Токи в сплошных средах. заземление — справочник студента

Защитное заземление – заземление, выполняемое в целях электробезопасности.

( ПУЭ п.1.7.29 )

Защитное заземление —это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Цель защитного заземления—снизить до безопасной величины напряжение относительно земли на металлических частях оборудования, которые не находятся под напряжением, но могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции электроустановок. В результате замыкания на корпус заземленного оборудования снижается напряжение прикосновения и, как следствие,- ток, проходящий через тело человека, при его прикосновении к корпусам.

При электрическом переменном токе промышленной частоты (50 герц) берут во внимание только активное сопротивление человека (его тела) и соотносят его с величиной равной 1 кОм. При длительном прохождении тока сопротивление тела снижается до 500 – 300 Ом.

Примечание: сопротивление тела человека постоянному току от 3 до 100 кОм.

Расчеты, приведенные на рисунках, весьма приблизительны, но показывают оценить эффективность защитного заземления.

Существенное влияние на ток, проходящий через человека, оказывает величина тока короткого замыкания и сопротивление системы заземления. Наибольшее допустимое значение сопротивления заземления в установках до 1000 В: 10 Ом — при суммарной мощности генераторов и трансформаторов 100 кВА и менее, 4 Ом — во всех остальных случаях.

• Указанные нормы обосновываются допустимой величиной напряжения прикосновения, которая в сетях до 1000 В не должна превышать 40 В.
• Защитное заземление применяется в трехфазных трехпроводных сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью, а в сетях напряжением 1000 В и выше — с любым режимом нейтрали.
• ВНИМАНИЕ!

1. Каждый корпус электроустановки должен быть присоединен к заземлителю или к заземляющей магистрали с помощью отдельного ответвления. Последовательное включение нескольких заземляемых корпусов электроустановок в заземляющий проводник запрещается.

Заземляющее устройство — это совокупность заземлителя и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем.

Заземляющее устройство — это совокупность заземлителя и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем.

Заземлители

1.Естественные

1. — водопроводные трубы, проложенные в земле (ХВ)
2. — металлические конструкции здания и фундаменты, надежно соединенные с землей
3. — металлические оболочки кабелей
4. — обсадные трубы артезианских скважин
5. Запрещено:
6. — газопроводы и трубопроводы с горючими жидкостями
7. — алюминиевые оболочки подземных кабелей
8. — трубы теплотрасс и горячего водоснабжения

Соединение с естественным заземлителем должно быть не менее чем в двух разных местах. При контурном заземлении обеспечивается выравнивание потенциалов в защищаемой зоне и уменьшается напряжение шага.

Выносные: групповые и одиночные

Позволяют выбрать место с минимальным сопротивлением грунта.

Традиционно, для искусственных заземлителей применяют угловую сталь толщиной полки не менее 4 мм, стальные полосы толщиной не менее 4 мм или прутковую сталь диаметром от 10 мм.

Широкое распространение в последнее время получили глубинные заземлители с омедненными или оцинкованными электродами, которые по долговечности и затратам на изготовление заземлителя существенно превосходят традиционные методы.

Особая проблема — создание качественного заземления в условиях вечной мерзлоты. Здесь стоит обратить внимание на системы электролитического заземления, позволяющие эффективно решить проблему.

Подробную информацию о различных схемах зазелителей, способах расчета и консультации можно получить на сайте  www.zandz.ru

Основная система уравнивания потенциалов.

• Построение основной системы уравнивания потенциалов – создание эквипотенциальной зоны в пределах электроустановки с целью обеспечения безопасности персонала и самой электроустановки при срабатывании системы молниезащиты, заносе потенциала и коротких замыканиях.
• Основная система уравнивания потенциаловв электроустановках до 1 кВ должна соединять между собой следующие проводящие части:
• 1 ) нулевой защитный РЕ- или РЕN- проводник питающей линии в системе TN;
• 2 ) заземляющий проводник, присоединенный к заземляющему устройству электроустановки, в системах IT и TT;
• 3 ) заземляющий проводник, присоединенный к заземлителю повторного заземления на вводе в здание;
• 4)металлические трубы коммуникаций , входящих в здание…
• 5 ) металлические части каркаса здания;
• 6 ) металлические части централизованных систем вентиляции и кондиционирования….
• 7 ) заземляющее устройство системы молниезащиты 2-й и 3-й категории;
• 8 ) заземляющий проводник функционального ( рабочего ) заземления, если таковое имеется и отсутствуют ограничения на присоединение сети рабочего заземления к заземляющему устройству защитного заземления;
• 9 ) металлические оболочки телекоммуникационных кабелей.

 Для соединения с основной системой уравнивания потенциалов все указанные части должны быть присоединены к главной заземляющей шине при помощи проводников системы уравнивания потенциалов. (ПУЭ п. 1.7.82)

Несоединенный с ГЗШ элемент конструкции, инженерной системы, независимой системы рабочего заземления ( FE ) и тд. – грубейшее нарушение целостности основной системы уравнивания потенциалов. Появление разности потенциалов ( возможность искры ) – угроза жизни персонала и безопасности объекта.

Примечание: разрядник, указанный на рисунке – специализированный искровой разрядник с малым напряжением срабатывания для систем уравнивания потенциалов. Например: серии «KFSU», «EXFS..» компании DEHN.

