металлический уголок. Габариты его полки подобрать с учетом условного диаметра электродного элемента, который вычисляется по формуле d=0.95*p=0.995*0. 05=87 Ом*м.
  3. Определить глубину залегания средней точки уголка: h=0.5*l+t=0,5*2,5*0,5=1,75 м.
  4. Подставить данное значение в ранее описанную формулу для расчета величины сопротивления одного заземлителя. Полученный параметр в итоге составит 27,58 Ом.

Необходимое число электродов можно определить по формуле N=R1/(Kисп*Rнорм). В результате получится 7. Изначально в качестве Кисп применяется цифра 1. В соответствии с табличными данными, для семи заземлительных устройств значение составит 0,59. Подставив полученную величину в формулу расчета, получаем результат: для дачного участка необходимо использовать 12 электродных элементов.

Соответственно, производится новый перерасчет с учетом этого параметра. Кисп по таблице теперь составит 0,54. Если использовать это значение в формуле, то в результате получится 13 штук. Тогда величина сопротивления электродов будет равна 4 Ома.

Виды заземляющих конструкций

Расчёт заземления следует проводить с учётом того, где оно будет располагаться. По месту расположения заземляющая конструкция может быть:

  • Выносной. Заземлитель устанавливается за пределами площади, на которой находятся приборы, нуждающиеся в отведении электрического заряда.
  • Контурной. Электроды размещаются по контуру площади с оборудованием, а также внутри неё.

Заземление приборов, находящихся в закрытых помещениях, осуществляется путём прокладывания специальных магистралей для укладки проводов. Если электрооборудование располагается на открытой местности, необходимости в оборудовании магистралей нет, корпусы приборов могут соединяться с заземлительным контуром напрямую с помощью кабеля.

В качестве основных деталей в контурах могут использоваться естественные и искусственные заземлители. К первому типу относятся:

  • металлические корпуса зданий, соединённые с землёй;
  • свинцовые оболочки кабелей, колодцев, скважин;
  • подземные металлические коммуникации (кроме труб теплотрасс и магистралей для взрывчатых и горючих веществ).

Для отведения заряда от распределительных устройств и подстанций естественным путём обычно используются опоры отводящих воздушных линий электропередач. В качестве соединительных элементов в таких случаях выступают громозащитные тросы.

Когда возможность использования естественных элементов заземления отсутствует или они не дают нужного результата, их заменяют стержнями из угловой стали, стальными трубами или прутьями из стали.

Подключение дома к контуру заземления по системе TТ.

Для проведения такого подключения не требуется проводить разделений PEN проводника, фазный провод подключается к шине, изолированной от щита.

Подключается к шине, изолированной от щита совмещенный PEN проводник источника питания и дальше PEN считается просто нулевым проводом. Далее корпус щита подключается к контуру заземления дома.

На схеме видно, что контур заземления дома не имеет с PEN проводником электрической связи и если подключить заземление частного дома таким способом, то это имеет некоторые преимущества, по сравнению с подключением по системе TN-C-S.

К вашему заземлению будут подключены все потребители, в случае отгорания со стороны источника питания PEN проводника, что чревато негативными последствиями. А если ваше заземление связи с PEN проводником иметь не будет, то это гарантирует на корпусе электроприборов в доме — нулевой потенциал.

Бывает, что из-за неравномерной нагрузки по фазам (перекос фаз) появляется напряжение на нулевом проводнике, достигать которое может от 5 до 40 В. Когда существует связь между защитным проводником и нулем сети, то на корпусах быттехники в доме, тоже может возникать незначительный потенциал.

Должно сработать УЗО, если возникнет такая ситуация, но лучше на него не надеяться и до этой ситуации не доводить.

Можно сделать вывод из приведенных способов подключения контура заземления дома, что система заземления ТТ в частном доме более безопасна, но ее дороговизна является недостатком. Если применяется система ТТ, то должны обязательно устанавливаться защитные устройства, такие как УЗО и реле напряжения.

«Расчет заземляющих устройств»

Название второй программы говорит само за себя. Благодаря ей можно рассчитать не только контур заземления, но и молниезащиты, что также крайне необходимо. Интерфейс программки довольно простой, собственно, как и в рассмотренном выше аналоге. Выглядит форма для заполнения исходных данных следующим образом:

Если вам нужно выполнить простейший расчет заземляющего контура именно сейчас, можете воспользоваться нашим онлайн калькулятором расчета заземления. Точность вычислений конечно же уступает предоставленным в статье программным продуктам, однако все же приблизительные значения вы получите, на которые и стоит ориентироваться.

8. РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ. Разработка эскизного проекта электроснабжения горного предприятия

Похожие главы из других работ:

Выбор схемы понизительной подстанции, силового оборудования, составления плана и разработка конструкции подстанции

10. Расчёт заземляющих устройств и молниезащиты

Выбор типа трансформаторной подстанции и распределительного устройства

3.10 Расчёт заземляющих устройств

Под заземлением понимают преднамеренное соединение металлических не токоведущих частей, нормально не находящееся под напряжением, но которые могут оказаться под напряжением вследствие повреждений изоляции, с землей или ее эквивалентом…

Особенности проектирования двухтрансформаторной главной понизительной подстанции

5. Расчёт заземляющих устройств

Заземляющее устройство — это совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Заземлитель — металлический проводник или группа проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землёй. Он бывает естественным и искусственным…

Проектирование отпаечной тяговой подстанции

1.5.9 Расчет заземляющих устройств

Заземление ТП выполнили контурным и определили количество горизонтальных и вертикальных заземлителей в зависимости от удельного сопротивления грунта и от наибольшего дополнительного сопротивления заземляющего устройства в соответствию с…

Проектирование систем сельского электроснабжения

6. Расчет заземляющих устройств 10/0,4 кВ

Расчетное сопротивление грунта: расч.в=Кс • Ом ·м (6.1) расч.в =1,9 • 100=190 Ом ·м расч.н= 5•100=500 Ом ·м Кс — сезонное сопротивление грунта [1]. Сопротивление вертикального заземлителя из круглой стали: Rво= (6.2) Где l — длина заземлителя…

Проектирование электроснабжения калибровочного завода

9. Расчет заземляющих устройств.

Исходные данные Задание № А-29 Электроснабжение калибровочного завода 5. Генеральный план калибровочного завода (рис. 1). 6. Сведения об электрических нагрузках корпусов и цехов завода (табл. 1). 7…

Проектирование электроснабжения метизного цеха

2.9 Расчёт заземляющих устройств

Расчёт заземляющих устройств состоит в выборе типа заземления, в определении числа и типа заземлителей и в проверке выбранного заземляющего контура по величине сопротивления. Грунт, окружающий заземлители, не является однородным…

Разработка монтажа центрального разъединителя РНДЗ-500 кВ

5. Расчет заземляющих устройств

Согласно ПУЭ заземляющие устройства электроустановок сети с эффективно и глухо заземленной нейтралью выполняются с учетом допустимого напряжения прикосновения…

Разработка трансформаторной подстанции

— расчет заземляющих устройств.

Необходимо разработать графическую часть, в которую будет входить схема трансформаторной подстанции. Необходимо рассчитать экономическую составляющую от реализации дипломного проекта. ..

Разработка трансформаторной подстанции

2.9 Расчет заземляющих устройств

При расчёте заземляющего устройства определяют тип заземлителя, их количество и место размещения, а также сечение заземляющих проводов. Грунт, окружающий заземлители, не является однородным…

Разработка эскизного проекта электроснабжения горного предприятия

8. РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ

1. Сопротивление заземляющего устройства без компенсации ёмкость токов: где — расчетное напряжение на заземляющем устройстве по отношению к земле, В. Принимается равным 125 В…

Релейная защита понизительной трансформаторной подстанции

4.4 Расчет заземляющих устройств

Напряжение на заземлителе: (4.22) (4.23) Поправочный коэффициент: (4.24) (супесок), (глина) ; Коэффициент определяемый по сопротивлению человека: (4…

Электроснабжение и электрооборудование куста скважины №145 Самотлорского месторождения ОАО «ТНК-ВР» с внедрением станции управления «Электон-М»

2.
15 Расчет заземляющих устройств

Для защиты людей от поражения током при повреждении изоляции применяются следующие меры: заземление и зануление…

Электроснабжение населенного пункта

5.1 Расчёт заземляющих устройств

Заземляющее устройство рассчитываю для первой ТП 1мощностью 250 кВа. Сопротивление грунта принимаю 150 Омм. Расчётное сопротивление грунта определяется . (5.1) где с — удельное сопротивление грунта…

Электроснабжение ремонтного цеха

13. Расчет заземляющих устройств

Согласно [5, п. 1.7.35] для заземления электроустановок в первую очередь должны быть использованы естественные заземлители. В их качестве, согласно [5, п. 1.7.70], рекомендуется использовать водопроводные и другие металлические трубопроводы…

5 лучших программ для расчета заземления и молниезащиты

Рассматривая используемое электриками ПО, обратим свое внимание сразу на наилучший софт, помогающий в расчете необходимого заземления.

Перед непосредственным его монтажом в здании (частном доме, подстанции), изначально необходимо все правильно рассчитать. Ключевыми нюансами, влияющими на конечный эффект, являются: сопротивление системы заземления, длина его горизонтальной части, количество необходимых электродов.

Кроме того, расчеты, касающиеся основного РЕ-проводника, в купе с предварительно известными показателями шагового напряжения и сечением ГЗШ, не будут лишними. Данные исчисления уже можно не проводить «руками», использовав для этого специализированное программное обеспечение. Главных представителей индустрии подобного софта мы сейчас и рассмотрим.

Это не топ, а своеобразное перечисление. Мест не будет. Просто остановимся на 5 лучших программах, рассмотрев связанные с их использованием нюансы и их индивидуальные сильные стороны.

Электрик

Первым рассмотрим программу «Электрик». Благодаря данному ПО можно рассчитывать не только заземление, но и сечение провода (кабеля), а также ряд других, полезных профессиональному электрику аспектов. Расчеты контура заземления софт производит действительно хорошо, а погрешность минимальна. Основными сильными качествами продукта, предопределившими его популярность на отечественном рынке подобных программ, являются: бесплатность, русификация, а также абсолютная простота в использовании, интуитивно понятный интерфейс тоже сыграл роль в популяризации продукта на рынке.

Это тот случай, когда все участие пользователя в процессе расчетов, построение чертежей, прописывание алгоритма использованной методологии свели к простому «Нажми-Получи». Необходимо ввести в специальные поля исходные данные и ткнуть «Расчет контура» результатом станет, почти полностью, готовый проект заземления.

Погрешности в «Электрик» хоть и минимизированы в последних версиях, но присутствуют, а старые версии лучше вообще не использовать.

Программа предназначена для расчета заземления в частных домах и небольших котельных и подстанциях, когда речь заходит о объектах такого рода, можно сохранить порядком своего времени, воспользовавшись последней версией программы.

Расчет заземляющих устройств

По понятности интерфейса программа соответствует «Электрику», но имеет несколько иное целевое назначение, это узконаправленный софт специализирующийся на расчетах связанных с устройствами заземления, тут можно рассчитать исключительно заземление и молниезащиту. Дополнительных «плюшек» нет, зато расчеты весьма точные.

Когда расчеты необходимо произвести срочно, можно воспользоваться онлайн-калькуляторами, точность, правда, порядком ниже нежели у предустанавливаемого софта, но получить сиюминутный ориентировочный расчет возможность имеется, и конечно это бесплатно.

Заземление

Название продукта объясняет его предназначение в полной мере. Аналогично предыдущим программам имеет легкий для понимания интерфейс, полную русификацию. В последних версиях (с 3.2) добавлена «плюшка» в виде оценки заземляющих качеств железо-бетонных подземных конструкций, в качестве элемента заземления, позиционируется это как необходимый функционал при расчете заземления промышленных комплексов, но точность оставляет желать лучшего, во всяком случае, в данной версии программы.

Кроме вышеперечисленного с помощью данного софта можно рассчитать:

  • РЕ-проводник;
  • уравнивание потенциалов;
  • сечение ГЗШ;
  • напряжение на прикосновение;
  • шаговое напряжение.

Если вы почувствовали знакомый функционал – вы абсолютно не ошиблись. Создали эту программу, производители «Электрик», потому данная программа является частью сродного предлагаемого компанией программного ассортимента, что и вызывает такую схожесть в продуктах.

ElectriCS Storm

Этот продукт, порядком сложнее предыдущих, создан, скорее, для дизайнеров и профессиональных инженеров. Софт требователен к подготовленности пользователя, в частности, необходимо знать моделирование и обладать хорошими инженерными знаниями.

Рассчитывать при помощи этой программы заземление частного дома, все равно, что колоть микроскопом орехи: во-первых, неподготовленный пользователь запутается в интерфейсе, во-вторых, либо конечных расчетов не будет вообще, либо они будут с грубейшими ошибками.

Целевой аудиторией софта являются инженеры из области энергетики и студенты, обучающиеся на смежных специальностях. Преимуществ для профессионала в этом ПО также много, как и недостатков для новичка:

  • полноценное 3Д моделирование заземляющего контура;
  • оценка электромагнитной обстановки;
  • моделирование работоспособности заземления и подстанции;
  • сохранение готовых чертежей в dwg, что позволяет корректировать их в AutoCAD.

Акула

Завершим обзор универсальной комплексной программой, широкого рабочего спектра «Акула».

Благодаря нему рассчитывают:

  • сечение проводки;
  • мощность кондиционеров, электрокотлов;
  • мощность объектов;
  • потери напряжения;
  • характеристики защитных аппаратов;
  • освещенность в помещении;
  • молниезащиту;
  • заземляющие устройства.

Интерфейс русифицирован и прост, проблем с его освоением возникнуть не должно. К слову, «Акула» бесплатна.

Полезное видео

Полезные рекомендации по теме вы можете почерпнуть из видео ниже:

Искренне надеемся, что представленный софт, поможет вам в организации надежной защиты вашего строения, но помните, если специальных знаний нет совсем, то лучше обезопасится и обратится к профессионалам.

его необходимость и выполнение расчета

Рассчитать заземление – конечно, важная задача. Но давайте поставим вопрос по-другому: а нужно ли оно вообще? Зачем горбатиться и искать себе лишних приключений, если и без этой канители в доме есть электричество, если работают все электроприборы и жизнь идет своим чередом?


Что вы узнаете

Заземление частного дома: не лишняя ли это забота?