Система дополнительного уравнивания потенциалов

—должна соединять между собой все одновременно доступные прикосновению открытые проводящие части стационарного электрооборудования и сторонние проводящие части, включая доступные прикосновению металлические части строительных конструкций здания, а также нулевые защитные проводники в системе TN и защитные заземляющие проводники в системах IT и ТТ, включая защитные проводники штепсельных розеток (ПУЭ п. 1.7.83).

Система дополнительного уравнивания потенциалов значительно улучшает уровень электробезопасности в помещении. Короткие проводники защитного заземления и уравнивания потенциалов, сведенные на шину, формируют эквипотенциальную зону по принципу аналогично основной системы уравнивания потенциалов.

Как видно из рисунков, схема электропитания претерпевает существенные изменения. Чрезвычайно важно обеспечить соединение контактов заземления розеток и клемм заземления стационарных приборов на шину дополнительного уравнивания потенциалов. При этом, даже если не будет выполнено соединение корпусов приборов с шиной ( безалаберная эксплуатация, особенно переносных приборов ) система сохранит свою эффективность по безопасности. Ситуация, когда земли розеток и приборов не подключены к шине, а сторонние проводящие части гарантированно соединены с шиной уравнивания потенциалов, в разы ухудшает электробезопасность в помещении даже по сравнению с классической схемой питания.

1. Сторонняя проводящая часть — проводящая часть, не являющаяся частью электроустановки.
2. Если формально подходить к определению, то и металлическая дверная ручка и петли на деревянной двери в деревянном доме являются сторонними проводящими частями.
3. При формировании дополнительной системы уравнивания потенциалов возникает вопрос, что подключать, а что не подключать на шину дополнительного уравнивания потенциалов, чтобы добиться необходимого уровня электробезопасности и не делать систему слишком громоздкой. Здесь, с точки зрения здравой логики, можно руководствоваться двумя принципами:

1. Фактическая ( потенциальная ) возможность связи с «землей».
2. Возможность появления потенциала на сторонней проводящей части при аварии электрооборудования в процессе эксплуатации.

Примеры сторонних проводящих частей подключаемых / не подключаемых к шине дополнительного уравнивания потенциалов:

Сторонняя проводящая часть	Рисунок	Необходимость подключения
Металлическая полка, закрепленная на стене из непроводящего материала.		НЕТ
Металлическая полка, закрепленная на стене из железобетона.		ДА (потенциальная связь с «землей» за счет крепежа к стене)
Металлическая полка, закрепленная на стене из непроводящего материала. На полке расположен электроприбор.		ДА (возможность появления потенциала при аварии прибора с классом изоляции I)
Металлическая тумбочка с резиновыми (пластиковыми) колесиками на бетонном полу.		НЕТ
Металлическая тумбочка с резиновыми колесиками на бетонном полу. В помещении грязь и пыль в сочетании с повышенной влажностью.	ДА (потенциальная связь с «землей» за счет загрязнения и повышенной влажности)

Некоторое количество вопросов с уравниванием потенциалов возникает по ванным и душевым помещениям. Современные требования и рекомендации по устройству системы дополнительного уравнивания потенциалов изложены в циркуляре № 23/2009.

Широкое применение пластиковых труб породило закономерный вопрос: является ли водопроводная вода сторонней проводящей частью и возможен ли занос потенциала через воду….

Ответ, содержащийся в циркуляре, несколько настораживает:«…Водопроводная вода нормального качества …не рассматривается как сторонняя проводящая часть.»

К сожалению, вода нормального качества из наших кранов течет не всегда и лучше перестраховаться, используя токопроводящие вставки на отводах от стояков водопровода подключив их к шине дополнительного уравнивания потенциалов, чтобы не подключать отдельно каждый кран. Этот метод в качестве рекомендуемого описан в этом же циркуляре.

Практика выполнения дополнительной системы уравнивания потенциалов.

Фактически наиболее распространены пять вариантов выполнения шин системы дополнительного уравнивания потенциалов:

Вариант 1. С использованием стандартных коробок уравнивания потенциалов ( КУП ).

Вариант 2. Стальная шина 4х40 ( 4х50 ) с приварными болтами опоясывающая помещение.

Вариант 3. Стальная шина, уложенная в стандартный пластиковый короб.

Вариант 4. Использование шины заземления в РЩ ( для небольших помещений ).

• Вариант 5. С использованием специализированного щитка типа ЩРМ – ЩЗ
•                    ( встроенный щиток с шиной 100 мм2 ( Cu ) со степенью защиты IP54 ).
• Главные требования нормативов по устройству шины дополнительного уравнивания потенциалов содержат два требования:
• —       возможность осмотра соединения
• —       возможность индивидуального отключения