Таким вопросом задаются многие начинающие домохозяева. Наш ответ наверняка вас не удивит: заземление – забота далеко не лишняя. Более того, заземление это необходимость! Попытаемся эту необходимость обосновать, не отсылая вас к нормативным документам и не жонглируя специфическими терминами.

Прежде всего, вероятно, необходимо понятным языком сказать, что же такое заземление.

Итак, заземление – это соединение с помощью проводника корпусов имеющегося в доме электрооборудования со спрятанным в земле заземляющим контуром.

Такова стандартная структура устанавливаемого в доме заземления

Заземление чаще всего материализовано в виде медного провода Ø10 мм и более или пластины из стали. Эти элементы соединяются с электрощитком, куда подходят кабели от всех розеток, светильников и других потребителей электрической энергии.

Основная задача заземления – обезопасить жизнь людей.

Многие из нас знакомы с ситуацией, когда простое касание, например, старого холодильника или электроплитки сопровождается весьма ощутимым ударом тока. Случается это лишь в старых домах, где имеются всего лишь две фазы, а прокладываемый сейчас повсюду защитный провод отсутствует. Током же бьет из-за плохого состояния изоляции электроприборов, что обусловливает появление на их корпусе определенного электрического потенциала (напряжения).

Касаясь рукой такого бытового прибора, вы превращаетесь в своеобразное «заземление», и через ваше тело пробегает ток. При наличии в домашней электропроводке третьего защитного провода ток, обусловленный плохой изоляцией старого холодильника, пойдет именно через этот проводник, поскольку сопротивление провода несравнимо меньше электрического сопротивления вашего тела.

Заземление в частном доме необходимо и для того, чтобы защитить электроприборы. Из школьных учебников мы знаем, что зачастую люди являются носителями статического электричества. Ток при возникающих при этом разрядах бывает минимальным, а напряжение может достигать значительных величин, опасных для нежной электроники, которая в большинстве случаев присутствует в электроприборах.

Одно из проявлений наличия статического заряда в теле человека

При наличии заземления статический заряд, имеющийся как в теле человека, так и в корпусе домашних приборов, без труда отводится в землю.

Так что заземление – забота вовсе не лишняя. Обустраивать его надо обязательно. Однако максимальная эффективность заземления может быть обеспечена лишь тогда, когда оно правильно рассчитано. Именно об этом мы и поведем в продолжении нашей статьи.

Зачем же нужен расчет заземления?

Необходимость для расчета заземления обусловлена тем, что точно должно быть определено сопротивление контура заземления, который сооружается, а также его размеры и форма. Контур, предназначенный для заземления, должен состоять из заземляющего проводника, а также вертикальных и горизонтальных заземлителей. Непосредственно в почву, на достаточно большую глубину, вбиваются вертикальные заземлители.

А вот горизонтальные заземлители, при правильном монтаже, должны соединять между собой, заземлители вертикальные. Далее необходимо установить заземляющий проводник, который будет соединять контур заземления с электрощитом.

Непосредственно от сопротивления заземления зависят не только количество заземлителей, но и их размеры. Учтено должно быть и расстояние между ними, а также удельное сопротивление грунта.

Как выполняется расчет заземления

Безопасная величина напряжения соприкосновения – основная цель заземления. При правильно выполненных работах по заземлению, опасный потенциал электроэнергии уходит в землю. Что даёт возможность безопасной эксплуатации каких-либо электроприборов человеком.

От сопротивления заземляющего контура зависит величина стекания тока непосредственно в землю. Величина потенциала электроэнергии, которая может быть опасна для человека, будет тем меньше, чем меньше будет установлено.

Распределение опасного потенциала, а также величины при сопротивлении тока, который растекается, — это основные требования для заземляющих устройств.

Показатель определения сопротивления растекания тока заземлителя и есть основа расчета защитного заземления. Непосредственно сопротивление тогда установлено правильно, а значит и эксплуатация электрооборудования безопасна, когда выверены все размеры и количество проводников, которые заземлены, а их расположение произошло на безопасную глубину проводимости грунта.

То, что нужно для расчета заземления

  1. Проведение точных замеров заземлителей – это основные условия для правильного сооружения заземляющих устройств.
  2. В качестве заземлителя могут быть использованы уголок, полоса и круглая сталь. Их минимальные размеры следующие:
  • — уголок – 4 мм2 / 4 м2;
  • — сталь круглая – 10;
  • — полоса – 4 /12. Не больше 48 мм2 должна быть её площадь;
  • — труба стальная. Толщина одной её стенки может быть на уровне или меньше 3,5 миллиметров.

  1. 2. Длина стержня, который применяется для заземления, должна быть на уровне 2 метров, но можно и 1,5.
  2. 3. Соотношение длины между стержнями и является основой для определения их расстояния. Если а – это расстояние, то

а = 1хL;

а = 2хL;

а = 3хL.

Заземляющие стрежни могут быть размещены в виде треугольника, квадрата и какой-нибудь ещё геометрической фигуры, а также просто в ряд. Её выбор должен быть обусловлен наличием площади, которая позволяет его выполнить, а также простотой монтажа при заземлении стержней.

Какую цель имеет расчет защитного заземления?

Определение количества заземляющих стержней, а также длины полосы, которая должна их соединять, – основная цель для расчета заземления.

Примерный расчет заземления

Для одного вертикального стержня – заземлителя сопротивление растекания тока должно рассчитываться так:

R = P / 2 • (1n• (2 L / d) + 0, 5 1n (4T + L / 4T – L)).

В этой формуле символы имеют следующие обозначения:

Р – удельное сопротивление грунта в эквиваленте, измеряется в Ом / м;

L – длина для стержня, указывается в метрах;

d – диаметр стержня, показатель измеряется в миллиметрах;

Т – расстояние от середины стержня до поверхности земли.

Эта формула должна применяться при заземлении в простой грунт. Когда же подобные работы предстоит выполнять в грунте неоднородном, двухслойном, то применима следующая формула:

P = Ψ • ρ1 •p2 • L / ( p1 • (L – H + t) = p2 • (H – t)), где

Ψ – климатический коэффициент. Его показатель не может быть абсолютным и зависит он от сезона.

ρ1 – сопротивление, признанное удельным, в верхнем слое грунта.

ρ2 – сопротивление, признанное удельным, в нижнем слое грунта.

Н – толщина, которую имеет верхний слой грунта.

t – глубина траншеи, на которую будет расположен вертикальный заземлитель.

В любом случае заземлитель должен быть расположен на глубину не меньше 70 сантиметров. А ещё при расчёте удельного сопротивления грунта необходимо учитывать его влажность, стабильность сопротивления заземлителя и то, в каких климатических условиях проходит заземление.

ТАБЛИЦА 1

Удельное сопротивление грунта при заземлении.

                       ГРУНТ                      СОПРОТИВЛЕНИЕ
Чернозем, другая почва                                  50
Торф                                  20
Глина                                  60
Песок с грунтовыми водами до 5 метров                                  500
Песок с грунтовыми водами глубже 5 метров                                  1 000
Супесь                                  150

Глубину для горизонтального заземлителя находят по формуле:

T = (L / 2) + t

Что обозначают символы, смотри выше.

Необходимо проводить заземление так, чтобы через верхний слой полностью проходил заземляющий стержень, а через нижний – лишь частично.

ТАБЛИЦА 2

Сезонный климатический коэффициент сопротивления грунта и его значение

Тип электродов для заземления                 Климатическая зона
     I        II      III    IV
Вертикальный или стержневой 1,8 / 2 1,5 / 1,8 1,4 / 1,6 1,2 / 1,4
Горизонтальный или полосовой 4,5 / 7 3,5 / 4,5 2 / 2,5 1,5
         Климатические признаки зон
Самая низкая температуры за многие годы в январе — 20°С + 15°С — 14 °С + 10 °С — 10 °С 0 °С 0 °С + 5°С
Самая высокая температура за многие годы в июле + 16 °С + 18 °С + 18 °С + 22 °С + 22°С + 24 °С + 24°С + 26 °С

Количество стержней, которое необходимо для заземления без учёта сопротивления, можно узнать по следующей формуле:

n = R • Ψ / R н

В этой формуле помимо традиционных обозначений, новый символ R н – это то сопротивление растеканию от тока устройства, подлежащего заземлению, которое обусловлено нормой и определяется относительно нормативных актов о правильной эксплуатации всего электрического оборудования.

ТАБЛИЦА 3

Значение сопротивления заземляющих устройств, которое наиболее допустимо

Электроустановка и её характеристика  Сопротивление грунта, удельное  Сопротивление устройства заземляющего 
Нейтрали трансформаторов и генераторов, которые присоединяются к заземлителю искусственному. Заземлители повторные с нулевым приводом, расположенные в сетях нейтралью, которая заземлена на напряжение.
                     220 / 127 В До 100 Ом • м 60
Свыше 100 Ом • м 0,6 • ρ
                       380 / 220 До 100 Ом • м 30
Свыше 100 Ом • м 0,3 • ρ
                       660 / 380 До 100 Ом • м 30
Свыше 100 Ом • м 0,3 • ρ

По следующей формуле можно рассчитать для заземлителя горизонтального сопротивление растекания тока:

R = 0, 366 (P • Ψ / Lг • ηг) •Lg (2 • Lг2 / b • t), где

– длина заземлителя,

b – ширина заземлителя.

ηг – коэффициент спроса заземлителей горизонтальных.

Количество заземлителей помогает найти длину горизонтального заземлителя:

Lг = a • (n – 1)

Так рассчитывается длина заземлителей, расположенных в ряд.

Lг = а

Эта формула актуальна для заземлителей, расположение которых выполнено по контуру.

В обеих формулах а – расстояние между стержнями заземляющими.

Учитывая сопротивление растеканию тока заземлителей, расположенных горизонтально, можно рассчитать и сопротивление вертикального заземлителя. Формула здесь следующая:

R = Rr • Rh / ( Rr – Rh)

Для определения полного количества вертикальных заземлителей есть формула:

n = R0 / Rb • ηв, где

ηв – специальный коэффициент спроса вертикальных заземлителей.

ТАБЛИЦА 4

Определение коэффициента спроса вертикальных заземлителей

Для заземлителей горизонтальных Для заземлителей вертикальных
Число электродов  По контуру Число электродов  По контуру
Соотношение между электродами и их длиной a / L Соотношение между электродами и их длиной a / L
   1      2      3      1      2    3
       4 0,45 0,55 0,65      4 0,69 0,78 0,85
       5 0,4 0,48 0,64      6 0,62 0,73 0. 8
       8 0,36 0,43 0,6        10 0,55 0,69 0,76
       10 0,34 0,4 0,56        20 0,47 0,64 0,71
       20 0,27 0,32 0,45        40 0,41 0,58 0,67
       30 0,24 0,3 0,41        60 0,39 0,55 0,65
       50 0,21 0,28 0,37        100 0,36 0,52 0,62
       70 0,2 0,26 0,35
     100 0,19 0,24 0,33
Число электродов                    В ряд Число электродов                В ряд
                   a / L                a / L
   1      2      3      1      2    3
   4 0,77 0,89 0,92      2      0,86 0,91 0,94
   5 0,74 0,86 0,9      3    0,78 0,87 0,91
     8 0,67 0,79 0,85        5    0,7    0,81 0,87
     10 0,62 0,75 0,82        10    0,59    0,75 0,81
     20 0,42 0,56 0,68        15    0,54    0,71 0,78
     30 0,31 0,46 0,58        20    0,49    0,68 0,77
     50 0,21 0,36 0,49
     65 0,2 0,34 0,47

Влияние друг на друга токов растекания одиночных заземлителей, когда последние расположены в различном порядке, как раз и показывает коэффициент использования. При соединении, которое происходит параллельно, токи растекания одиночных заземлителей взаимно влияют друг на друга. Сопротивление заземляющего контура напрямую зависит от близости расположения друг к другу заземляющих стержней. Как правило, полученное значение количества заземлителей округляется в большую сторону.

Пример расчета заземления.

Пример расчета заземления.

Пример расчета заземлителей.

ПРИВЕДЕНЫ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
СОПРОТИВЛЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ.
СОПРОТИВЛЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕИ
СОПРОТИВЛЕНИЯ МНОГОЭЛЕКТРОДНЫХ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ
(755кб)
Посмотреть другие примеры расчетов.

Для выполнения расчета заземления и определения сезонных климатических коэффициентов для вертикальных и горизонтальных заземлителей в СНиП 23.01.99 Климатические условия Рисунок 1 таблица А1 можно найти информацию.
Самарская область относится к 2-ой климатической зоне.
Климатический коэффициент для вертиакльного заземлителя равен 1,7
Климатический коэффициент для горизонтального заземлителя равен 4
Климатический коэффициент учитывает увеличение сопротивления грунта в холодный период при промерзании почвы.

Пример расчета заземления в автокаде содержит :
1. Расчет заземления для КТП
2. Расчет заземления для опоры ВЛИ-0,4 кВ.
3. Расчет заземления для опоры ВЛ-6кВ.
4. Расчет заземления с выемкой грунта.
5. Расчет заземления используя глубинные электроды.
6. Расчет заземления используя электролиты.
7. Расчет заземления в двухслойном грунте.


(994 кб)

Очень удобная таблица с нормативными сопротивлениями различных заземляющих устройств содержится в ПТЭЭП Таблица 36. Наибольшие допустимые значения сопротивлений заземляющих устройств электроустановок(ПТЭЭП).

Сопротивление заземляющего устройства тп 10/0,4 кв в соответствии с ПУЭ.


п.1.7.96 в зависимости от тока замыкания на землю но не более 10 Ом.
п. 1.7.101 норма 4 ома, при удельном сопротивлении грунта более 100 Омхм
можно увеличить в 0,01*р раз т.е. если песок 300 Ом х м = 0,01*300=3, 3х4 = 12 Ом.
п. 2.5.129 Сопротивление воздушной линии 6-10 кВ в населенной местности не более 15 Ом.
В ненаселенной местности если сопротивление грунта более 100 Ом, нормируемое сопротивление заз. устройства 0,3*р*0,3х300=90 Ом.
Методика расчета заземляющего устройства
см. стр. 142 Типовые расчеты по электроборудованию Дяков В.И.

Информация о расчетах резистора заземления нейтрали

Просмотр резисторов заземления нейтрали

Введение

Резисторы заземления нейтрали

используются для уменьшения таких проблем, как пробой изоляции, вызванный переходными перенапряжениями, возникающими в результате дугового замыкания на землю в незаземленных системах и повреждения двигателей и двигателей. распределительное устройство из-за дуги в глухозаземленных системах.

Два основных метода заземления нейтрали системы — это низкое сопротивление и высокое сопротивление.

Низкое сопротивление

Система отключится в случае замыкания линии на землю.

Резистор заземления нейтрали ограничивает замыкание на землю максимумом от 100 до 1000 А (см. Примечание ниже). Трансформаторы тока нулевой последовательности и реле защиты от замыканий на землю обнаруживают неисправность и срабатывают при 5–20% максимального тока замыкания на землю.

Резистор обычно рассчитан на 10 секунд с максимальным повышением температуры до 760 ° C.

Максимальный ток замыкания на землю, допускаемый резистором, должен быть достаточно большим для положительного срабатывания реле замыкания на землю.

Резисторы заземления нейтрали номиналом от 200 до 400 А обычно используются в системах от 6,9 кВ до 34,5 кВ (см. Примечание ниже).

Резисторы заземления нейтрали номиналом от 100 до 400 А обычно используются в системах от 2,4 до 4,16 кВ (см. Примечание ниже).

Как только номинальный ток определен, сопротивление или омическое значение резистора рассчитывается путем деления линейного напряжения нейтрали на номинальный ток.

, т. Е. Для резистора заземления нейтрали системы 4,16 кВ номиналом 400 А.Напряжение линии на нейтраль будет 4,16 кВ / √ (3) = 2400 В. Требуемое сопротивление будет 2400/400 = 6 Ом.

Высокое сопротивление

Система подаст сигнал, но не отключится в случае замыкания линии на землю. Он рекомендуется для систем, в которых перебои в питании в результате отключения одиночной линии на землю наносят ущерб процессу.

Резистор заземления нейтрали ограничивает замыкание на землю максимумом от 5 до 10 А. Трансформаторы тока нулевой последовательности и реле защиты от замыкания на землю обнаруживают замыкание и подают сигнал тревоги при 10–20% максимального тока замыкания на землю.

Резистор рассчитан на продолжительный режим работы с максимальным повышением температуры до 375 ° C.

Максимальный ток замыкания на землю, допускаемый резистором, должен превышать общую емкость по отношению к зарядному току заземления системы, а векторная сумма зарядного тока системы плюс ток резистора не должна превышать 8 А. Расчет)

После определения номинального тока сопротивление или омическое значение резистора рассчитывается путем деления линейного напряжения нейтрали на номинальный ток.

, то есть для резистора заземления нейтрали системы 480 В номиналом 5 А. Напряжение линии на нейтраль будет 480 В / √ (3) = 277 В. Требуемое сопротивление будет 277/5 = 55,4 Ом.

Примечание

В шахтных энергосистемах среднего напряжения Низкое сопротивление обычно используется с заземляющим резистором нейтрали, который ограничивает замыкание на землю максимум до 25-50 А. Это необходимо для ограничения напряжения прикосновения до 100 V или меньше. Трансформаторы тока нулевой последовательности и реле защиты от замыкания на землю обнаруживают неисправность и срабатывают при менее чем одной трети номинала резистора.Резистор рассчитан на продолжительный режим работы с максимальным повышением температуры до 375 ° C.

Современные шахтные энергосистемы могут иметь значительную емкость распределенной системы, и, как и все резисторы заземления нейтрали, максимальный ток замыкания на землю, допускаемый резистором, должен превышать общую емкость по отношению к зарядному току заземления системы и векторную сумму системы. зарядный ток плюс ток резистора не должен превышать 8 А. (см. Расчет емкости системы относительно заземления)

Ссылки

«Промышленные энергосистемы» Шоаиб Хан, Шиба Хан, Гариани Ахмед

«Сопротивление нейтрали системы Заземление »Ларри А.Прайор, ЧП, старший инженер по спецификациям GE

«Вредное влияние емкости на распределительные системы шахт с заземлением с высоким сопротивлением» Джозеф Соттил, старший член, lIEEE, Стив Дж. Гнапрагасам, Томас Новак, научный сотрудник, IEEE, и Джеффри Л. Колер, Старший член IEEE

(PDF) Расчет сопротивления системы заземления подстанции с использованием метода конечных элементов

6

0

5

10

15

20

25

S1 S4 S16 R4 R16

Тип сети

Сопротивление заземления (Ом)

3D F EM

NAHMAN

Рис.9. Сопротивление заземления сетей для случая № 1 таблицы I

0

8

16

24

32

40

S1 S4 S16 R4 R16

Тип сети

Сопротивление заземления сети (Ом)

3D F EM

NAHMAN

Рис. 10. Сопротивление заземления сетей для случая № 4 таблицы I

В. ВЫВОДЫ

Различные методы расчета сопротивления заземления

различных систем заземления в однородных и

Исследованы двухслойные грунтовые конструкции.Полученные результаты

сравниваются с соответствующими результатами по формуле 3D FEM

, которые считаются эталонными. Различия между результатами

незначительны для однородной структуры грунта

, за исключением случаев с сетками, которые представляют значимые различия

. В случаях, когда предполагается, что земля

состоит из двух слоев, различия между результатами будут значительными, особенно для стержней небольшой длины.

В рассмотренных аналитических моделях используются разные подходы

при расчете сопротивления системы заземления в многослойных грунтах

. Некоторые из них основаны на предположении

эквивалентного удельного сопротивления фиктивного однородного грунта.

Другие учитывают также относительное положение системы в пределах

почвы. Результаты FEM показывают, что методы, учитывающие положение системы заземления

на земле

, дают более точные результаты.

Аналитически метод Нахмана-Саламона дает

результатов, которые наилучшим образом соответствуют

, соответствующим МКЭ. Интересно также, что метод Шварца

с использованием выражения для эквивалентного

удельного сопротивления, предложенного в Руководстве по безопасности IEEE для заземления подстанции AC

, приводит к результатам, которые значительно отличаются от результатов, полученных с помощью метода конечных элементов. Это более очевидно в случаях почвы

, где удельное сопротивление верхнего слоя почвы сильно отличается на

от соответствующего сопротивления нижнего слоя почвы.

Для систем заземления, которые состоят из заземляющих сетей

, разные методы показывают еще большие различия в

своих результатах.

Следует отметить, что для конфигураций сетки заземления

, которые приводят к желаемым низким значениям сопротивления заземления

, все методы, похоже, сходятся, и это очень важный вывод. Однако расчет сопротивления

в сложной системе заземления основан на расчете

индивидуальных сопротивлений каждого элемента системы заземления

.Таким образом, оправдана необходимость поиска лучших приближений

для реализации в стандарте IEEE Std, особенно

для случая многослойной земли.

VI. ССЫЛКИ

[1] Руководство по безопасности при заземлении подстанции переменного тока (2000) ANSI / IEEE Std 80

[2] Руководство по безопасности при заземлении подстанции переменного тока (1986) ANSI / IEEE Std 80

[3] SJSchwarz, “ Сопротивление систем заземления », Пер. Амер. Inst.

Elec. Engrs., Vol. 73, 1954, стр.1010-1016.

[4] Дж. А. Салливан, «Альтернативные расчеты заземления для сетей и стержней», IEE

Proc.-Gener. Трансм. Дистриб., Т. 145, No. 3, May 1998

[5] Дж. Нахман, Д. Саламон, «Практический метод интерпретации данных удельного сопротивления земли

, полученных в результате испытаний забивных стержней», IEEE Trans. На

Электроснабжение, т. 3, № 4, октябрь 1988 г.

[6] Дж. Нахман, Д. Саламон, «Аналитическое выражение для сопротивления

стержневых опор

и комбинированных систем заземления в неоднородной почве», IEEE

Trans.PWRD-1, №3, июль 1986 г., стр. 90-96

[7] Дж. Нахман, В. Джорджевич, «Сопротивление земли заземления подстанции

электродов в однородном и двухслойном грунте» Электротехника 80

(1997) pp.337-342

[8] Дж. Нахман, И. Паунович, «Сопротивление заземления заземляющих сетей в многослойном грунте

», Электротехника (2006) 88: 281-287

[9] YLChow, MMASalama, «Упрощенный метод расчета сопротивления заземления подстанции

», IEEE Transactions in Power Delivery,

Vol. 9, No. 2, 1994, pp. 736-742

[10] MMSalama, MMEl.Sherbiny, YLChow, «Формула сопротивления

сети заземления подстанции в двухслойной почве», IEEE Transactions on

Мощность выдачи, т. 10, No. 3, июль 1995 г.

[11] Дж. Л. дель Аламо, «Сравнение восьми различных методов с

позволяет получить оптимальную оценку параметров электрического заземления в двухслойной земле

», IEEE trans. по PWRD, Vol. 8, No. 4, October 1993

[12] J.Л. дель Аламо, «Метод градиента второго порядка для улучшенной оценки параметров почвы

в двухслойной земле», IEEE Trans. PWRD,

Т. 6, № 3, июль 1991 г.

[13] Веннер Ф. «Метод измерения сопротивления заземления», Бюллетень бюро стандартов

, Отчет № 258, т. 6, с. 12, № 3, стр. 469-482,

, февраль 1916 г.

[14] Э.Б. Курдтс, «Некоторые фундаментальные аспекты измерения сопротивления заземления

», AIEE Transactions Pt.I, Vol. 77, ноябрь 1958 г., стр. 767-

770

[15] Ф. Давалиби, Н. Барбейто, «Измерения и расчеты характеристик

систем заземления в многослойных грунтах», IEEE

Trans. по энергоснабжению, т. 6, вып. 4, стр. 1483-1490, октябрь 1992 г.

[16] Ф. Давалиби, Д. Мукхедкар, «Измерения сопротивления заземляющего электрода

в неоднородных почвах», IEEE Trans. по энергетическим аппаратам

и

и системам, т. ПАС-93, вып. 1, стр.109-116, январь 1994

[17] Comsol Multiphysics Software Package ® www.comsol.com

[18] М. Трлеп, А. Хамлер, Б. Хриберник «Анализ систем cpmplex заземления

методом FEM» , IEEE Trans. О магнетизме, т. 34, No. 5,

Сентябрь 1998 г.

Разрешенное лицензионное использование ограничено: Университет Аристотеля в Салониках. Загружено 15 декабря 2009 г. в 08:02 с IEEE Xplore. Ограничения применяются.

Почему заземление, зачем тестировать? | Fluke

Плохое заземление способствует ненужному простою, но отсутствие хорошего заземления опасно и увеличивает риск отказа оборудования.

Без эффективной системы заземления вы можете подвергнуться риску поражения электрическим током, не говоря уже о приборных ошибках, проблемах гармонических искажений, проблемах с коэффициентом мощности и множестве возможных периодически возникающих дилемм. Если токи короткого замыкания не имеют пути к земле через правильно спроектированную и обслуживаемую систему заземления, они обнаружат непредусмотренные пути, которые могут затронуть людей. Эти организации предоставляют рекомендации и / или разрабатывают стандарты заземления для обеспечения безопасности.

OSHA (Управление по охране труда) »
NFPA (Национальная ассоциация противопожарной защиты)»
ANSI / ISA (Американский национальный институт стандартов и приборное общество Америки) »
TIA (Ассоциация индустрии телекоммуникаций)»
IEC (Международная электротехническая комиссия) »
CENELEC (Европейский комитет по электротехнической стандартизации)»
IEEE (Институт инженеров по электротехнике и электронике) »

Хорошее заземление — это больше, чем мера безопасности, оно также предотвращает повреждение промышленных установок и оборудования. Хорошая система заземления повысит надежность оборудования и снизит вероятность повреждения из-за молнии или токов короткого замыкания. Ежегодно на рабочих местах теряются миллиарды долларов из-за электрических пожаров. Это не учитывает связанные с этим судебные издержки и потерю личной и корпоративной производительности.

Зачем тестировать наземные системы?

Со временем коррозионные почвы с высоким содержанием влаги, высоким содержанием соли и высокими температурами могут разрушить заземляющие стержни и их соединения.Несмотря на низкие значения сопротивления заземления при первоначальной установке, эти значения могут увеличиться, если заземляющие стержни разъедены.

Тестеры заземления, такие как измеритель сопротивления заземления Fluke 1623-2 GEO и тестер заземления Fluke 1625-2 GEO, являются незаменимыми инструментами для поиска и устранения неисправностей, помогающими поддерживать время безотказной работы. С неприятными, периодически возникающими электрическими проблемами проблема может быть связана с плохим заземлением или плохим качеством электроэнергии.

Все заземления и заземляющие соединения должны проверяться не реже одного раза в год в рамках вашего обычного плана профилактического обслуживания.Во время этих плановых проверок следует исследовать увеличение сопротивления на 20%. После обнаружения проблема должна быть исправлена ​​путем замены или добавления заземляющих стержней в систему заземления.

Что такое земля и для чего она нужна?

NEC, Национальный электротехнический кодекс, статья 100 определяет заземление как «соединенное (соединяющееся) с землей или с проводящим телом, которое расширяет заземление». Когда мы говорим о заземлении, это две разные темы.

  1. Заземление: намеренное соединение проводника цепи, обычно нейтрального, с заземляющим электродом, помещенным в землю.
  2. Заземление оборудования: обеспечивает правильное заземление рабочего оборудования внутри здания.

Эти две системы заземления необходимо держать отдельно, за исключением соединения между двумя системами. Это предотвращает разность потенциалов напряжения из-за возможного пробоя при ударах молнии. Цель заземления, помимо защиты людей, растений и оборудования, состоит в том, чтобы обеспечить безопасный путь для рассеивания токов короткого замыкания, ударов молний, ​​статических разрядов, сигналов EMI и RFI и помех.

Что такое хорошее значение сопротивления заземления?

Существует большая путаница относительно того, что является хорошим заземлением и каким должно быть значение сопротивления заземления. В идеале заземление должно иметь нулевое сопротивление.

Не существует единого стандартного порога сопротивления заземления, признанного всеми агентствами. Однако NFPA и IEEE рекомендуют значение сопротивления заземления 5,0 Ом или меньше.

Согласно NEC, убедитесь, что полное сопротивление системы относительно земли меньше 25 Ом, указанного в NEC 250.56. В помещениях с чувствительным оборудованием оно должно быть 5,0 Ом или меньше.

В телекоммуникационной отрасли часто используется номинальное сопротивление 5,0 Ом или меньше для заземления и соединения. Целью сопротивления заземления является достижение минимально возможного значения сопротивления заземления, которое имеет смысл с экономической и физической точек зрения.