1. Длина проводников дополнительной системы уравнивания потенциалов, соединяющих контакты штепсельных розеток, сторонние проводящие части и корпуса электрооборудования не должна превышать 2,5 м.( ? ). Сечение 4 мм2 Сu ( ПВ-1, ПВ-3 ). См. ПУЭ 1.7.82 рис. 1.7.7.
2. Для электроустановки здания, где применяются негорючие ( ВВГ нг –FRLS…) кабеля, следует с осторожностью использовать кабеля марки ПВ-1, ПВ-3 ( проводники уравнивания потенциалов от дополнительной системы уравнивания потенциалов до ГЗШ или щитовой шины заземления ). Данный тип кабеля, будучи уложенным вместе с негорючими кабелями, формально превращает всю систему в распространяющую горение. В большинстве случаев контролирующие органы относятся к этому спокойно, но в некоторых случаях стоит применить негорючие одножильные кабеля той же марки с нанесением соответствующей маркировки.
3. Для зданий детских дошкольных учреждений, больниц, специальных домах престарелых и тд. применяемые пластиковые короба должны иметь сертификат о не выделении токсичных веществ при горении. Тоже касается линолеума. Поставляемые в Россию короба Legrand, ABB … таких сертификатов не имеют. Как вариант — короба фирмы DKC в которых в качестве отбеливающего вещества используется мел и есть все необходимые сертификаты.

МЕД. ГОСТ Р 50571.28 п. 710.413.1.6.3 « Шина уравнивания потенциалов должны быть расположены в самом медицинском помещении или в непосредственной близости от него.

В каждом распределительном шкафу или в непосредственной близости от него должны быть расположена шина системы дополнительного уравнивания потенциалов, к которой должны быть подключены проводники…»

Для учреждений здравоохранения в помещениях гр.1 и особенно в помещениях гр.2 (чистые помещения) удобно воспользоваться вариантом № 5, схема которого представлена на рисунке.

Источник: https://www.PoligonSPb.ru/articles/Zachitnoe-zazemlenie/

Пошаговый расчет контура заземления — Help for engineer | Cхемы, принцип действия, формулы и расчет

Нижеприведенные расчеты выполняются на основании информации, предоставленной в следующей технической литературе:

[1] «Основы техники безопасности в электроустановках», П.А. Долин	Скачать | 6,24 Мб
[2] «Правила устройства электроустановок (ПУЭ)», Седьмое издание	Скачать | 10 Мб

Для просмотра документов в формате *.djvu воспользуйтесь программой:

WinDjView, version 2.1 — просмотр файлов формата *.djvu

Скачать | 2,8 Мб

Результаты

Шаг 1. Определение значения требуемого нормируемого сопротивления группового заземлителя. Для этого обратимся к ПУЭ, Глава 1.7 «Заземление и защитные меры электробезопасности» [2]. Если заземляющее устройство является общим для установок на различное напряжение, то за расчетное сопротивление заземляющего устройства принимают наименьшее из допустимых. Нас интересуют следующие пункты:

1.7.101. Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генератора или трансформатора или выводы источника однофазного тока, в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.

Это сопротивление должно быть обеспечено с учетом использования естественных заземлителей, а также заземлителей повторных заземлений PEN или PE проводника ВЛ напряжением до 1 кВ при количестве отходящих линий не менее двух.

Сопротивление заземлителя, расположенного в непосредственной близости от нейтрали генератора или трансформатора или вывода источника однофазного тока, должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.

При удельном сопротивлении земли ρ > 100 Ом • м допускается увеличивать указанные нормы в 0,01ρ раз, но не более десятикратного.

Заземляющие устройства электроустановок напряжением до 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью

R ≤ Uпр/I,

где R — сопротивление заземляющего устройства, Ом;

Uпр — напряжение прикосновения, значение которого принимается равным 50 В (см. также 1.7.53);

I — полный ток замыкания на землю, А.

Как правило, не требуется принимать значение сопротивления заземляющего устройства менее 4 Ом. Допускается сопротивление заземляющего устройства до 10 Ом, если соблюдено приведенное выше условие, а мощность генераторов или трансформаторов не превышает 100 кВ• А, в том числе суммарная мощность генераторов или трансформаторов, работающих параллельно.

Заземляющие устройства электроустановок напряжением выше 1 кВ в сетях с изолированной нейтралью

1.7.96. В электроустановках напряжением выше 1 кВ сети с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства при прохождении расчетного тока замыкания на землю в любое время года с учетом сопротивления естественных заземлителей должно быть

• R ≤ 250/I,
• но не более 10 Ом, где I — расчетный ток замыкания на землю, А.
• В качестве расчетного тока принимается:
• 1) в сетях без компенсации емкостных токов — ток замыкания на землю;
• 2) в сетях с компенсацией емкостных токов: для заземляющих устройств, к которым присоединены компенсирующие аппараты, — ток, равный 125% номинального тока наиболее мощного из этих аппаратов;
• для заземляющих устройств, к которым не присоединены компенсирующие аппараты, — ток замыкания на землю, проходящий в данной сети при отключении наиболее мощного из компенсирующих аппаратов.
• Расчетный ток замыкания на землю должен быть определен для той из возможных в эксплуатации схем сети, при которой этот ток имеет наибольшее значение.

Шаг 2. Удельное сопротивление грунта в месте строительства заземляющего устройства. В лучшем варианте у Вас в наличии могут быть результаты геологических изысканий, выполненные спец. организацией. В ином случае, обратитесь к карте грунтов местности, в соответствии с ней выберите значение по таблице 1 [1] с.148:

Таблица 1 — Приближенные значения удельных электрических сопротивлений различных грунтов и воды:

Грунт, вода	Удельное сопротивление, Ом∙м
возможные пределы колебаний	при влажности 10-20% массы грунта
Глина	8-70	40
Суглинок	40-150	100
Песок	400-700	700
Супесь	150-400	300
Торф	10-30	20
Чернозем	9-53	20
Садовая земля	30-60	40
Каменистый	500-800	—
Скалистый	104-107	—
Вода:
морская	0,2-1	—
речная	10-100	—
прудовая	40-50	—
грунтовая	20-70	—
в ручьях	10-60	—

Шаг 3. Местонахождение выполненяемых работ определяет климатическую зону, характерную для данной местности [1] с.151:

Таблица 2 — Признаки климатических зон для определения коэффициентов сезонности ψ:

Характеристика климатической зоны	Климатические зоны
I	II	III	IV
Средняя многолетняя низшая температура (январь), °С	От -20 до -15	От -14 до -10	От -10 до 0	От 0 до +5
Средняя многолетняя высшая температура (июль), °С	От +16 до +18	От +18 до +22	От +22 до +24	От +24 до +26
Среднегодовое количество осадков, см	~40	~50	~50	~30-50
Продолжительность замерзших вод, дни	190-170	~150	~100

Шаг 4. В зависимости от габаритов горизонтального и вертикального заземлителей находим коэффициент сезонности, который показывает на сколько промерзание грунта снижает эффективность заземления [1] с.151:

Таблица 3 — Коэффициенты сезонности ψ для однородной земли:

Климатическая зона	Влажность земли во времяизмерения ее сопротивления
повышенная	нормальная	малая
Вертикальный электрод длиной 3 м
I	1,9	1,7	1,5
II	1,7	1,5	1,3
III	1,5	1,3	1,2
IV	1,3	1,1	1,0
Вертикальный электрод длиной 5 м
I	1,5	1,4	1,3
II	1,4	1,3	1,2
III	1,3	1,2	1,1
IV	1,2	1,1	1,0
Горизонтальный электрод длиной 10 м
I	9,3	5,5	4,1
II	5,9	3,5	2,6
III	4,2	2,5	2,0
IV	2,5	1,5	1,1
Горизонтальный электрод длиной 50 м
I	7,2	4,5	3,6
II	4,8	3,0	2,4
III	3,2	2,0	1,6
IV	2,2	1,4	1,12

Шаг 5. Количество применяемых горизонтальных и вертикальных электродов создает понятие коэффициента использования этих устройств.

Ведь электрод, удаленный от точки подключения заземления имеет ниже эффективность, чем первый. Таким образом, исходя из таблиц 4, 5, мы видим, что не рационально использование более 20 шт.

заземлителей размещенных в ряд. А при размещении по контуру — невозможно применение 2-х штырей.

Таблица 4 — Коэффициенты использования ηв вертикальных электродов группового заземлителя (труб, уголков и т.п.) без учета влияния полосы связи:

Отношение расстояний между вертикальными электродами к их длине	Число заземлителей, n
2	4	6	10	20	40	60	100
Электроды размещены в ряд
1	0,85	0,73	0,65	0,59	0,48	—	—	—
2	0,91	0,83	0,77	0,74	0,67	—	—	—
3	0,94	0,89	0,85	0,81	0,76	—	—	—
Электроды размещены по контуру
1	—	0,69	0,61	0,56	0,47	0,41	0,39	0,36
2	—	0,78	0,73	0,68	0,63	0,58	0,55	0,52
3	—	0,85	0,80	0,76	0,71	0,66	0,64	0,62

Таблица 5 — Коэффициенты использования ηг горизонтального полосового электрода, соединяющего вертикальные электроды (трубы, уголки и т.п.) группового заземлителя:

Отношение расстояний между вертикальными электродами к их длине	Число вертикальных электродов
2	4	6	10	20	40	60	100
Вертикальные электроды размещены в ряд
1	0,85	0,77	0,72	0,62	0,42	—	—	—
2	0,94	0,80	0,84	0,75	0,56	—	—	—
3	0,96	0,92	0,88	0,82	0,68	—	—	—
Вертикальные электроды размещены по контуру
1	—	0,45	0,40	0,34	0,27	0,22	0,20	0,19
2	—	0,55	0,48	0,40	0,32	0,29	0,27	0,23
3	—	0,70	0,64	0,56	0,45	0,39	0,36	0,33

Шаг 6. Расчет сопротивлений выполняется по формулам [1] с.90-91:

Таблица 6 — Формулы для вычисления сопротивлений одиночных заземлителей растеканию тока в однородном грунте:

Тип заземлителя	Схема	Формула	Условия применения
1. Шаровой в земле			2∙t>>D
2. Полушаровой у поверхности земли			—
3. Стержневой круглого сечения (трубчатый) или уголковый у поверхности земли			l>>dДля уголка с шириной полки b d=0,95∙b
4. То же в земле			l>>d, t0>=0,5 мДля уголка с шириной полки bd=0,95∙b
5. Протяженный на поверхности земли (стержень, труба, полоса, кабель и т.п.)			l>>dДля полосы шириной bd=0,5∙b
6. То же в земле	l>>d, l>>4∙tДля полосы шириной bd=0,5∙b
7. Кольцевой на поверхности земли	D>>d, l>>4∙tДля полосы шириной bd=0,5∙b
8. То же в земле	D>>d, D>>2∙tДля полосы шириной bd=0,5∙b
9. Круглая пластина на поверхности земли	D — диаметр пластины
10. То же в земле	2∙t0>>D
11. Пластинчатый в земле (пластина поставлена на ребро)	2∙t0>>a

В онлайн калькуляторе выбран самый распространенный тип прокладки заземлителей:

— вертикальный: 4. Стержневой круглого сечения в земле;

— горизонтальный: 5. Протяженная полоса в земле.