Поговорите со специалистом

Статьи по теме

Расчет заземления с примерами

Одной из важнейших причин для расчета заземления и установки является то, что он защищает людей, бытовую технику в доме от чрезмерного напряжения.Если вдруг в дом ударит молния или по какой-то причине в сети произойдет скачок напряжения, но электрическая система заземлена, все это лишнее электричество уйдет в землю, иначе произойдет взрыв, способный разрушить все на своем пути.

Электрозащитное оборудование


Рост потребления электроэнергии во всех сферах жизни, дома и на работе, требует четких правил безопасности для жизни человека. Многочисленные национальные и международные стандарты регулируют требования к конструкции электрических систем для обеспечения безопасности людей, домашних животных и имущества при использовании электроприборов.

Электрозащитное оборудование, установленное при строительстве жилых и общественных объектов, необходимо регулярно проверять, чтобы гарантировать надежную работу в течение многих лет. Нарушение правил безопасности в электрических системах может иметь негативные последствия: угроза жизни людей, уничтожение имущества или разрушение электропроводки.

Стандарты безопасности устанавливают следующие верхние пределы для безопасного прикосновения человека к токоведущим поверхностям: 36 В переменного тока в сухих зданиях и 12 В переменного тока во влажных помещениях.



Система заземления


Система заземления — это абсолютно необходимое техническое оборудование для каждого здания, поэтому это первый компонент электроустановки, который монтируется на новом объекте. Термин «заземление» используется в электротехнике для целенаправленного подключения электрических компонентов к земле.

Защитное заземление защищает людей от поражения электрическим током при прикосновении к электрическому оборудованию в случае неисправности. Мачты, заборы, инженерные сети, такие как водопроводные трубы или газопроводы, необходимо соединять с помощью защитного кабеля, подключив его к клемме или заземляющей ленте.

Задачи функциональной защиты

Функциональное заземление не обеспечивает безопасность, как следует из названия; вместо этого он обеспечивает бесперебойную работу электрических систем и оборудования. Функциональное заземление рассеивает токи и источники помех на заземляющих тестовых адаптерах, антеннах и других устройствах, принимающих радиоволны.

Они определяют общие опорные потенциалы между электрооборудованием и устройствами и, таким образом, предотвращают различные прерывания в частных домах, такие как мерцание телевизора или света. Функциональное заземление никогда не может выполнять защитных задач.


Все требования по защите от поражения электрическим током можно найти в государственных стандартах. Создание защитного заземления жизненно важно и поэтому всегда имеет приоритет над функциональным.

Предел сопротивления защитных устройств


В системе, безопасной для людей, защитные устройства должны срабатывать, как только напряжение в системе достигает значения, которое может быть опасным для них.Для расчета этого параметра можно использовать указанные выше данные о пределе напряжения, мы выбираем среднее значение U = 25 В переменного тока.

Автоматические выключатели остаточного тока, установленные в жилых помещениях, обычно не срабатывают на землю, пока ток короткого замыкания не достигнет 500 мА. Следовательно, по закону Ома при U = R1 R = 25 В / 0,5 А = 50 Ом. В связи с этим, для соответствующей защиты безопасности людей и имущества, заземление должно иметь сопротивление менее 50 Ом или R заземления <50.

Коэффициенты надежности электродов


В соответствии с государственными стандартами электродами могут считаться следующие элементы:

  • стальные сваи или трубы, вставленные вертикально;
  • стальные полосы или проволока, уложенные горизонтально;
  • металлические утопленные пластины;
  • металлические кольца, расположенные вокруг фундамента или встроенные в основание.

Водопроводные трубы и прочие подземные стальные инженерные сети (по согласованию с собственниками).

Надежное заземление с сопротивлением менее 50 Ом зависит от трех факторов:

  1. Тип земли.
  2. Тип и сопротивление почвы.
  3. Сопротивление линии заземления.

Расчет заземляющего устройства необходимо начинать с определения удельного сопротивления грунта. Это зависит от формы электродов. Удельное сопротивление земли r (греческая буква Rho) выражается в омметрах. Это соответствует теоретическому сопротивлению заземляющего цилиндра площадью 1 м 2 , для которого поперечное сечение и высота составляют 1 м.Сопротивление Земли сильно варьируется в зависимости от характера почвы, влажности и температуры (в случае заморозков или засухи оно становится выше). Примеры удельного сопротивления грунта в Ом-м:

  • заболоченный грунт от 1 до 30;
  • лессовый грунт от 20 до 100;
  • перегной от 10 до 150;
  • песок кварцевый от 200 до 3000;
  • известняк мягкий от 1500 до 3000;
  • травянистая почва от 100 до 300;
  • каменистый участок без растительности — 5.

Установка заземляющего устройства


Контур заземления монтируется из конструкции, состоящей из стальных электродов и соединительных лент.Устройство после погружения в землю подключают к домашнему электрическому щитку с помощью провода или подобной металлической полоски. Влажность грунта влияет на уровень размещения конструкции.

Между длиной арматуры и уровнем грунтовых вод существует обратно пропорциональная зависимость. Максимальное расстояние от строительной площадки составляет от 1 м до 10 м. Электроды для расчета заземления должны входить в грунт ниже линии промерзания грунта. Для коттеджей схема монтируется с использованием металлических изделий: трубы, гладкая арматура, стальной уголок, двутавры.


Их форма должна быть адаптирована для глубокого проникновения в грунт, площадь сечения арматуры более 1,5 см. 2 . Фурнитура размещается в ряд или в виде множества фигур, которые напрямую зависят от фактического расположения площадки и возможности монтажа защитного устройства. Часто используется схема по периметру объекта, однако все же наиболее распространенной остается треугольная модель заземления.


Несмотря на то, что защитную систему можно изготавливать самостоятельно из доступного материала, многие строители домов покупают заводские комплекты.Несмотря на то, что они недешевы, они просты в установке и долговечны в использовании. Обычно этот комплект состоит из покрытых медью электродов длиной 1 м, снабженных резьбовым соединением для установки.

Общий расчет лент

Общего правила расчета точного количества ямок и размеров полосы заземления нет, но утечка тока разряда определенно зависит от площади поперечного сечения материала, поэтому для любого В оборудовании размер заземляющей полосы рассчитывается по току, который должна проходить по этой полосе.

Для расчета контура заземления сначала рассчитывается ток утечки и определяется размер полосы.

Для большинства электрического оборудования, такого как трансформатор, дизельный генератор и т. Д., Размер полосы заземления нейтрали должен быть таким, чтобы выдерживать ток нейтрали этого оборудования.

Например, для трансформатора на 100 кВА общий ток нагрузки составляет около 140 А.

Подключенная полоса должна выдерживать не менее 70 А (ток нейтрали), что означает, что полосы 25×3 мм достаточно для переноски. Текущий.

Для заземления корпуса используется полоса меньшего размера, по которой может протекать ток до 35 А при условии использования 2-х земляных ям на каждый объект в качестве резервной защиты. Если одна полоса становится непригодной для использования из-за коррозии, которая нарушает целостность цепи, ток утечки течет через другую систему, обеспечивая защиту.

Расчет количества защитных трубок

Сопротивление заземления одиночной стержневой или электродной трубы рассчитывается по формуле:

R = ρ / 2 × 3.14 × L (log (8xL / d) -1)

Где:

ρ = сопротивление почвы (омметр), L = длина электрода (метр), D = диаметр электрода (метр).

Расчет заземления (пример):

Рассчитайте сопротивление изоляционного заземляющего стержня. Он имеет длину 4 метра, диаметр 12,2 мм, удельный вес 500 Ом.

R = 500 / (2 × 3,14 × 4) x (Log (8 × 4 / 0,0125) -1) = 156,19 Ом.

Сопротивление заземления одинарного стержневого или трубчатого электрода рассчитывается следующим образом:

R = 100xρ / 2 × 3, 14 × L (log (4xL / d))

Где:

ρ = сопротивление почвы (омметр), L = длина электрода (см), D = диаметр электрода (см).

Конструкция заземления


Расчет заземления электроустановки начинается с определения количества заземляющих труб диаметром 100 мм и длиной 3 метра. Система имеет ток короткого замыкания 50 кА в течение 1 секунды, а удельное сопротивление заземления составляет 72,44 Ом.

Плотность тока на поверхности земного электрода:

Мак. допустимая плотность тока I = 7,57 × 1000 / (√ρxt) А / м2

Мак. допустимая плотность тока = 7.57 × 1000 / (√72,44X1) = 889,419 А / м2

Площадь поверхности одного диаметра составляет 100 мм. Труба 3 метра = 2 x 3,14 L = 2 x 3,14 x 0,05 x 3 = 0,942 м2

Мак. ток, рассеиваемый одной заземляющей трубой = плотность тока x площадь поверхности электрода.

Максим. ток, рассеиваемый одной заземляющей трубкой = 889,419x 0,942 = 838 A,

Количество требуемой заземляющей трубы = ток повреждения / макс.

Количество необходимых заземляющих труб = 50000/838 = 60 шт.

Сопротивление заземляющего трубопровода (изолированного) R = 100xρ / 2 × 3.14xLx (log (4XL / d))

Сопротивление заземляющей трубы (изолированное) R = 100 × 72,44 / 2 × 3 × 14 × 300 × (log (4X300 / 10)) = 7,99 Ом / труба

Общее сопротивление 60 шт. Заземления = 7,99 / 60 = 0,133 Ом.

Сопротивление заземления

Сопротивление заземления (R):

R = ρ / 2 × 3,14xLx (log (2xLxL / wt))

Пример расчета контура заземления приведен ниже.

Рассчитайте полосу шириной 12 мм, длиной 2200 метров, заглубленную в землю на глубину 200 мм, удельное сопротивление грунта 72.44 Ом.

Сопротивление полосы заземления (Re) = 72,44 / 2 × 3,14x2200x (log (2x2200x2200 / .2×012)) = 0,050 Ом

Исходя из вышеуказанного общего сопротивления, 60 штук заземляющих труб (Rp) = 0,133 Ом. И это связано с черновой полосой заземления. Здесь чистое сопротивление заземления = (RpxRe) / (Rp + Re)

Чистое сопротивление = (0,133 × 0,05) / (0,133 + 0,05) = 0,036 Ом

Общее сопротивление заземления и количество электродов в группе (параллельно связь). В случаях, когда одного электрода недостаточно для обеспечения необходимого сопротивления заземления, следует использовать более одного электрода.Расстояние между электродами должно быть около 4 м. Суммарное сопротивление параллельных электродов является сложной функцией нескольких факторов, таких как количество и конфигурация электрода. Суммарное сопротивление группы электродов в различных конфигурациях согласно:

Ra = R (1 + λa / n),

, где a = ρ / 2X3.14xRxS

Где: S = Расстояние между регулировочным стержнем (метр ).

λ = коэффициент, указанный в таблице ниже.

n = Количество электродов.

ρ = сопротивление грунта (омметр).

R = сопротивление одиночной жилы в изоляции (Ом).

, 0

Коэффициенты для параллельных электродов в линии

Число электродов (n)

Фактор (λ)

3

1,66

четыре

2.15

5

2,54

6

2,87

7

7

7

7

7

9

3,61

10

10

3,8

Для расчета заземления электродов, равномерно расположенных по периметру квадрата, например, квадрата здания, приведенные выше уравнения используются со значением λ, взятым из следующей таблицы.Для трех стержней, расположенных в равностороннем треугольнике или в L-образной формации, можно принять значение λ = 1,66

9057

7

Коэффициенты для электродов в полом квадрате

Количество электродов (n )

Фактор (λ)

2

2,71

3

4,5676

3

4,5673

0003 .48

5

6,13

6

6,63

7

7

7

7

9

7,65

10

7,9

12

8.3

четырнадцать

8,6

16

8.9

восемнадцать

9057

9057

9057 4

Расчет контура защитного заземления для полых квадратов проводится по формуле для общего количества электродов (N) = (4n-1).Эмпирическое правило состоит в том, что параллельные стержни должны быть как минимум в два раза длиннее, чтобы в полной мере использовать дополнительные электроды.

Если расстояние между электродами намного больше, чем их длина, и только несколько электродов включены параллельно, то результирующее сопротивление заземления можно рассчитать, используя обычное уравнение для сопротивления. На практике эффективное сопротивление заземления обычно выше расчетного.

Как правило, матрица с 4 электродами может дать улучшение в 2 раза.5-3 раза.

Набор из 8 электродов обычно дает улучшение, возможно, в 5-6 раз. Сопротивление оригинального заземляющего стержня будет уменьшено на 40% для второй линии, 60% для третьей линии, 66% для четвертой.

Пример расчета электродов


Расчет полного сопротивления заземляющего стержня 200 шт., Расположенных параллельно, с интервалом 4 м каждый, и если они соединены квадратом. Заземляющий стержень имеет длину 4 метра и диаметр 12.2 мм, поверхностное сопротивление 500 Ом. Сначала рассчитывается сопротивление одиночного заземляющего стержня: R = 500 / (2 × 3,14 × 4) x (Log (8 × 4 / 0,0125) -1) = 136,23 Ом.

Далее суммарное сопротивление заземляющего стержня в количестве 200 единиц в параллельном состоянии: a = 500 / (2 × 3,14x136x4) = 0,146 Ra (параллельная линия) = 136,23x (1 + 10 × 0,146 / 200 ) = 1,67 Ом.

Если заземляющий стержень подключен к полой области 200 = (4N-1),

Ra (пустой квадрат) = 136,23x (1 + 9.4 × 0,146 / 200) = 1,61 Ом.

Калькулятор заземления


Как видите, расчет заземления — очень сложный процесс, он использует множество факторов и сложных эмпирических формул, которые доступны только обученным инженерам при наличии сложных программных систем.

Пользователь может произвести только приблизительный расчет с помощью онлайн-сервисов, например, Allcalc. Для более точных расчетов все же необходимо обратиться в проектную организацию.

Онлайн-калькулятор Allcalc поможет быстро и точно выполнить расчет защитного заземления в двухслойном грунте, состоящем из вертикального заземления.

Расчет параметров системы:

  1. Верхний слой почвы — песок очень влажный.
  2. Климатический коэффициент — 1.
  3. Нижний слой почвы — песок очень влажный.
  4. Количество вертикальных заземлений — 1.
  5. Глубина верхнего слоя грунта H (м) — 1.
  6. Длина вертикального участка, L1 (м) — 5.
  7. Глубина горизонтального участка h3 (m) составляет 0,7.
  8. Длина соединительной планки, L3 (м) — 1.
  9. Диаметр вертикального сечения, D (м) — 0.025.
  10. Ширина полки горизонтального сечения, b (м) — 0,04.
  11. Электрическое сопротивление почвы (Ом / м) — 61,755.
  12. Сопротивление одной вертикальной секции (Ом) составляет 12,589.
  13. Длина горизонтального участка (м) 1,0000.

Сопротивление горизонтального заземления (Ом) — 202.07.

Расчет сопротивления защитного заземления завершен. Полное сопротивление распространению электрического тока (Ом) составляет 11,850.


Земля является общей точкой отсчета для многих источников напряжения в электрической системе.Одна из причин, по которой заземление помогает обезопасить людей, заключается в том, что земля является самым большим проводником в мире, а избыток электричества всегда идет по пути наименьшего сопротивления. Заземляя электрическую систему дома, человек позволяет току уходить в землю, что спасает ему и другим жизнь.

Без правильно заземленной домашней электросети пользователь рискует не только своей бытовой техникой, но и своей жизнью. Именно поэтому в каждом доме необходимо не только создавать сеть заземления, но и ежегодно контролировать ее работоспособность с помощью специальных средств измерений.

Математический метод определения оптимального количества материалов для засыпки, используемых для уменьшения сопротивления заземления

При установке системы заземления, которая составляет значительную часть любой системы электроснабжения, для уменьшения сопротивления заземления используются различные материалы засыпки. Общий математический метод определения оптимального количества засыпных материалов, используемых для снижения сопротивления заземления, основанный на математическом аппарате, 3D FEM-моделировании, численном анализе полученных результатов и концепции «изгиба» кривой, а также на В данной статье разработан и предлагается инженерный анализ, основанный на опыте проектировщика.Предложенный метод апробирован на квадратной петле, обернутой засыпным материалом и заглубленной в двухслойный грунт. Результаты, полученные представленной методикой, хорошо коррелируют с экспериментально полученными литературными данными. Предлагаемый метод может помочь проектировщикам избежать участков насыщения, чтобы максимально повысить эффективность использования материала засыпки.

1. Введение

Правильная конструкция систем заземления важна для обеспечения безопасности людей и предотвращения перебоев в электроснабжении, а также для защиты электрического и электронного оборудования [1].Чтобы соответствовать стандартам электробезопасности, сопротивление заземления системы заземления должно быть ниже требуемых значений (в дальнейшем обозначается как), которое может варьироваться от 10 Ом для молниезащиты [2] до менее 0,1 Ом для объектов, где требуется защита. устройства должны работать очень быстро [3]. Это не всегда легко получить, особенно в неблагоприятных условиях (высокое удельное сопротивление грунта и / или грунт, который плохо контактирует с электродами системы заземления) [4]. В таких случаях сопротивление системы заземления можно уменьшить, увеличив количество стержней или длину электрода или используя соответствующие материалы для засыпки.Последнее решение, хотя обычно не подходит для больших систем заземления, в некоторых случаях может быть эффективным для электродов, покрывающих небольшие площади. На практике используются различные засыпные материалы для устранения контактной составляющей сопротивления заземления, а также для снижения сопротивления заземления до (использование бентонита проанализировано в [5, 6]; использование кокосового торфа, посадочно-глинистого грунта и т. Д. и рисовая пыль анализировались в [7, 8]; использование гранулированного доменного шлака и летучей золы анализировалось в [9] и [10] соответственно; использование отработанного бурового раствора анализировалось в [11]; общий анализ обратной засыпки использование материала выполнено в [12, 13]).

Анализ, проведенный в [14], показал, что в почвах, которые образуют плохой контакт с электродами системы заземления, значение сопротивления заземления может быть значительно уменьшено с использованием материала для засыпки, который характеризуется либо способностью обеспечивать отличный контакт с заземляющими электродами, либо низким удельным сопротивлением или правильным сочетанием этих двух характеристик. Это означает, что на такой местности вся составляющая контактного сопротивления (которая не учитывается стандартными инженерными методами и формулами, например.g., приведенные в [15, 16]), можно исключить, а значения сопротивления заземления можно уменьшить до тех, которые вычисляются стандартными инженерными методами и формулами (в дальнейшем для удобства обозначены как базовые значения), используя относительно небольшое количество засыпного материала, характеризующегося возможностью достижения идеального контакта как с заземляющими электродами, так и с окружающей почвой. В этом случае вся составляющая контактного сопротивления будет устранена, даже если материал засыпки будет характеризоваться таким же высоким удельным сопротивлением, как окружающий грунт [14].Согласно выводам, представленным в [17] (основанным на экспериментальных исследованиях), достаточное количество засыпного материала, характеризующегося способностью достигать идеального контакта как с заземляющими электродами, так и с окружающей почвой, например, бентонит, должно обеспечить успешное устранение общая составляющая контактного сопротивления составляет 0,02 м 3 на 1 м заземляющей полосы ().

Однако, если использованный засыпной материал характеризуется более низким удельным сопротивлением, чем окружающий грунт, может быть достигнуто дополнительное снижение сопротивления заземления.Сопротивление заземления системы заземления уменьшается с увеличением количества используемого засыпного материала. Тем не менее, этот эффект уменьшения сопротивления заземления будет проявлять явление насыщения, когда количество используемого материала обратной засыпки увеличивается до определенного уровня [18]. Лучшее понимание этого явления насыщения можно получить, проанализировав влияние объема использованного материала обратной засыпки, а также влияние его удельного сопротивления на скорость уменьшения сопротивления заземления (%), определяемую следующим выражением:

Методологии оптимизации , основанные на математическом аппарате и автоматизированном проектировании, необходимы для минимизации инвестиционных затрат на энергосистемы, частью которых являются линии электропередачи [19] и системы их заземления [20].Следовательно, такие методики оптимизации для определения теоретической максимальной эффективности использования засыпного материала для заземляющих стержней предложены в [13, 18, 21]. Основанные на методах расчета сопротивления заземления, которые подходят только для решения двумерных задач, применение этих методологий оптимизации ограничено только системами заземления с геометрией, характеризующейся вращательной симметрией (например, заземляющие стержни, окруженные цилиндром из засыпного материала), заглубленные в однородный грунт, который можно свести к двумерным задачам.Они не могут применяться в системах заземления, характеризующихся более сложной геометрией, заглубленных в неоднородные почвы, например, квадратная петля, заглубленная в двухслойный грунт (Рисунок 1) и окруженная материалом обратной засыпки (Рисунок 2).



Для таких сложных геометрических форм используется общий математический метод определения оптимального объема засыпного материала, основанный на 3D FEM-моделировании, численном анализе полученных результатов и концепции «колена» кривой, а также на инженерный анализ, основанный на опыте проектировщика, разработан и предложен в данной статье.Предлагаемый метод подходит только для случаев, когда использование засыпных материалов имеет преимущества (с точки зрения эффективности и стоимости) относительно простого увеличения количества стержней или длины электрода.

Концепция «изгиба» кривой была принята после примеров инженеров, работающих в различных областях проектирования системы, которые используют «изгиб» кривой (т. Е. Графика непрерывной функции, которая имеет отношение к поведению системы) , представляющие границу между насыщенной и ненасыщенной областями кривой, в их методологиях оптимизации.Общий анализ конструкции системы с концепцией «колена» был дан в [22, 23], а использование концепции «колена» в информационных технологиях объяснено в [24, 25], в химической инженерии — в [26], а при проектировании снаряда — в [27].

Экспериментальная установка и результаты измерений двух одинаковых квадратных заземляющих контуров, заглубленных в двухслойный грунт (одна засыпана бентонитовой суспензией, а другая обычная), представленные в [11], были проанализированы с использованием предложенного метода. Предлагаемый метод, основанный на 3D-моделировании методом конечных элементов, подходит и для любого типа многослойного грунта.

2. Экспериментальная установка и результаты измерений

Как сообщается в [11], 2 идентичные квадратные петли были установлены в бывшей каменной постели. Площадка описывалась двухслойной почвой (= 170 Ом · м, = 75 Ом · м и = 8 м (Рисунок 1)). Верхний слой почвы сложен камнями (карстовая местность). Размеры контуров (5 м × 5 м) относятся к диапазону размеров контуров заземления, которые часто используются в составе систем заземления опор ЛЭП 35 кВ и 10 кВ / 0.Трансформаторные подстанции 4 кВ. Петли из стальных оцинкованных полос прямоугольного сечения (30 мм × 4 мм) устанавливались на глубину 0,5 м. В [14] было доказано (3D-моделированием обоих контуров методом МКЭ), что входные данные и результаты измерений этой экспериментальной установки, представленные в [11], были получены с приемлемой точностью.

В качестве материала обратной засыпки первого петлевого канала использовался выкопанный материал. Измеренное сопротивление заземления контура = 50,2 Ом, расчетное сопротивление = 14.6 Ом [11]. В [11] было высказано предположение и показано с помощью трехмерного моделирования методом конечных элементов в [28, 29], что огромная разница между измеренным и расчетным сопротивлениями заземления в данном конкретном случае была вызвана уменьшенной поверхностью контакта между заземляющими электродами и окружающей почвой (т. Е. , составляющая очень высокого контактного сопротивления), что не учитывалось применяемой расчетной формулой в [11]. Из-за типа почвы (камни, карстовая местность) было невозможно добиться хорошего контакта между электродами и почвой путем уплотнения почвы над электродом, что является обычной практикой для предотвращения такого компонента с очень высоким контактным сопротивлением.Также возможно, что, когда электроды подвергаются приложенным токам из-за неисправностей или других явлений (например, токи, связанные с молнией), высокие значения сопутствующего электрического поля на поверхности электрода, естественно, будут способствовать хорошему контакту этой поверхности с окружающая почва.

Второй контурный канал был засыпан 1,2 м 3 суспензии бентонита (0,06 м 3 бентонита на 1 м полосы заземления). Удельное сопротивление этого материала обратной засыпки было = 2.5 Ом · м. Измеренное сопротивление заземления этого контура составило = 12,5 Ом [11]. Очевидно, что при использовании бентонита не только устраняется вся составляющая контактного сопротивления, но и достигается дополнительное снижение сопротивления заземления.

3. «Колено» концепции кривой

В случае систем заземления с материалами обратной засыпки, если объем использованного материала обратной засыпки соответствует значениям из области насыщения соответствующей кривой, вероятно, что этот объем составляет крупногабаритные, и поэтому материальные и человеческие или машинные усилия могут быть потрачены впустую, а вложения увеличиваться без уважительной причины.Таким образом, значения координат точки «перегиба» и, практически, можно рассматривать как максимальный объем засыпного материала, который следует использовать, и максимальную скорость снижения сопротивления заземления, что реально может быть достигнуто при использовании считается засыпным материалом рассматриваемой системы заземления на рассматриваемом месте установки.

Напротив, если объем использованного материала обратной засыпки соответствует значениям из ненасыщенной области соответствующей кривой, вероятно, что этот объем занижен, и, следовательно, возможность дополнительно уменьшить сопротивление заземления системы заземления. при относительно небольших дополнительных инвестициях использование объема засыпного материала (), достаточного для достижения, может быть неоправданно потрачено впустую.

Однако не всегда легко определить точку «изгиба» кривой. Его не следует читать с рисунка, потому что может возникнуть «оптическая иллюзия», созданная с использованием различных соотношений сторон по осям и, что вводит инженера в заблуждение и дает ему ложные данные о точках «изгиба». Поэтому принят математический подход к нахождению координат точки «колена». Он основан на дифференциальном исчислении и математическом определении кривизны для непрерывных функций, учитывая формальное определение «колена» для непрерывных функций, данное в [22], где оно определяется как точка максимальной кривизны кривой.Точка максимальной кривизны кривой соответствует точке минимального радиуса кривизны. Радиус кривизны графика непрерывной функции (кривой) в точке — это длина радиуса дуги окружности, которая представляет собой наилучшее приближение кривой в этой точке. Для любой непрерывной функции, если она задана в декартовых координатах и ​​если предположить, что она дифференцируема до второго порядка, радиус кривизны в произвольной точке ее графика может быть определен с помощью следующего выражения [30]: Точка «колена» кривая, то есть точка, характеризующаяся минимальным радиусом кривизны, может быть определена с использованием уравнения и удовлетворяет условию

Хотя радиус кривизны хорошо определен для непрерывных функций, он не определен должным образом для дискретных наборов данных.Обратите внимание, что в рассматриваемом случае только дискретные наборы данных, несколько пар значений для каждого значения, могут быть получены расчетами 3D FEM. В дискретном случае радиус кривизны и точка «изгиба» кривой могут быть определены путем подбора подходящей непрерывной функции к имеющимся данным с последующим применением (2) — (4) к этой функции.

4. Определение кривой и значений координат точки «изгиба» для рассматриваемых контуров заземления

Описанная экспериментальная установка (рис. 1) была смоделирована в 3D с применением МКЭ.Используемая модель подробно описана в [14, 28, 31]. Обратите внимание, что любой тип многослойного грунта можно легко смоделировать с помощью 3D FEM, точно так же, как это было сделано в случае двухслойного грунта для описанной экспериментальной установки. Материал обратной засыпки был смоделирован как подобласть, которая окружает контур заземления, поперечное сечение которого показано на рисунке 2.

Значения удельного сопротивления материала засыпки варьировались от 0 Ом · м (идеальный проводящий материал) до 170 Ом · м (), а также размер подобласти (рисунок 2) от 0.От 1 м до 0,6 м, а сопротивление заземления рассматриваемого контура рассчитывалось для каждого случая с помощью МКЭ. Изменение сопротивления заземления рассматриваемого контура в зависимости от объема материала засыпки для его различных удельных сопротивлений представлено на рисунке 3. Объем материала засыпки рассчитывается как (- периметр контура заземления, в рассматриваемом случае 20 м ).


Из кривых, представленных на рисунке 3, видно, что значения сопротивления заземления ниже базового значения (= 14.53 Ом, рассчитанное для рассматриваемого случая с помощью 3D МКЭ) может быть получено с материалами обратной засыпки, характеризующимися разными значениями их удельного сопротивления, если их удельное сопротивление ниже удельного сопротивления окружающей почвы (= 170 Ом · м).

Пары значений для различных значений, рассчитанные для рассматриваемого случая с помощью 3D-моделирования методом конечных элементов, представлены на диаграмме, показанной на рисунке 4, в виде точек, отмеченных разными элементами для каждого значения. Как и ожидалось, для более низких удельных сопротивлений материала обратной засыпки были получены более низкие сопротивления заземления рассматриваемого контура.Тем не менее, явление насыщения в эффекте уменьшения сопротивления заземления, очевидно, проявляется даже в том случае, если материал засыпки является идеальным проводящим материалом (= 0 Ом · м). Согласно диаграмме, представленной на рисунке 4, в рассматриваемом случае было бы очень сложно достичь значения = 40%, даже если бы в качестве материала обратной засыпки использовался большой объем идеального проводящего материала. Для материалов обратной засыпки, характеризующихся более высоким удельным сопротивлением, пропитывается при меньших значениях даже для очень небольших использованных объемов материала засыпки.