Обратите внимание, что t — глубина залегания, для горизонтального — глубина прокладки (0,5÷0,7 м), для вертикального — погружение в землю центральной точки (например, 3-х метровый штырь забивается в траншею глубиной 0,7 м, тогда t=(0,7+3)/2=1,85 м)

Шаг 7. Сопротивление группового заземлителя рассчитывается по формуле [1] с.108:

где Rв, Rг — сопротивления растеканию вертикального и горизонтального электродов;

n — число вертикальных электродов;

ηв, ηг — коэффициенты использования.

В статье рассмотрен вариант заземлителя в однослойном грунте. Если необходим расчет зазмелителя в многослойной земле — читаем [1] c.130, 152.

Недостаточно прав для комментирования

Источник: https://h4e.ru/komplektuyushchie/152-zazemlenie

Примеры расчёта заземляющего устройства

   Любой предварительный расчёт заземления сводится к определению сопротивления растекания тока заземлителя в соответствие с требованием ПУЭ, как уже отмечалось ранее, а также на количество требуемых материалов и затрат на изготовления заземляющего устройства (бурение, ручная забивка заземлителей, сварочные работы, электромонтажные работы).

  Так же отметим, что любой расчёт начинается с расчёта одиночного заземлителя, одиночный заземлитель применяется в  основном  для повторного заземления ВЛ опор, где требования ПУЭ (п. 1.7.103.

) общее сопротивление растеканию заземлителей должно быть  не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при тех же напряжениях: 660, 380 и 220 В. 1.

 Пример расчёта одиночного заземлителя для опоры ВЛ 380 В:

      Выбираем арматуру из таблицы 1 для вертикальных заземлителей — круглую сталь ø 16 мм., длиной L — 2,5 м.В качестве грунта примем глину полутвердую (см.  таблицу 5) с удельным сопротивлением ρ — 60 Ом·м. Глубина траншеи равна 0,5 м. Из таблицы 6 возьмем повышающий коэффициент для третей климатической зоны и длине заземлителей до 2,5 м. с коэффициентом промерзания грунта для вертикальных электродов  ψ — 1,45. Нормированное сопротивление заземляющего устройства равно 30 Ом. Фактическое удельное сопротивление почвы вычислим по формуле: ρфакт = ψ·ρ = 1.45 · 60 = 87 Ом·м. Примечание: расчёт одиночного заземлителя проводим без учёта горизонтального сопротивления заземления.

Расчет:

а)  заглубление равно (рис. 2):  h = 0,5l + t = 0,5 · 2,5 + 0,5 = 1,75 м.;

б) сопротивление одного заземлителя вычислим по формуле, (ρэкв =  ρфакт):

прим. автора, где ln — логарифм, смотри  ⇒  формулы    на Рис. 4

  Нормируемое сопротивления для нашего примера должно быть не больше 30 Ом., поэтому принимается равным R1 ≈ 28 Ом., что соответствует ПУЭ для одиночного вертикального заземлителя (электрода)  заземления опоры ВЛ  — U ∼ 380 В.

• Если недостаточно одного заземлителя для опоры, то можно добавить второй или третий, в этом случае для двух заземлителей расчёт выполняется как для заземлителей в ряд, для трёх заземлителей (треугольником) по контуру, при этом надо иметь в виду, что расчёт треугольником малоэффективный, из-за взаимного влияния электродов друг к другу. 
• 2.  Пример расчёта заземления с расположением заземлителей в ряд:

 Воспользуемся данными из примера 1 , где R = 27,58 Ом·м для расчёт вторичного заземления электроустановок (ЭУ), где нормативное сопротивление требуется не более Rн = 10 Ом, на вводе в здания, при напряжении 380 В  и каждого повторного заземлителя не более Rн = 30 (см. ПУЭ п.1.7.103 см.  Заземлители) . 

Расчет:

а) для расчёта заземления с расположением в ряд заземлителей, как уже отмечалось выше, возьмем данные из примера 1, где  R1 = 27,58 Ом·м  одиночного заземлителя и Ψ — 1,45 для третей климатической зоне;

б)   предварительное количество стержней вертикального заземления без учета сопротивления горизонтального заземления находится по формуле 4.3 (см. Расчёт заземления):

n0 = 27,58 / 10 = 3,54 шт, где коэффициент спроса (использования) примем η = 1; далее по таблице 3 выберем число электродов n = 3 в ряд при отношение расстояние между электродами к их длине a = 1хL и коэффициент спроса η = 0,78, далее уточняем число электродов:

n = 27,58 / (10 · 0,78) = 3,26 шт; где потребуется увеличить число электродов или изменить расстояние к их длине a = 3хL, для экономии материалов примем отношение a = 3хL  и количество вертикальных электродов равным — n =  3 шт. с коэффициентом спроса η = 0,91: n = 27,58 / (10 · 0,91) = 3,03 шт; т.к. общее сопротивление заземлителя уменьшиться за счёт горизонтального заземлителя;

г) сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя находим по формуле 5 (см. Расчёт заземления), где в качестве верхнего грунта принято глина полутвердая с удельным сопротивлением 60 Ом·м., до глубины верхнего слоя нашей траншеи t = 0,5 м. см. пример 1; выберем  полосу заземлителя 40 х 4 мм.

, где коэффициент III климатической зоны для горизонтального (полосового) заземлителя возьмём Ψ — 2,2  и коэффициент спроса примем η = 1, т.к. расстояние  между электродами более 5 м., что исключает влияние около электродной зоны, по количеству принятых электродов, их длине и отношению расстояния между ними (см.

таблицу 3  Расчёт заземления) :

ширина полки для полосы b = 0,04 м.

Rг = 0,366 · (100 · 2,2 / 12 · 1) · lg (2 · 122 /0,04 · 0,5) = 27,90 Ом·м, примем сопротивление горизонтального заземлителя — Rг = 27,9 Ом·м;

где,  lg- десятичный логарифм (смотри   формулы   формулы для расчёта рис. 4), b — 0,04 м. ширина полосы, t — 0,5 м. глубина траншеи.

1. д) Определим общее сопротивление вертикального заземлителя с учетом сопротивления растеканию тока горизонтальных заземлителей:
2. Rоб =  (27,9 · 27,58) / (27,58 · 1) + (27,9 · 0,91 ·3) = 7,42 Ом·м 
3. где Rоб — общее сопротивление заземлителей; RВ — вертикального; RГ — горизонтального, ηВ и ηГ — коэффициенты использования вертикального и горизонтального заземлителя, n —  шт количество вертикальных заземлителей.

Rоб = 7,42  Ом·м соответствует норме при напряжении U — 380 В  для ввода в здание, где нормированное  сопротивление не более Rн = 10 Ом (Общее сопротивление растеканию заземлителей (в том числе естественных) всех повторных заземлений PEN-проводника каждой ВЛ в любое время года должно быть не более 5, 10 и 20 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В., ПУЭ п.1.7.103.) 

3.  Пример расчёта заземления с расположением заземлителей по контуру:

     В качестве грунта примем сугли́нок — почва с преимущественным содержанием глины и значительным количеством песка с удельным сопротивлением ρ — 100 Ом·м. Вертикальный заземлитель из стальной трубы с наружным диаметром d — 32 мм., толщена стенки  S — 4 мм.

,  длиной электрода L — 2,2 м и расстоянием между ними 2,2 м (a = 1хL). Заземлители расположены по контуру. Глубина траншеи равна t = 0,7 м.

Из таблицы 6 возьмем повышающий коэффициент для второй климатической зоны и длине заземлителей до 5 м, его сезонное климатическое значение сопротивление составит Ψ — 1,5. Нормированное сопротивление заземляющего устройства равно Rн = 10 Ом·м.

 Фактическое удельное сопротивление почвы вычислим по формуле: ρэкв = Ψρ = 1.5 · 100 = 150 Ом·м.

а) вычислим сопротивление растекания тока одного вертикального заземлителя (стержня) по формуле 2 см.  Расчёт заземления:

RО  = 150 / (2π · 2,2) · (ln (2 · 2,2 / 0,032) + 0,5 · ln (4 · 1,8 + 2,2) / (4 · 1,8 — 2,2)) = 10,85 · (ln 137,5 + 0,5 · ln 1,88) = 56,845 Ом·м., где T = 0,5 · L + t = 0,5 · 2,2 + 0,7 = 1,8 м.  Примем RО = RВ = 56,85 Ом·м.,

б) предварительное количество стержней вертикального заземления без учета сопротивления горизонтального заземления находим по формуле  (см. Расчёт заземления):

n = 56,85 /10 = 5,685 шт., округляем по таблице 3 до ближайшего значения, где n = 4 шт.

, далее по таблице 3 выберем число электродов n = 6 шт по контуру при отношение расстояние между электродами к их длине a = 1хL, где коэффициент спроса η = 0,62 и уточним количество стержней с коэффициентом использования вертикальных заземлителей:   n = 56,85 /10 · 0,62  = 9,17 шт., т.е требуется увеличить количество электродов до  n = 10 шт.,где коэффициент спроса ηВ = 0,55 ;  

в) находим длину горизонтального заземлителя исходя из количества заземлителей  расположенных по контуру:  LГ = а · n , LГ = 2,2 · 10 = 22 м., где а = 1 · L = 1 · 2,2 = 2,2 м;

г)  находим сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя  по формуле 5 (см.

Расчёт заземления), где коэффициент для II климатической зоны для горизонтального (полосового) заземлителя возьмём Ψ — 3,5, коэффициент спроса примем по таблице 3 — ηГ = 0,34, ширина полосы горизонтального заземлителя b — 40 мм, (если из той же трубы d = 32 мм, то тогда ширина b полосы   будет равна — b = 2 · d = 2 · 32 = 64 мм, b = 0,064 м.) иудельное сопротивление грунта — ρ = 100 Ом.м, по формуле 6:

• RГ = 0,366 · (100 · 3,5 / 22 · 0,34) · lg (2 · 222 /0,040 · 0,7) = 17,126 · lg 34571,428 = 77,73 Ом·м, примем сопротивление горизонтального заземлителя — RГ = 77,73 Ом·м;
• д) Определим полное сопротивление вертикального заземлителя с учетом сопротивления растекания тока горизонтальных заземлителей по формуле 6:
• Rоб =  (77,73 · 56,85) / (56,85 · 0,34) + (77,73 · 0,55 ·10) = 9,89 Ом·м , что соответствует заданной норме сопротивления не более Rн = 10 Ом·м.
•          Перейти далее:    ⇒           Продолжение примеров расчёта заземления

Данный расчет следует применять как оценочный. После окончания монтажа заземляющего устройства необходимо пригласить специалистов электролаборатории для проведения электроизмерений (для ООО и ИП обязательно).

Вернутся:

1. на страницу     Заземляющие устройства
2. на страницу     Заземлители заземляющего устройства 
3. на страницу     Расчет заземляющего устройства

Перейти в раздел:  Паспорт ЗУ, Акт освидетельствования скрытых работ, Протокол испытания ЗУ

Примечание: данный раздел пока находится в разработке, могут быть опечатки. 

Источник: https://energetik.com.ru/zazemlenie-elektroustanovok/primery-raschyota-zazemlyayushhego-ustrojstva

Гост р 57190-2016 заземлители и заземляющие устройства различного назначения. термины и определения, гост р от 25 октября 2016 года №57190-2016

• ГОСТ Р 57190-2016
• Группа Т50

ОКС 01.120, 29.120

1. Дата введения 2017-09-01
2. 1 РАЗРАБОТАН ООО «МИНАДАГС», ООО «НПФ ЭЛНАП»
3. 2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 336 «Заземлители и заземляющие устройства различного назначения»
4. 3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 25 октября 2016 г. N 1511-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕПравила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации».

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном указателе «Национальные стандарты».

В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты».

Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Установленные в настоящем стандарте термины расположены в систематизированном порядке, отражающем систему понятий данной области знания.Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин.

Не рекомендуемые к применению термины-синонимы приведены в круглых скобках после стандартизованного термина и обозначены пометой «Нрк».Термины-синонимы без пометы «Нрк» приведены в качестве справочных данных и не являются стандартизованными.

Заключенная в круглые скобки часть термина может быть опущена при использовании термина в документах по стандартизации.Наличие квадратных скобок в терминологической статье означает, что в нее включены два (три, четыре и т.п.) термина, имеющие общие терминоэлементы.

В алфавитном указателе данные термины приведены отдельно с указанием номера статьи.Помета, указывающая на область применения многозначного термина, приведена в круглых скобках светлым шрифтом после термина. Помета не является частью термина.

Приведенные определения можно, при необходимости, изменять, вводя в них производные признаки, раскрывая значение используемых в них терминов, указывая объекты, входящие в объем определяемого понятия. Изменения не должны нарушать объем и содержание понятий, определенных в настоящем стандарте.

В случаях, когда в термине содержатся все необходимые и достаточные признаки понятия, определение не приводится и вместо него ставится прочерк.В стандарте приведены иноязычные эквиваленты стандартизованных терминов на английском (еn) языке.Стандартизованные термины набраны полужирным шрифтом, их краткие формы, представленные аббревиатурой, — светлым, синонимы — курсивом.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает термины и определения (буквенные обозначения) понятий в области заземляющих устройств, предназначенных для обеспечения промышленной и социальной безопасности (электроустановок) электрических цепей (сетей) различного назначения.

Настоящий стандарт не распространяется на термины и определения (буквенные обозначения) понятий в области элементов и конструкций, случайно выполняющих функции заземляющих устройств.

Настоящий стандарт пригоден для целей подтверждения соответствия заземляющих устройств различного назначения.

2 Нормативные ссылки

Источник: http://docs.cntd.ru/document/437080991

Токи в сплошных средах. Заземление

Электрический ток может существовать не только в проводах. К примеру, почва хорошим проводником. Возникает проблема расчета сопротивления подобнои̌ среды, да если известна её удельная проводимость.

Формула, расчета сопротивления однороднои̌ проводящей сплошнои̌ среды

Рассмотрим однородную сплошную среду, погрузим в нее электродыВажно заметить, что между электродами протекает эклектический ток. Линии плотности тока ( overrightarrow{j} ) совпадают с линиями напряженности ( overrightarrow{E} ) поля в среде и выполняется равенство:

При ϶том сила тока через замкнутую поверхность S, которая окружает один ᴎɜ электродов, равна:

Представим, что проводящую среду удалили. Рассмотрим электроды как обкладки конденсатора. В таком случае ᴇᴦο емкость (С) можно представить как:

где q — заряд на электроде, U — разность потенциалов между электродами. По теореме Остроградского — Гаусса получим:

где overrightarrow{E} — напряженность поля конденсатора, S та самая поверхность, что и в (2). Вследствие единственности решения задач электростатики разность потенциалов между электродами однозначно определяет напряжённость поля. Значит, напряженность поля в уравнении (2) (в среде в которой течет ток), совпа с напряженностью поля, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ создают эти электроды в вакууме при той разности потенциалов (4). Отсюда следует, что, делаем вывод о том, что:

В таком случае сопротивление однороднои̌ среды зададим с помощью формулы:

Условия применимости формулы расчета сопротивления сплошнои̌ среды

Все, что сказано выше не используется неоднороднои̌ среды, так как в ней при прохождении тока возникают объемные заряды, которые в свою очередь являются источниками поля. Поле в среде при прохождении тока не совпа с полем в вакууме.

Формула (6) позволяет вычислить электросопротивление сплошнои̌ среды, если известна емкость конденсатора, обкладками которого в ϶том случае служат электроды. Результаты вычислений выше, чем лучше соблюдается постоянство потенциалов электродов.

В том случае, когда разные точки электродов имеют разный потенциал при прохождении тока, расчет сопротивления не сводится к вычислению емкости конденсатора.

В частности, необходимо, чтобы удельное сопротивление электродов должно быть существенно меньше, чем удельное сопротивление среды или размеры электродов могут быть малы.

Заземление

Рассмотрим задачу о сопротивлении заземления в общем виде. На рис.1 изображены две станции (1 и 2). Связь между ними осуществляется с помощью провода 12. Другим проводом служит земля. Около каждого ᴎɜ заземленных тел, которые в ϶том случае играют роль электродов А и В будем считать среду однороднои̌ с удельными проводимостями {sigma }_1 и {sigma }_2 .

Рис. 1

Считаем, что электроды находятся глубоко в земле, следовательно, влияние границы на общий ток, который течет между электродами, не существенно. Допустим, что емкости электродов в вакууме C_1 и C_2 .

Ток стекающий с положительного электрода А, зависит от ᴇᴦο потенциала {varphi }_1 и электропроводимости почвы около электрода. Данный ток почти не зависит от свойств удаленных областей окружающей среды (будем считать, что {sigma }_1=const ).

Так как станции соединены проводом 12, следовательно: I_1=I_2=I , тогда найдем разность потенциалов:

Отсюда следует, что, сопротивление заземления равно:

Нельзя полагать, что весь ток с электрода A попадет на электрод В, ϶то не верно. Равны только токи I_1=I_2 , так как электроды соединены проводом. Формула (9) означает, что хорошᴇᴦο заземления электроды должны иметь большой размер. Окружающая их почва должна иметь хорошую проводимость.

Пример 1

Задание: Произошел обрыв высоковольтнои̌ линии электропередач. Конец линии длиннои̌ L=30м лежит на земле. В прилегающих к проводу участках земли идет ток (I=500A). Рассчитайте напряжение шага человека ( U_{sh} ), который идет около провода в перпендикулярном к нему направлении. Расстояние ᴇᴦο ближайшей к проводу ноги равно d=1м, длина шага l=0,65м.

Решение:

Так как провод с током имеет большую длину, считаем, что ток от нᴇᴦο вглубь земли течет по направлениям перпендикулярным проводу. Ток растекается равномерно в полуцилиндрическую область. В таком случае выражение плотности тока (j) на расстоянии r от провода имеет вид:

[j=frac{I}{pi rL}left(1.1
ight).]

• В таком случае напряженность поля вдоль радиусов, перпендикулярных проводу:
• В таком случае, напряжение шага можно найти как:
• Проведем вычисления, так как всœе величины в (1.3) известны, единицы их представлены в системе СИ:
• Ответ: U_{sh=}265 В.

[E_r=frac{j}{sigma }=frac{I}{pi rLsigma }left(1.2
ight).] [U_{sh}=intlimits^{d+l}_d{E_rdr}=frac{I}{pi Lsigma }lnfrac{d+l}{d}left(1.3
ight).] [U_{sh=}frac{500}{3,14cdot 30cdot {10}^{-2}}lnfrac{1+0,65}{1}=265 left(В
ight).] [ влажнои̌ земли sigma =frac{См}{м}.]

Пример 2

Задание: Между двумя коаксиальными цилиндрическими электродами радиусами { R}_1 и R_2 находится сплошная проводящая среда с удельнои̌ проводимостью sigma . Вычислите сопротивление среды. Считать, что удельная проводимость материала жилы и оболочки много больше, чем удельная проводимость среды. Высота цилиндров равна l.

1. Рис. 2
2. Решение:
3. Ток в среде течет во всœем объеме по радиусам от центральнои̌ жилы до оболочки. Емкость цилиндрического конденсатора известна:
4. В таком случае сопротивление среды равно:
5. Ответ: R=frac{lnfrac{R_2}{R_1}}{2pi sigma l} .

[C=frac{2pi l{varepsilon }_0}{lnfrac{R_2}{R_1}}left(2.1
ight).] [R=frac{{varepsilon }_0}{sigma C}=frac{lnfrac{R_2}{R_1}}{2pi sigma l}left(2.2
ight).]

Источник: http://referatwork.ru/info-lections-55/tech/view/2140_toki_v_sploshnyh_sredah_zazemlenie