Анализируя значения, представленные на диаграмме, показанной на Рисунке 4, можно было предположить, что степень уменьшения сопротивления заземления в зависимости от используемого объема ( 3 м) материала обратной засыпки может быть аппроксимирована следующим выражением: где и — различные для каждого значения положительные параметры, описывающие форму кривой в рассматриваемом случае. Эта функция была выбрана среди других функций-кандидатов, потому что она была наиболее подходящей для определения радиуса кривизны.Она дифференцируема до второго порядка, и ее первая и вторая производные были легко определены:

Параметры и, которые описывают форму кривой в рассматриваемом случае, были определены путем аппроксимации непрерывной функции, выраженной формулой (6), через точек, представленных на диаграмме, показанной на рисунке 4, с использованием метода наименьших квадратов и метода итерационных расчетов. Значения определяемых параметров и приведены в таблице 1 для нескольких значений.

9057 9057 9057 9057 9057 9057 9057 9057 9057 9057 9057 9057 9057 9057 9057 9057 9057 9057 9057 9057 14

(Ом · м) 3 ) 3 ) 3 ) 3 ) 5.48 109,43 3,87 33,17
2,5 5,39 109,43 3,80 32,51 4,41 110,96 3,11 25,77
50 3,74 112,39 2,63 21,28
100 2 115,67 1,51 11,06
150 0,60 118,42 0,42 2,37


быть определено путем применения (2) к (6), что дает, а затем включение (7) в (8), которое после перестановки становится первой и второй производной функции, соответственно, Точка «изгиба» функции может быть определена с помощью уравнение и удовлетворяющее условию Реалистичное решение уравнения (11), которое удовлетворяет условию, выраженному формулой (12), имеет вид Это решение представляет собой координату точки «колена» функции.Координату точки «колена» функции можно определить, введя решение, выраженное формулой (13), в (6), которое после перестановки принимает вид

. Значения координат точки «колена», и, приведены в таблице 1 для несколько значений. Они рассчитываются с учетом соответствующих параметров и в (13) и (14).

5. Определение оптимального объема засыпного материала для рассматриваемых контуров заземления с помощью инженерного анализа

Для определения оптимального объема использованного засыпочного материала проектировщик должен уметь оценить влияние использования произвольного объема материал засыпки на сопротивление заземления, системы заземления.Для рассматриваемых контуров заземления это можно сделать, включив значение (полученное с помощью (6)) вместе с базовым значением в следующее выражение, полученное при перегруппировке (1): путем включения (6) в (15), которое после перестановка становится прямой зависимостью, которая может быть использована для той же цели (является основанием натурального логарифма).

Для рассматриваемых контуров, если принять, что = 10 Ом, = = 2,5 Ом · м и что достаточное количество бентонита, которое должно обеспечить успешное устранение всей составляющей контактного сопротивления, равно = 0.02 м 3 на 1 м полосы заземления (согласно выводам, представленным в [17] на основе экспериментальных исследований) характерные объемы засыпного материала равны = 0,4 м 3 , = = 3,8 м 3 (получено с использованием ( 13), = 0,19 м 3 бентонита на 1 м полосы) и = 2,97 м 3 (получено по (16), ≈ 0,15 м 3 бентонита на 1 м полосы).

Сравнение экспериментально полученных значений сопротивления заземления (= 50.2 Ом для обычного контура и = 12,5 Ом для контура, засыпанного 1,2 м 3 бентонитовой суспензии (0,06 м 3 на 1 м полосы)) с базовым значением = 14,53 Ом, рассчитанным с использованием МКЭ и значений = 11,55 Ом, = 10,71 Ом и = 9,81 Ом, рассчитанное с использованием (16) для петли, заполненной с помощью = 0,4 м 3 , = 1,2 м 3 и = 3,8 м 3 суспензии бентонита, соответственно, можно сделать вывод, что количество 0,06 м 3 суспензии бентонита на 1 м полосы заземления, используемой в экспериментальной установке [11], было достаточно для устранения всей составляющей контактного сопротивления, но если бы это была единственная цель, это могло бы достигается за счет использования в 3 раза меньшего объема (0.02 м 3 на 1 м полосы [17]). Если цель заключалась в достижении = 10 Ом, следует использовать почти в 2,5 раза больший объем (0,15 м 3 бентонита на 1 м полосы). Однако необходимо учитывать, что существует некоторая разница между экспериментально полученным значением сопротивления заземления контура, залитого бентонитом = 1,2 м 3 , и рассчитанным по формуле (16) (= 12,5 Ом и = 10,71 Ом, соответственно), поскольку исходные данные и результаты измерений на этой экспериментальной установке, представленные в [11], были получены только с разумной, а не идеальной точностью.Следовательно, в процессе проектирования проектировщик должен обязательно предусмотреть использование несколько больших объемов засыпного материала, чем те, которые оцениваются по (16), чтобы компенсировать потенциальные ошибки, вызванные неточностью определенных входных параметров и их сезонными колебаниями, но, конечно, не больше. чем (= 3,8 м 3 в рассматриваемом случае), поскольку увеличение объема сверх этого значения не может дать значительного положительного эффекта, а только без нужды приведет к увеличению затрат на установку.Учитывая все обстоятельства, в конце концов, проектировщик снова должен оценить оптимальный объем материала обратной засыпки на основе существующей ситуации на объекте, влияние продуманной системы заземления на безопасность людей и оборудования. , и имеющийся бюджет, а также исходя из личного опыта и инженерного чутья.

В рассматриваемом случае, если требуемое положение системы заземления = 10 Ом, разработчик логики может выбрать, например, = 3.3 м 3 (≈1,1 = 3,8 м 3 ; дополнительные 10% засыпного материала для компенсации, в некоторой степени, потенциальных ошибок, вызванных неточностью определенных входных параметров и их сезонными колебаниями). Если в позиции системы заземления приемлемо = 15 Ом (что часто имеет место в энергосистеме Сербии), логическим выбором разработчика было бы принять, например, = 0,6 м 3 (= достаточно, чтобы исключить все контактное сопротивление и дополнительные 50% засыпного материала для компенсации потенциальных ошибок).В любом случае можно сделать вывод, что использованный объем = 1,2 м. 3 бентонита был неправильным выбором (размер меньше, если = 10 Ом, что означает, что после установки потребуются дополнительные работы; увеличен, если = 15 Ом, что означает, что установка расходы были увеличены без уважительной причины).

6. Метод определения оптимального объема засыпного материала

Процедура получения (6), (13), (14) и (16) и определения необходимых коэффициентов, а также инженерный анализ результатов. которые представлены в разделах 4 и 5 для рассматриваемого контура заземления, представляют собой новый математический метод определения оптимального количества материалов для засыпки, используемых для уменьшения сопротивления заземления, который может быть применен к любому типу системы заземления, с различными размерами, размещенной в любом грунте. структура, с различным количеством и характеристиками засыпных материалов.Таким образом, метод состоит из следующих 6 шагов: (1) 3D-моделирование FEM рассматриваемой структуры грунта, системы заземления и материала засыпки, (2) расчет (с использованием 3D FEM) нескольких пар значений для материалов засыпки (характеризуемых by), которые доступны для строительства системы заземления в желаемом месте (рисунки 3 и 4 в рассматриваемом случае), (3) поиск и подгонка подходящей непрерывной функции к набору полученных точек для каждого материала обратной засыпки ((6) в в рассматриваемом случае), (4) определение точки «перегиба» с применением математического подхода, основанного на дифференциальном исчислении и математическом определении кривизны к полученной непрерывной функции ((13) и (14) и таблица 1 в рассматриваемом случае), ( 5) определение зависимости ((16) в рассматриваемом случае) и ее использование для расчета характерных объемов засыпного материала (,, и), а также соответствующих им значений сопротивлений заземления, (6) проведение инженерного анализа на основании из т Существующая ситуация на объекте, влияние продуманной системы заземления на безопасность людей и оборудования и доступный бюджет, а также на основе личного опыта и инженерного чутья проектировщика для оценки оптимального объема, засыпной материал.

Предлагаемый метод может помочь разработчикам систем заземления избежать явления насыщения при использовании засыпного материала для снижения сопротивления заземления и максимально повысить эффективность его использования. Хотя он не рассчитывает точное оптимальное количество засыпного материала (что невозможно с практической точки зрения), он представляет собой новый инструмент (такого рода не было ни в стандартах, ни в научной и профессиональной литературе) для проведения технических и технико-экономический анализ, результаты которого могут помочь в оценке оптимального количества засыпного материала, которое следует использовать.Однако могут возникнуть практические проблемы, связанные с реализацией оптимизированных результатов в реальных условиях. В некоторых случаях может быть трудно или даже невозможно построить в реальных условиях почвы ямы с размерами, определенными с помощью предлагаемого метода, для идеальной утилизации оптимизированного объема материала обратной засыпки.

Настоящие попытки автора направлены на упрощение представленного метода. Пространство для возможного упрощения может заключаться в том факте, что значение «излома» объема засыпного материала почти полностью линейно зависит от удельного сопротивления засыпного материала, согласно данным, представленным в Таблице 1.Следовательно, возможно, что только значение «изгиба» объема засыпного материала для должно быть рассчитано с использованием предложенного метода, чтобы провести прямую линию между точками и на диаграмме с осью и и считывать с этой линии. «коленное» значение громкости для любого. Однако, прежде чем можно будет применить упомянутое упрощение, необходимо проверить линейную зависимость «излома» объема от удельного сопротивления материала засыпки для других типов систем заземления и грунтовых конструкций.

7. Распределение электрического потенциала на поверхности земли

Также было исследовано влияние использованного объема засыпного материала на распределение электрического потенциала на поверхности земли над подземной системой заземления (во время замыкания на землю). Диаграмма, показанная на рисунке 5, содержит кривые, представляющие распределения потенциала вдоль линии между точками = (0 м, 0 м) и = (8 м, 0 м), принадлежащими поверхности земли (= 0 м), рассчитанные с использованием 3D FEM. для различных объемов бентонита (= = 2.5 Ом · м) и для электрического потенциала электродов системы заземления, равного 200 В.


Диаграмма, показанная на рисунке 5, показывает, как объем использованного засыпного материала (бентонита) влияет на распределение потенциала на поверхности земли во время замыкания на землю. Очевидно, что напряжение прикосновения, которое представляет собой разность потенциалов между повышением потенциала земли (электрический потенциал электродов системы заземления) и потенциалом поверхности земли в точке, где человек стоит, в то же время держа руку в контакте с заземленной конструкцией уменьшается с увеличением объема засыпного материала (при том же электрическом потенциале электродов системы заземления).Напряжение ступеньки, представляющее разницу потенциалов поверхности земли, испытываемую человеком, преодолевшим расстояние в 1 м, очевидно, увеличивается с увеличением объема засыпного материала (для того же электрического потенциала электродов системы заземления). Однако для точного определения напряжения прикосновения и ступенчатого напряжения — параметров, которые указывают на качество системы заземления, а также электрического потенциала электродов системы заземления в конкретном случае, необходимо учитывать условия в соответствующей электрической цепи и проводить более глубокий анализ. должны быть выполнены, что также будет предметом будущих авторских работ.

8. Выводы

Новый математический метод определения оптимального количества засыпных материалов, используемых для снижения сопротивления заземления, основанный на 3D-моделировании МКЭ, численном анализе полученных результатов, а также концепции «изгиба» кривой. как по инженерному анализу, основанному на опыте проектировщика, разработан и предложен в данной статье. Основанный на трехмерном МКЭ, насколько известно автору, это первый такой метод, предлагаемый в литературе, который носит общий характер и может применяться к любой геометрии электродов и составу почвы.

Предложенный метод апробирован на экспериментальной установке, представленной в литературе [11], содержащей квадратную петлю, охваченную засыпным материалом и заглубленную в двухслойный грунт. Результаты, полученные с помощью представленного метода, предоставляют проектировщику диапазон оптимального объема для любого имеющегося материала обратной засыпки. Это помогает проектировщику принять решение, следует ли использовать объем материала обратной засыпки ближе к нижнему пределу диапазона и попытаться исключить только компонент контактного сопротивления с меньшими затратами или использовать объем ближе к верхнему пределу диапазона и достичь дополнительного уменьшение сопротивления заземления при несколько более высоких вложениях.

Однако предлагаемый метод подходит только для случаев, когда использование материалов для засыпки имеет преимущества (с точки зрения эффективности и стоимости) в отношении простого увеличения количества стержней или длины электрода. Кроме того, в некоторых случаях может быть трудно или даже невозможно построить в реальных условиях почвы ямы с размерами, определенными с помощью предлагаемого метода, для идеального удаления оптимизированного объема материала засыпки.

Конфликты интересов

Автор заявляет, что конфликты интересов, связанные с этой статьей, отсутствуют.

Благодарности

Это исследование было частично поддержано Министерством образования, науки и технологического развития Республики Сербия (проект TR 36018).

FE Design Mod 16 Расчеты заземления и соединения Флипбук PDF

Основы электрического проектирования Модуль заземления и расчетов соединений 16

Integrity Institute of Technology © 2014

Page 1

Оглавление Расчеты …………………………………………………… ………………………………………….. …………………………………….. 4 шага по выбору размера заземления Электрод-проводник ………………………………………… …………………………………………. 4 Максимальная длина проводника заземляющего электрода ……………………………………. …………………………………… 6 Как рассчитать ИК-падение провод заземляющего электрода …………………………………………….. …………… 6 Пример расчета ………………………….. ………………………………………….. ………………………………………….. ……… 7 Проблема: ……………………………….. ………………………………………….. ………………………………………….. …………….. 7 Решение: ………………………… ………………………………………….. ………………………………………………………… ……… 7 Практика реальных проблем — определение размеров проводника заземляющего электрода …………………………. ……………………………. 8 шагов по выбору размера заземляющего проводника оборудования ……… ………………………………………….. …………………………………. 11 Практика реальных проблем — определение размеров заземляющего проводника оборудования — Все задачи основаны на таблице 250.122 NEC, NFPA 70 ……………………………………………………………………… …………………… 12 Практика реальных проблем. Заземление и соединение отдельно созданной системы …………… ………………………… 15 шагов для выбора размера основной соединительной перемычки …………. ………………………………………….. ………………………………………….. … 17 Шаги по выбору размера клеящей перемычки ………………………………….. ………………………………………….. ……………………………. 18 Тест по обратной связи ………………………………… ………………………………………….. ……………………………………… 19

Институт честности © 2014

Стр. 2

Расчеты заземления и связи Издатель Integrity Company, LLC Технологический институт Integrity Авторские права 2014 г. Автор / инструктор Дэвид Р. Карпентер, доктор философии

Заявление об авторских правах / Заявление об отказе от ответственности Integrity Company, LLC обязана соблюдать и соблюдать все законы штата и федеральные законы, регулирующие авторские права и товарные знаки, а также другие применимые законы штата и федеральные законы.Для использования материалов, защищенных авторским правом, может потребоваться разрешение владельца авторских прав. Отсутствие уведомления об авторских правах или символа на работе не означает, что она не защищена авторским правом. Работы, защищенные авторским правом, могут включать, помимо прочего, текст, графику, музыку и фотографии. Разрешение на использование любых материалов или товарных знаков, защищенных авторским правом Integrity Company, LLC, в коммерческих или неофициальных целях должно быть одобрено в письменной форме уполномоченным представителем Integrity Company, LLC. Право пользователя на доступ и использование этой информации подлежит прекращению, если пользователь нарушает управляющую политику.Любое использование зарегистрированных товарных знаков или других знаков должно быть предварительно одобрено. В случае получения одобрения символ зарегистрированного товарного знака должен использоваться вместе со знаком или знаком. Пожалуйста, сообщайте о любых предполагаемых нарушениях авторских прав на этот документ и немедленно сообщите нам об этом по электронной почте на адрес [электронная почта защищена]. Мы подтверждаем получение всех одобренных кредитов, когда мы и другие организации даем разрешение на авторские права. Если вы заметили или подозреваете, что какие-либо из наших публикаций нарушают авторские права других лиц или нарушаются другими лицами, немедленно сообщите нам об этом по электронной почте по адресу [адрес электронной почты]

Integrity Institute of Technology © 2014

Page 3

Расчеты Шаги для определения размера Провод заземляющего электрода 1.2. 3.

4.

5.

Определите размер проводника служебного входа Перейдите к Таблице 250-66 NEC, FPA 70, Определите медь или алюминий для заземляющего проводника электрода и проводников служебного входа, если служебный вход Для проводов больше, чем указано в таблице (1100 тыс. Куб. См или 1750 тыс. Куб. См. Рис. 1 Таблица размеров проводников заземляющего электрода

Integrity Institute of Technology © 2014

Page 4

Integrity Institute of Technology © 2014

Page 5

BONDING BONDING JUMPER JUMPER SEPARATELY SEPARATELY BONDING JUMPER JUMPER РАЗДЕЛЕННО РАЗДЕЛ РАЗДЕЛ СИСТЕМНОЙ ПОЛУЧЕННОЙ СИСТЕМЫ 250-30 250-30 (a) (a) позволяет установить перемычку для перемычки на любой перемычке, которая должна быть установлена ​​в любой точке, от источника отдельно производной системы Источник отдельно производной системы до первое устройство отключения системы, средство отключения или устройство максимального тока перегрузки по току.устройство.   РАЗМЕР РАЗМЕР Размер перемычки заземляющей перемычки определяется в соответствии с Таблицей 250-66 250-66 на основе размера сечения проводников производных фазных проводов трансформатора. трансформатор.

Максимальная длина проводника заземляющего электрода • • • •

NEC не ограничивает длину проводника заземляющего электрода, который может использоваться. В Таблице 250-66 показаны размеры проводов заземляющего электрода, основанные на максимальных 100-футовых участках.Основанием для выбора размеров проводников, показанных в Таблице 250-66, является то, что для 5-секундного протекания тока будет примерно 40-вольтное падение напряжения IR. Справочная статья 250-66, таблица 8, 250-50, 250-50 (a) (2), NEC, NFPA 70.

Как рассчитать падение ИК-излучения на проводнике заземляющего электрода Шаг первый — Расчет кратковременного номинального тока дирижера. Было установлено, что в течение 5 секунд кратковременный номинал может быть принят примерно как 1 ампер на каждые 40 круговых милов.Шаг второй — см. Таблицу 8 NEC для размеров проводников с круговой фрезой Шаг третий — Разделите круг. Миллса на 40 = номинальная сила тока короткого замыкания проводника. Шаг четвертый — Определите сопротивление на фут по таблице 8. Шаг пятый — умножьте результаты третьего шага на четвертый.

Технологический институт целостности © 2014

Стр. 6

Пример задачи расчета: проводник электрода — это медный провод №2 / 0 на длине 180 футов.Решение: медный проводник 2/0 AWG имеет площадь 133 100 круглых мил (Таблица 8), деленная на 40, означает, что он способен безопасно выдерживать 3327 ампер в течение 5 секунд. Медный провод 2/0 AWG имеет сопротивление постоянному току 0,0967 Ом на тысячу футов (Таблица 8) или 0,180 тыс. Футов. 0,0967 = 0,017406 для 180 футов. Умножение номинального кратковременного тока 3327 ампер на 0,017406 показывает падение напряжения 57 вольт. Это превышает рекомендуемое падение напряжения в 40 вольт, поэтому необходимо использовать провод большего размера.Медный провод 4/0 AWG имеет сопротивление 0,0608 на тысячу футов или 0,0109 на 180 футов. Умножение номинального кратковременного тока 3327 ампер на 0,0109 показывает падение напряжения 36 вольт. Обратите внимание, что в качестве кратковременного тока используется провод, требуемый таблицей 25066. Заключение: в качестве проводника должен использоваться медный заземляющий электрод 4/0 AWG.

Технологический институт целостности © 2014

Стр. 7

Практика Реальные проблемы — Определение размеров заземляющего проводника — Все проблемы основаны на таблице 250.66 NEC, NFPA 70.

Практика Реальные проблемы 1. Минимальный размер проводника заземляющего электрода — # 8 AWG у.е., максимальный допустимый размер меди — _____. На основании таблицы 250.66 NEC, NFPA 70. a. 3/0 у.е. б. 250 куб. 1100 у.е. 1200cu Решение:  Перейдите к таблице 250.66. Ответ: 1100 у.е. 2. Какой размер медного проводника заземляющего электрода требуется? 120/240 В, однофазное, 3-проводное, 150 А системное питание с проводниками 1/0 куб. 6 кубических сантиметров б. 8 у.е. AWG c. 4 куба AWG d. 10 у.е. AWG Решение: • Перейдите к Таблице 250.66 • Найдите 1/0 куб. См в колонке проводника служебного входа • Найдите столбец с надписью «Размер проводника заземляющего электрода AWG / тыс. Мил.» И посмотрите на медную сторону колонки. Ответ №6 у.е. 3. Какого размера требуется медный заземляющий проводник? 120/240 В, однофазный, 4-проводный, питание от 400 тыс. Куб. М AWG. Рабочие провода: a. 1/0 куб. 2/0 у.е. 3/0 у.е. 6 у.Ответ — # 2 у.е.

Integrity Institute of Technology © 2014

Page 8

4. Какого размера требуется алюминиевый заземляющий проводник? 120/240 В, однофазный, 4-проводный, питание 600 тыс. Мил. AL, AWG. Рабочие провода: a. 3/0 Al b. 10 у.е. 250 Al d. 2/0 Al • Найдите 600 Al в размере самой большой колонны с проводником на входе для обслуживания • Найдите колонку с надписью Размер проводника заземляющего электрода AWG / kcmil и посмотрите на медную сторону колонки. Ответ — # 3/0 Al 5. Какого размера требуется медный заземляющий проводник? 480/277 В, 3-фазное, 4-проводное соединение с (2) медными проводниками 2/0 на фазу с проводом заземляющего электрода, установленным в здании. Эффективно заземлен стальной корпус? а.2 AWG b. 3 AWG c. 2/0 AWG d. 3/0 AWG Шаги для решения проблемы: 1. 2/0 = 133 100 км / мил из таблицы 8, глава 9, NEC, NFPA 70. См. Столбец Площадь, круглые милы 2. 2 x 133 100 = 266 200 см 3. Таблица 8 = 255 200 см находится между № 1 и № 2, возьмите самый большой размер — Ответ — 2 AWG 6. Какой размер медного проводника заземляющего электрода требуется? Трехфазная, 4-проводная сеть с (2) 800 Kcmil, медными проводниками на фазу, медным электродом, подключенным к строительной стали согласно статье 250,52 (A) (2) Шаги для решения проблемы: 1.800 тыс. Куб. Мил x 2 = 1600 тыс. Куб. Мил 2. 1600 тыс. Куб. 7. На основании рисунка 5 с рабочими проводниками на 600 тыс. Куб. См. Какой минимальный размер требуется для заземляющего электрода для медных проводников? а. # 6 AWG b. # 8 AWG c. 1/0 AWG d. 2/0 AWG Ответ — см. NFPA 70, NEC, статья 250.66 Единственное соединение = # 6 у.е.

Технологический институт целостности © 2014

Page 10

Шаги по выбору размера проводника заземления оборудования 1.2. 3. 4. 5. 6.

Определите размер защиты от перегрузки по току Перейдите к Таблице 250-122 NEC, NFPA 70 Найдите устройство защиты от перегрузки по току, защищающее нагрузку Выберите медь или алюминий См. Статью 250-122 NEC, NFPA 70 для специальные приложения Никогда не должны быть меньше, чем Артикул 250-122, NEC, NFPA 70

Рис. 6 Заземляющие провода оборудования для машин

Технологический институт целостности © 2014

Страница 11

Рисунок 7 Таблицы заземляющих проводов оборудования Статья 250.122

Практика реальных проблем — Определение размеров заземляющего проводника оборудования — Все проблемы основаны на таблице 250.122 NEC, NFPA 70 1. Какой минимальный размер заземления оборудования требуется для устройства защиты от перегрузки по току на 30 ампер? Шаги для решения проблемы 1. Определите OCPD как 30 А 2. См. Таблицу 250.122 Ответ — 10 AWG у.е. 2. Какой минимальный размер заземления оборудования требуется для следующих приложений? Верны ли ответы или нет? а. CB на 600 А — 1 AWG cu — Технологический институт True Integrity © 2014

Page 12

b.Предохранитель на 40 А — 8 AWG Al — True c. 200 А — 6 AWG cu — True 3. Три цепи в одном кабелепроводе (1) защищены 70 OCPD, (1) защищены 150 OCPD (1), защищенными 100 А OCPD из ПВХ или неметаллического кабелепровода. Какого размера требуется заземление оборудования для трех цепей в одном кабелепроводе? Ответ 6 AWG 4. Параллельная подача состоит из (3) проводов на фазу, установленных в (3) отдельных ПВХ или неметаллических кабелепроводах, защищенных 800-амперным OCPD. Сколько требуется заземляющих проводов оборудования и каков минимальный размер медного заземляющего проводника оборудования? Ответ (3) 1/0 у.е. AWG; ПРИМЕЧАНИЕ: (1) требуется для каждого кабелепровода по статье 310.4, 300.3 (B), 250.122 (F), 250.134 (B) NEC, NFPA 70. 5. Однофазный двигатель переменного тока мощностью 5 л.с., 230 В имеет автоматический выключатель мгновенного действия, установленный на 196 ампер, и имеет защиту от перегрузки. 32,2 ампера с защитой от перегрузки 32,2 ампера. Какой минимальный размер необходимого заземляющего провода для медного оборудования? Ответ — 10 AWG — см. Статьи 250.122 (A) и (D), 175% на 430,52 и 430,52 (C) (1) Шаги для решения проблемы: 1. 5 л.с., 230 В, двигатель переменного тока = 28 А 2. 28 А x 175% = 49 ампер 3. Следующий стандартный размер — 50 ампер OCPD. Ответ: 10 AWG 6.Фидер на 100 ампер устанавливается с использованием медных проводников 300 тыс. Куб. М. Размер фидерных проводов был увеличен с меди 2 AWG на 300 тыс. Куб. М из-за чрезмерной длины и проблем с падением напряжения. Какой минимальный размер медного заземляющего проводника оборудования (проводного типа) необходим для данной установки? а. 8 кубических сантиметров б. 6 куб.см AWG c. 4 куба AWG d. 1 у.е. AWG ПРИМЕЧАНИЕ: Размер заземляющего провода оборудования необходимо отрегулировать пропорционально регулировке фазных проводов. Из Таблицы 8:  Провод 2 AWG = 66360 см (таблица 8)  300 тысяч кубометров = 300000 см (фидерные провода)  300000 см ÷ 66360 см = 4.52 (множитель, используемый для учета падения напряжения при возникновении неисправности)  Минимум необходимого медного заземляющего проводника оборудования для 100-амперного фидера — это медный провод 8 AWG. Integrity Institute of Technology © 2014

Page 13

 8 AWG = 16510 см умножить на 4,52 = 74625,2 см. Ответ Вставьте это значение в Таблицу 8 и выясните, что требуется заземляющий провод для оборудования не менее 1 AWG, если он отрегулирован пропорционально. 7. Где в ответвленной цепи устройство защиты от короткого замыкания и замыкания на землю мощностью 40 л.с.460-вольтовый трехфазный двигатель переменного тока представляет собой плавкий предохранитель без выдержки времени, рассчитанный на 300 ампер, как разрешено в 430.52. Каков минимальный размер медного заземляющего проводника оборудования для этой параллельной цепи двигателя? а. 6 AWG b. 4 AWG c. 2 AWG d. 1 AWG Ответ # 4 у.е. AWG

Технологический институт целостности © 2014

Page 14

Практика Реальные проблемы с заземлением и соединением отдельно созданной системы 1. Когда несколько отдельных приводных систем заземлены на общий провод заземляющего электрода, сечение общего заземляющего электрода должно быть сечение не менее ____? а.350 тыс. Куб. М / 3/0 AWG b. 3/0 AWG / 250 тыс. Куб. Миль c. 500kcmil / 750kcmil d. 2/0 AWG / 2/0 AWG 2. Система, отдельно созданная для щита, имеет размер с медными вторичными проводниками 500 тыс. См, установленными в гибком кабелепроводе. Каковы минимальные требования к заземлению медного оборудования? а. 1/0 AWG b. 2 AWG c. 2/0 AWG d. 1 AWG 3. Каков максимальный размер проводника заземляющего электрода, необходимого для отдельной трансформаторной системы, в которой заземляющий электрод представляет собой одиночный-дюймовый заземляющий стержень с медной оболочкой? Фазовые проводники рассчитаны на 600 тысяч кубометров меди XHHW и питают щит на 400 ампер.а. 3/0 al AWG b. 1/0 куба AWG c. 2 куба AWG d. 6 у.е. AWG 4. Медная перемычка какого размера для металлического водопровода, обслуживающего зону, контролируемую отдельно выделенной системой, требуется для медных проводов XHHW 4/0, установленных на щитке на 225 ампер? а. 2 AWG b. 6AWG c. 1/0 AWG d. 4 AWG 5. Какая статья правил применяется для определения размеров перемычки заземления оборудования от безобрывного переключателя генератора до первого OCPD, когда генератор и безобрывный переключатель не переключают нейтральный проводник? а. 250.102 (С) б. 250.102 (D) с. 250.122 г. Ничего из вышеперечисленного. Integrity Institute of Technology © 2014

Page 15

6. Заземление оборудования установлено с фидерной цепью от здания 1 до здания 2. Заземление оборудования какого размера требуется для автоматического выключателя на 500 А, который используется для защиты трехфазной 4-проводной системы на 480/277 В? См. Статью 250.32 (B) и таблицу 250.122 a. 4 AWG b. 3 AWG c. 1/0 AWG d. 2 AWG 7. Фидерная цепь устанавливается от здания 1 ко зданию 2. Поправка на падение напряжения сделана для фидера на 400 ампер, с медью на 500 тысяч кубометров на 1000 тысяч кубических мил.Какой минимальный размер необходимого заземляющего провода для медного оборудования? а. 3 AWG b. 2 AWG c. 1 AWG d. 1/0 AWG  ПРИМЕЧАНИЕ. При необходимости заземляющие провода оборудования должны быть отрегулированы с учетом падения напряжения. Требования см. В статьях 250.32 (B) и 122 (B).      

Отрегулируйте эту проблему пропорционально для фидера на 400 А (медь 3AWG) в соответствии с регулировкой фазных проводов. 1000000 см  500000 см = 2 (множитель) Минимальный размер заземляющего проводника оборудования для OCPD на 400 ампер — это медный провод 3 AWG 3 AWG = 52620 см на основе значений в таблице 8 главы 9 2 x 52620 см = 105240 см Минимальный размер заземляющего провода оборудования как us 1/0 меди на основе следующего большего размера, указанного в таблице 8

Integrity Institute of Technology © 2014

Страница 16

Рис. NEC, NFPA 70 Материал должен быть медным или аналогичным. Используйте таблицу 250-66. Если длина служебных входных проводников превышает 1100 тыс. Куб. См или 1750 тыс. Куб.5% для получения размера основной соединительной перемычки. 5. См. Рис. 8 1. 2. 3. 4.

Integrity Institute of Technology © 2014

Стр. 17

Рис. 9 Перемычка соединительной втулки

Шаги для выбора размера соединительной перемычки См. Статью 250-102 (a) (b) (c) (d) NEC, NFPA 70. Материал должен быть медным или равным. На стороне подачи или на стороне подачи используйте таблицу 250-66 NEC, NFPA 70. На стороне нагрузки вспомогательного оборудования используйте таблицу 250-122, NEC, NFPA 70. Если Проводники обслуживания более 1100 тыс. Куб. или 1750 KCM al.умножьте размер служебных входных проводников на 12,5%, чтобы получить размер Перемычка соединения оборудования, сторона линии Таблица 250.66 6. См. рисунок 9 1. 2. 3. 4. 5.

Integrity Institute of Technology © 2014

Page 18

Обратная связь Учебный тест 1. Какую таблицу мы используем для определения размеров соединительной перемычки на стороне нагрузки средства отключения службы? а. 250.66 г. 310.15 г. 310.16 г. 250.122 2. Какую таблицу мы используем для определения размеров перемычки на линейной стороне средства отключения обслуживания? а.250.66 г. 310.15 г. 310.16 г. 250.122 3. Какую таблицу мы используем для определения размеров перемычки на подающей панели? а. 250.66 г. 310.15 г. 310.16 г. 250.122 4. Какую таблицу мы используем для определения размеров соединительной перемычки на машине? а. 250.66 г. 430: 24 с. 430: 52 г. 250.122 5. Какова цель склеивания? а. Устраните возможность возникновения разницы потенциалов b. Развивайте хорошую разницу потенциалов c. Создайте высокий импеданс d. Ничего из вышеперечисленного 6. Когда требуется соединительная втулка? а. При концентрическом выбивании b.При эксцентричном нокауте c. Сервисное оборудование d. Все вышеперечисленное

Integrity Institute of Technology © 2014

Page 19

Integrity Institute of Technology © 2014

Page 20

Руководство по проектированию сети заземления

| PAKTECHPOINT

1 Введение
2 Ссылки
3 Определение
4 Зачем нам нужна система заземления?
5 параметров, влияющих на проектирование сети заземления
6 Пошаговая процедура проектирования

Рекомендации по проектированию сети заземления

1.Введение в проектирование сети заземления

Основная цель этой статьи — предоставить рекомендации по проектированию сети заземления и представить пошаговую процедуру для расчета, шагового напряжения и напряжения прикосновения, а также повышения потенциала земли (GPR). Это не предназначено как учебное пособие по заземлению, однако оно содержит информацию, которая обеспечит базовое понимание того, как проектировать сетку заземления.

2. Ссылки на сеть заземления

2.2 Отраслевые нормы и стандарты

Институт инженеров по электротехнике и электронике

ANSI / IEEE 80 — Руководство по безопасности при заземлении подстанции переменного тока
IEEE 80 — Руководство по безопасности при заземлении подстанции переменного тока

IEEE 81 — Руководство по измерению удельного сопротивления земли, импеданса заземления и потенциала поверхности земли в системе заземления
IEEE 487 — Рекомендуемая практика защиты средств проводной связи, обслуживающих места электроснабжения
ANSI / IEEE 367 — Рекомендуемая практика для определения повышения потенциала земли электростанции и индуцированного напряжения при сбое питания
ANSI / IEEE 1100 — Рекомендуемая практика для питания и заземления электронного оборудования

Национальная ассоциация противопожарной защиты по

NFPA 70 (NEC 250) — Национальный электротехнический кодекс, статья 250

3.Определение сети заземления

Повышение потенциала земли (GPR): Максимальный электрический потенциал, который может получить сеть заземления подстанции относительно удаленной точки заземления, предположительно находящейся на потенциале удаленной земли. Это напряжение, GPR, равно максимальному току сети, умноженному на сопротивление сети.

Напряжение ступени: Разница в поверхностном потенциале, испытываемая человеком, преодолевая расстояние в 1 м ногами, не касаясь заземленного объекта.
Напряжение прикосновения: Разность потенциалов между повышением потенциала земли (GPR) и поверхностным потенциалом в точке, где стоит человек, при этом его рука находится в контакте с заземленной конструкцией.
Передаваемое напряжение: Особый случай напряжения прикосновения, когда напряжение передается на подстанцию ​​или с подстанции от или к удаленной точке за пределами подстанции.
IG: Чистый ток короткого замыкания, протекающий через сеть на землю
RG: Сопротивление сети заземления относительно удаленного заземления
Устройство защиты от перенапряжения: разработано для защиты электрических устройств от скачков напряжения.Устройство защиты от перенапряжения пытается ограничить напряжение, подаваемое на электрическое устройство, путем блокировки или замыкания на землю любых нежелательных напряжений выше безопасного порога.
Градиент потенциала: Изменение напряжения на расстоянии.

Сетчатый потенциал: Максимальное напряжение прикосновения в пределах сетки заземляющей сети.
Сеть заземления: Система горизонтальных заземляющих электродов, состоящая из ряда соединенных между собой неизолированных проводов, закопанных в землю, обеспечивающих общее заземление для электрических устройств или металлических конструкций, обычно в одном определенном месте.
Система заземления: Включает в себя все соединенные между собой заземляющие устройства в определенной области.
Электрод заземления: провод , специально контактирующий с землей для заземления энергосистемы

Мат заземления: Сплошная металлическая пластина или система близко расположенных неизолированных проводов, которые подключаются и часто размещаются неглубоко на глубине над сеткой заземления или в другом месте на поверхности земли, чтобы получить дополнительную защитную меру, сводящую к минимуму опасность воздействия высоких скачков напряжения или напряжения прикосновения в критической рабочей зоне или местах, которые часто используются людьми.Заземленные металлические решетки, размещенные на поверхности почвы или над ней, или проволочная сетка, размещенная непосредственно под материалом поверхности, являются обычными формами заземляющего мата.

Склеивание: Постоянное соединение металлических частей для образования электропроводящего пути, обеспечивающего непрерывность электрического тока и способность безопасно проводить ток, который может возникнуть.

Зона влияния: Область вокруг места электроснабжения, потенциал которой выше удаленной (или истинной) точки заземления, называется зоной влияния георадара.На практике в качестве границы этой зоны воздействия часто используется 300 В. Для более полного обсуждения этой темы обратитесь к IEEE Std 367-1996.

4. Зачем нужна система заземления?

Существует четыре основных причины, по которым требуется система заземления:
 Безопасность персонала: для защиты персонала от поражения электрическим током, обеспечивая при возникновении неисправности все поверхности, с которыми человек одновременно контактирует. , в том числе металлического оборудования и земли, остаются на безопасном уровне.
 Безопасность оборудования: для защиты электрооборудования путем заземления систем питания, чтобы гарантировать, что в условиях неисправности как напряжения, так и токи находятся в предсказуемых пределах и что защитные устройства будут работать надежно и с надлежащей селективностью.

 Защита от молнии: для обеспечения пути к земле для тока, когда грозозащитные разрядники срабатывают из-за прямых ударов молнии, от скачков напряжения, вызванных молнией, или от коммутационных перенапряжений.
 Электростатический контроль: для уменьшения вероятности разряда статического электричества, который может создать риск возгорания во взрывоопасных зонах.

Системы заземления не предназначены для вечной эксплуатации; на них влияет среда, в которой они установлены, по этой причине осмотр и проверка целостности системы должны проводиться каждые несколько лет.

Существуют разные типы систем заземления, требования к заземлению различаются в зависимости от уровня напряжения. В таблице 1 ниже приведены требования к заземлению системы.

Таблица 1 — Требования к типу заземления

5. Параметры, влияющие на проект сети заземления

Удельное сопротивление почвы, глубина сетки, размер проводов, количество установленных стержней и площадь сетки допустимое время повреждения — это все параметры, влияющие на конструкцию сети заземления и способствующие ее оптимизации. Подпараграфы ниже предоставляют читателю базовое представление о параметрах объекта и помогают понять дальнейшие вычисления.

a) Удельное сопротивление почвы и метод измерения

Сопротивление сети и градиент напряжения внутри подстанции напрямую зависят от удельного сопротивления почвы верхнего слоя (см. Рисунок 1 ниже). Измерение удельного сопротивления почвы может ввести в заблуждение, если не следовать точному методу и не собирать достаточно данных.

Параметры, влияющие на конструкцию сети заземления

Рисунок 1 — Слои почвы и обзор сети заземления

Существует множество методов измерения удельного сопротивления земли, он позволяет использовать два метода измерения: четырехточечный метод (метод Веннера — см. Рисунок 2) и прибор для бесконтактного картирования удельного сопротивления земли (Geonics или аналогичный).Эти методы наиболее рекомендуются в промышленности. Для метода Веннера небольшие электроды закапывают в четыре небольших отверстия в земле, все на одинаковой глубине и разнесены (по прямой) с интервалами a. Подача тока проходит между двумя внешними электродами, а потенциал «V» между двумя внутренними электродами измеряется потенциометром или высокоомным вольтметром. Тогда соотношение «V / I» дает сопротивление «R» в омах.

Рисунок 2 — Метод четырех точек (Веннер)

Интерпретация измеренных данных очень важна, во избежание ошибок и выбросов рекомендуется проводить измерения по пяти сторонам, как показано на рисунке 3, и усреднять данные.Для получения дополнительной информации см. IEEE 81.

Рисунок 3 — Рекомендуемые 5-сторонние измерения

b) Глубина сетки и количество заземляющих стержней

Глубина сетки — еще один фактор, влияющий на Согласно требованиям SAES-P-111, заземляющие сетки должны быть заглублены на минимальную глубину 460 мм (18 дюймов) или 0,5 м. Использование более длинных кабелей в сети снижает ступенчатое напряжение и напряжение прикосновения, а также сопротивление сети.

Физические условия подстанции определяют количество и длину заземляющих стержней по сравнению сдлина токопроводящей сетки. Стержни заземления обычно устанавливаются по периметру сетки, чтобы сдерживать увеличение градиента поверхности вблизи периферийных ячеек. Заземляющие стержни также должны быть установлены на основном оборудовании и особенно на молниеотводах.

c) Размер провода

В условиях неисправности предполагается, что все тепло остается в проводнике. Поскольку для рассеивания тепла имеется мало времени, необходимо тщательно оценить температуру плавления проводника, предел температуры соединений и физическую прочность проводников, чтобы определить размер проводника.Последнее должно соответствовать номинальному значению тока / времени заземляющего устройства нейтрали с учетом минимального размера 780 мм² (№ 2/0 AWG) для обеспечения механической прочности.

d) Время сбоя

Время сбоя — это время, в течение которого ток короткого замыкания протекает до его прерывания. Стандарт Saudi Aramco (SAES-P-111) требует максимум 0,5 секунды для прерывания возникшей неисправности.

6. Пошаговая процедура проектирования сети заземления

Блок-схема, показанная на Рисунке 4 ниже, демонстрирует пошаговую процедуру проектирования сети заземления.Формулы, инструкции и пояснения используются для описания всех необходимых деталей. Стоит отметить, что компьютерный анализ и расчет также разрешены, однако данная процедура помогает проектировщику понять концепцию и при желании предоставить инструмент для ручного расчета.
Известная информация включает следующее:
 Длина подстанции 100 м
 Ширина подстанции 70 м
 Результаты испытаний на сопротивление грунта подстанции = 1.587 Ом
 Расстояние между щупами тестера заземления 15
 Глубина заглубления сети заземления 0,48 м ~ 0,5 (18 дюймов)
 Среднеквадратичное значение симметричного тока замыкания на землю энергосистемы составляет 7 500 А
 Коэффициент деления тока составляет 0,48
 Коэффициент уменьшения составляет 1,00265
 Входящее напряжение подстанции 115 кВ
 nA- Количество параллельных проводов на более короткой стороне.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *