Schody. Grupa wejściowa. Materiały. Drzwi. Zamki. Projekt

Uziemienie jest jednym z głównych środków bezpieczeństwa podczas korzystania z urządzeń elektrycznych. W przypadku zużycia izolacji wewnętrznej, obudowa zewnętrzna urządzenia może być pod napięciem, dotknięcie może spowodować porażenie prądem. Aby zapobiec takim incydentom, zorganizowana jest instalacja uziemienia. Aby konstrukcja ochronna była jak najbardziej skuteczna, konieczne jest przeprowadzenie obliczeń uziemienia, które mogą się różnić w zależności od wielu czynników początkowych.

Rodzaje konstrukcji uziemiających

Do organizacji uziemienia stosuje się przewodniki z konstrukcji metalowych o różnych kształtach (belka, rura, narożnik itp.). Te podstawowe elementy można zastosować w jednym z trzech głównych systemów:

• Za pomocą jednej głębokiej elektrody uziemiającej;
• Instalacja złożonej konstrukcji modułowej;
• Organizacja uziemienia elektrolitycznego.

Niezależnie od rodzaju wybranej konstrukcji, jej wytrzymałość musi mieścić się w określonych granicach. W przypadku sieci trójfazowej o napięciu 380 woltów rezystancja uziemienia nie powinna przekraczać 4 omów. Bardziej powszechna sieć jednofazowa o napięciu 220 woltów będzie wymagać nie więcej niż 8 omów. Również wstępne obliczenia pozwalają z góry określić ilość potrzebnych materiałów, co pozwala na znaczne oszczędności.

Wzór na obliczenie pojedynczej elektrody uziemiającej

Istnieje szereg czynników, które wpływają na ostateczny wynik obliczeń konstrukcji uziemiającej, a mianowicie:

• Zastosowane materiały (decyduje rodzaj metalu, ale wskaźniki elektrolitu również mogą być ważne);
• Kształt elementów elektrody (nieznacznie wpływa);
• Odległość między elementami elektrod;
• Głębokość, na jaką zanurzony jest zamontowany obwód.

Należy zauważyć, że aby uzyskać układ o rezystancji 4–8 omów, zastosowane elementy metalowe muszą mieć pewne minimalne parametry:

• Belka płaska - szerokość 12 mm, wysokość 4 mm;
• Narożnik - wysokość 4 mm
• Słup - średnica nie mniejsza niż 10 mm;
• Rura - grubość nie mniejsza niż 3,5 mm.

Uziemienie ochronne można obliczyć za pomocą specjalistycznego oprogramowania lub kalkulatorów online. Ale do ich prawidłowego wykorzystania konieczna jest znajomość ogólnego wzoru, według którego przeprowadzane są obliczenia, oraz wartości wszystkich zmiennych. Tradycyjnie w rozważanym wzorze stosuje się następującą notację:

• R - obliczone uziemienie (Ohm);
• L - długość elementu uziemiającego-elektrody uziemiającej (m);
• d - średnica elementu (m);
• T - głębokość: odległość między środkiem każdego elementu uziemiającego a powierzchnią gruntu (m);
• ρ - opór gruntu (Ohm×m). Zobacz tabelę.
• π - liczba Pi (3.14)

Obliczenia tego typu pętli uziemienia wykonuje się według następującego wzoru:

Nie jest trudno zmierzyć wszystkie wymienione wartości, z wyjątkiem być może parametru ρ. Możesz wykonać tę procedurę samodzielnie za pomocą omomierza, ale musisz zrozumieć, że uzyskane dane mogą się znacznie zmieniać wraz ze zmianami temperatury, wilgotności i innych parametrów środowiskowych. Dlatego znacznie wygodniej będzie używać średnich danych tabelarycznych:

Wzór na obliczenie systemu uziemienia

W celu uzyskania optymalnej wartości rezystancji tworzonej konstrukcji pojedyncze uziomy mogą być ułożone w rzędzie lub uformowane z nich w zamkniętą pętlę (koło, prostokąt lub dowolny inny kształt). Aby obliczyć takie uziemienie, powyższy wzór będzie zawierał dodatkowe parametry:

• R1 - pożądana rezystancja (Ohm);
• R to rezystancja obliczona zgodnie z podstawowym wzorem (Ohm);
• N - liczba elementów w układzie elektrod uziemiających;
• Ki - współczynnik wykorzystania.

Ostatni parametr wymaga więcej szczegółów. Wokół każdej elektrody służącej do uziemienia prądu elektrycznego można sobie wyobrazić wyimaginowaną strefę, w której jej sprawność sięga 90%. Powstaje ze wszystkich punktów oddalonych od powierzchni elektrody w odległości równej jej długości. Przy obliczaniu uziemienia należy unikać przekraczania tych stref, co umożliwia osiągnięcie maksymalnej wydajności tworzonego systemu.

Do obliczeń najwygodniej jest używać wartości tabelarycznych uzyskanych w wyniku praktycznego zastosowania wzoru.

Sama formuła wygląda tak:

Tak więc, jeśli wstępnie obliczysz zmienną i przyjmiesz ją jako stałą, to za pomocą tego wzoru możesz obliczyć optymalny zestaw elektrod potrzebnych do stworzenia struktury uziemienia:

W takim przypadku należy pamiętać, że najprawdopodobniej wynikowa wartość będzie ułamkowa, więc będzie musiała zostać zaokrąglona w górę.

Wzór do obliczania uziemienia elektrolitycznego

W uproszczonym modelu system uziemienia elektrolitycznego można opisać jako metalową rurkę wypełnioną substancją elektrolitu. Substancja ta zwiększa odporność całej konstrukcji, a co ważniejsze przyczynia się do zachowania jej parametrów w czasie. Osiąga się to dzięki temu, że z biegiem czasu elektrolit wnika w glebę i gromadzi się w niej.

Oprócz parametrów opisanych powyżej we wzorze do obliczania uziemienia elektrolitycznego wykorzystuje się parametr C, który opisuje stężenie elektrolitu w glebie. Jego dopuszczalne wartości mogą wahać się od 0,5 do 0,05. Im dłużej rozważany system znajduje się w ziemi, tym niższa wartość tego parametru: jeśli na początku instalacji wynosiła 0,5, to za sześć miesięcy będzie to tylko 0,125 (ale jego dalszy spadek ustanie) .

W takim przypadku wymagana formuła to:

Jeśli w zamontowanym układzie znajduje się kilka elektrod typu elektrolitycznego, to jego rezystancję można obliczyć za pomocą wzoru z poprzedniego rozdziału. Jedyna różnica polega na tym, że współczynnik wykorzystania będzie tutaj nieco inny:

W tym artykule zbadaliśmy główne rodzaje uziemień elektrycznych i wszystkie niezbędne wzory do ich obliczeń. Oczywiście wszystkie obliczenia opierają się na obliczeniach pojedynczej pętli uziemienia, podczas gdy dwa główne typy uzyskuje się poprzez jej rozszerzenie i udoskonalenie. Warto raz jeszcze podkreślić, że jedną z kluczowych ról w zorganizowaniu skutecznego uziemienia odgrywa odległość między elektrodami, która nie powinna być mniejsza niż ich indywidualna długość. Wszystkie powyższe obliczenia można znacznie uprościć za pomocą specjalistycznego oprogramowania lub narzędzi internetowych. Mając minimalną wiedzę o tym, jakie parametry są zaangażowane w obliczenia uziemienia, narzędzia te znacznie skrócą czas pracy, zapewniając jednocześnie dość wysoką dokładność.

Powiązane wideo

Normy > Wszystko o uziemieniu

OBLICZANIE URZĄDZEŃ UZIEMIAJĄCYCH

Obliczanie urządzeń uziemiających sprowadza się głównie do obliczenia samej elektrody uziemiającej, ponieważ przewody uziemiające w większości przypadków są akceptowane zgodnie z warunkami wytrzymałości mechanicznej i odporności na korozję. Jedynymi wyjątkami są instalacje z zewnętrznym urządzeniem uziemiającym. W takich przypadkach rezystancja przewodu łączącego i rezystancja elektrody uziemiającej są obliczane szeregowo, tak aby całkowita rezystancja nie przekraczała obliczonej.
Obliczenie rezystancji uziemienia przeprowadza się w następującej kolejności:
1. Ustawiono dopuszczalną rezystancję uziemienia wymaganego przez PUE. Jeżeli urządzenie uziemiające jest wspólne dla kilku instalacji elektrycznych, rezystancja projektowa urządzenia uziemiającego jest najmniejsza z wymaganych.
2. Wymaganą rezystancję sztucznego uziomu określa się, biorąc pod uwagę zastosowanie uziomu naturalnego połączonego równolegle, z wyrażeń

gdzie - obliczeniowa rezystancja uziemienia zgodnie z pkt. 1;- rezystancja sztucznej elektrody uziemiającej;- rezystancja naturalnego przewodu uziemiającego.
3. Obliczoną rezystywność gruntu wyznacza się z uwzględnieniem mnożników uwzględniających wysychanie gruntu latem i jego przemarzanie zimą.
W przypadku braku dokładnych danych na glebie możesz skorzystać z tabeli. 12-1, który przedstawia średnie dane o odporności gruntu zalecane do wstępnych obliczeń.

Tabela 12-1 Rezystywność gruntu

Mnożniki k dla różnych stref klimatycznych podano w tabeli. 12-2 dla elektrod poziomych i pionowych.
4. Określana jest rezystancja rozprzestrzeniania się jednej elektrody pionowejwedług wzorów z tabeli. 12-3. Wzory te są podane dla elektrod prętowych wykonanych ze stali okrągłej lub rur. Stosując narożniki do elektrod pionowych, zastępowana średnica narożnika jest zastępowana jako średnica

gdzie b - szerokość boków narożnika.

Tabela 12-2 Wartości współczynnika k dla różnych stref klimatycznych

Tabela 12-3 Obliczanie rezystancji rozprzestrzeniania się jednej elektrody

5. Określa się przybliżoną liczbę pionowych elektrod uziemiających n przy wcześniej przyjętym współczynniku wykorzystania:

gdzie - wymagana rezystancja sztucznej elektrody uziemiającej.
Współczynniki wykorzystania pionowych przewodów uziemiających podano w tabeli. 12-4 w przypadku ich ułożenia w rzędzie i w tabeli. 12-5 w przypadku układania ich wzdłuż konturu bez uwzględnienia wpływu poziomych elektrod sprzęgających.
6. Wyznacza się rezystancję rozprzestrzeniania się elektrod poziomychwedług wzorów z tabeli. 12-3. Współczynniki wykorzystania elektrody poziomejdla wcześniej przyjętej liczby elektrod pionowych przyjmuje się zgodnie z tabelą. 12-6 gdy są ułożone w rzędzie i zgodnie z tabelą. 12-7, gdy znajdują się wzdłuż konturu.

Tabela 12-4 Współczynniki zużycia elektrody pionowej

Tabela 12-5 Współczynniki wykorzystania elektrod pionowych

Tabela 12-6 Współczynniki użycia elektrody poziomej

Tabela 12-7 Współczynniki użycia elektrody poziomej

7. Wymagana rezystancja elektrod pionowych jest określona, ​​biorąc pod uwagę przewodność elektrod łączących poziomych z wyrażeń

gdzie jest rezystancją rozprzestrzeniania się elektrod poziomych, zgodnie z definicją w punkcie 6.
8. Liczbę elektrod pionowych określa się z uwzględnieniem współczynników wykorzystania zgodnie z tabelą. 12-4 lub 12-5:

Liczba elektrod pionowych jest ostatecznie pobierana z warunków umieszczenia.
9. W przypadku instalacji powyżej 1000 V z dużymi prądami ziemnozwarciowymi rezystancję termiczną przewodów łączących sprawdza się według wzoru (12-5).

Przykład 12-1. Należy obliczyć uziemienie podstacji 110/10 kV z następującymi danymi: maksymalny prąd płynący przez uziemienie podczas zwarć doziemnych po stronie 100 kV wynosi 3,2 kA; najwyższy prąd płynący przez uziemienie podczas zwarć doziemnych po stronie 10 kV 42 A; gleba w miejscu budowy podstacji - glina; strefa klimatyczna 2; dodatkowo jako uziemienie zastosowano układ przewodów - wsporniki o rezystancji uziemienia 1,2 Ohm.

Rozwiązanie
1. Strona 110 kV wymaga rezystancji uziemienia 0,5 Ω. Dla strony 10 kV wg wzoru (12-6)

gdzie zakłada się, że obliczone napięcie na urządzeniu uziemiającym wynosi 125 V, ponieważ urządzenie uziemiające jest również używane w instalacjach podstacji do 1000 V. Tak więc rezystancja .
2. Rezystancję sztucznego uziomu oblicza się biorąc pod uwagę zastosowanie systemu nośnego kabla;

3. Zalecana do wstępnych obliczeń rezystywność gruntu w miejscu budowy uziomu - glina wg powyższych danych wynosi 100 Ohm H m. Zwiększenie współczynników dla strefy klimatycznej 2 zgodnie z tabelą. 12 2 przyjmuje się równe 4,5 dla poziomych rozciągniętych elektrod o głębokości układania 0,8 mi 1,8 dla pionowych elektrod prętowych o długości 2-3 m przy głębokości układania ich wierzchołków 0,5-0,8 m.
Szacowana rezystywność:
do elektrod poziomych

do elektrod pionowych

4. Wyznacza się rezystancję rozprzestrzeniania się jednej elektrody pionowej - narożnika nr 50 o długości 2,5 m przy zanurzeniu poniżej poziomu gruntu o 0,7 m wg wzoru z tabeli. 12-3:

gdzie

6. Wyznacza się rezystancję rozprzestrzeniania się elektrod poziomych - paski 40 X 4 mm2 przyspawane do górnych końców naroży. Współczynnik wykorzystania listwy łączącej w obwodzie z liczbą naroży rzędu 100 i przełożeniem zgodnie z tabelą 12-7 to:.
Odporność na rozprzestrzenianie się taśmy wg wzoru z tabeli. 12-3

7. Wyrafinowana rezystancja elektrod pionowych

Zaczerpnięte z tabeli. 12-5 godz n=100 i :

Ostatecznie zaakceptowano 117 rogów.
Oprócz obwodu na terenie podstacji rozmieszczona jest siatka pasów podłużnych, znajdujących się w odległości 0,8-1 m od urządzeń, z połączeniami krzyżowymi co 6 m. Te niewyjaśnione poziome elektrody zmniejszają całkowitą rezystancję uziemienia; ich przewodnictwo przechodzi w rezerwę.
9. Sprawdzana jest stabilność termiczna taśmy 40 X 4 mm2. Minimalny przekrój taśmy z warunków stabilności termicznej przy zwarciu. do ziemi według wzoru (12-5) ze skróconym czasem przepływu prądu zwarciowego.

W ten sposób pasek 40 X 4 mm2 spełnia warunek odporności termicznej.

Z wyników przykładu 12-1 widać, że przy wystarczająco dużej liczbie elektrod pionowych, elektrody poziome łączące górne końce pionowych mają bardzo mały wpływ na wynikową rezystancję projektową pętli uziemienia. Ujawnia to również wadę istniejącej metodologii obliczeniowej w przypadkach, w których wymagana jest wystarczająco niska rezystancja pętli. W przeprowadzonych przybliżonych obliczeniach wada ta ujawniła się w tym, że uwzględnienie dodatkowej przewodności obwodu z poziomej listwy łączącej nie doprowadziło do zmniejszenia wymaganej liczby elektrod pionowych, ale przeciwnie do jej wzrost o około 5%. Na tej podstawie można zalecić w takich przypadkach obliczenie wymaganej liczby elektrod pionowych bez uwzględniania dodatkowej przewodności pasów łączących i innych poziomych, zakładając, że ich przewodność będzie się mieścić w marginesie bezpieczeństwa.

Przykład 12-2. Należy obliczyć uziemienie podstacji z dwoma transformatorami 6/0,4 kV o mocy 400 kV h Oraz z następującymi danymi: najwyższy prąd płynący przez ziemię podczas zwarcia doziemnego od strony 6 kV 18 A; gleba na placu budowy - glina; strefa klimatyczna 3; dodatkowo jako uziemienie stosowana jest rura wodna o rezystancji rozprzestrzeniania się 9 omów.
Rozwiązanie
Planuje się budowę systemu uziomów na zewnątrz budynku, do którego przylega podstacja, z rozmieszczeniem elektrod pionowych w jednym rzędzie na długości 20 m; materiał - stal okrągła o średnicy 20 mm, metoda zanurzeniowa - przez skręcanie; górne końce pionowych prętów, zanurzonych na głębokość 0,7 m, są przyspawane do poziomej elektrody wykonanej z tej samej stali.
1. Strona 6 kV wymaga rezystancji uziemienia określonej wzorem (12-6):

gdzie zakłada się, że napięcie znamionowe na urządzeniu uziemiającym wynosi 125 V, ponieważ urządzenie uziemiające jest wspólne dla boków 6 i 0,4 kV. Ponadto, zgodnie z PUE, rezystancja elektrody uziemiającej nie powinna przekraczać 4 omów.
Oblicza się zatem rezystancję uziemienia .
2. Rezystancję sztucznego przewodu uziemiającego oblicza się z uwzględnieniem zastosowania sieci wodociągowej jako równoległej gałęzi uziemienia:

3. Rezystancja gruntu zalecana do obliczeń w miejscu budowy uziomu – glina wg tabeli. 12-1 to 70 omów h m. Rosnące współczynniki dla strefy klimatycznej 3, ale tabela. 12-2 przyjmuje się jako równe 2,2 dla elektrod poziomych o głębokości układania 0,8 mi 1,5 dla elektrod pionowych o długości 2-3 m przy głębokości układania ich wierzchołków 0,5-0,8 m.
Szacowana właściwa odporność gruntu:
do elektrod poziomych

do elektrod pionowych

4. Opór rozparcia jednego pręta o średnicy 20 mm i długości 2 m określa się przy zanurzeniu 0,7 m poniżej poziomu gruntu według wzoru z tabeli. 12-3:

5. Przybliżoną liczbę pionowych przewodów uziemiających określa się za pomocą wcześniej przyjętego współczynnika wykorzystania:

6. Wyznacza się odporność na rozciąganie elektrody poziomej wykonanej ze stali okrągłej o średnicy 20 mm, przyspawanej do górnych końców prętów pionowych. Współczynnik wykorzystania elektrody poziomej w rzędzie prętów z ich liczbą w przybliżeniu równą 5 i stosunkiem odległości między prętami do długości pręta zgodnie z tabelą. 12-6 przyjmuje się jako równe 0,86.
Rezystancja rozprzestrzeniania się elektrody poziomej według wzoru z tabeli. 12-3

7. Poprawiona odporność na rozprzestrzenianie się elektrod pionowych

8. Określona liczba elektrod pionowych zależy od współczynnika wykorzystania zabrane ze stołu. 12-4 godz n=4 i :

przekrój przygotowany według projektu standardowego SERIA 3.407-150
Urządzenia uziemiające
podstawy zasilania
Wymagania dotyczące urządzeń uziemiających
podstawy zasilania
Obliczanie urządzeń uziemiających
podstawy zasilania
Elektrokorozja sieci podziemnych przez prądy błądzące
podstawy zasilania
Ponowne uziemienie przewodu neutralnego na wejściu do indywidualnego budynku mieszkalnego

Uziemienie ochronne - celowe połączenie elektryczne z ziemią metalowych, nie przewodzących prądu części instalacji elektrycznych, które normalnie nie są pod napięciem, ale mogą znajdować się pod nim (głównie z powodu uszkodzenia izolacji).

Gdy faza jest zamknięta do metalowej obudowy instalacji elektrycznej, uzyskuje potencjał elektryczny względem ziemi. Jeśli osoba stojąca na ziemi lub podłodze przewodzącej (np. betonie) dotknie korpusu takiej instalacji elektrycznej, natychmiast zostanie porażona prądem.

Dzięki uziemieniu ochronnemu prąd zwarciowy jest redystrybuowany między urządzeniem uziemiającym a osobą w odwrotnej proporcji do ich rezystancji.

Ponieważ rezystancja ludzkiego ciała jest setki razy większa niż rezystancja rozprzestrzeniania prądu przez urządzenie uziemiające, prąd nieprzekraczający maksymalnej dopuszczalnej wartości (10 mA) przepłynie przez ciało osoby, która dotknęła uszkodzonego uziemienia sprzęt, a główna część prądu trafi do ziemi przez pętlę uziemienia. W której Napięcie kontakt na obudowie sprzętu nie przekroczy 42 V.

Pętla uziemiająca wykonana jest z prętów stalowych, kątowników, rur niepełnowartościowych itp. W wykopie o głębokości do 0,7 m pręty (rury, kątowniki itp.) są młotkowane pionowo, a wystające z ziemi górne końce łączy się na zakład spawanie taśmą stalową lub prętem.

W takim przypadku należy przestrzegać następujących warunków.

Ryż. 2. Montaż pojedynczej elektrody uziemiającej w glebie dwuwarstwowej:
L to długość pojedynczej elektrody uziemiającej; D - średnica pojedynczej elektrody uziemiającej;
H to grubość górnej warstwy gleby; T - pogłębienie uziomu (odległość
od powierzchni gruntu do środka elektrody); t jest głębokością wykopu (pogłębienie listwy łączącej)

1. Zaleca się, aby odległość pomiędzy sąsiednimi prętami była równa długości pręta (chyba, że ​​warunki eksploatacji stanowią inaczej) (rys. 3).

Pręty mogą być ułożone w rzędzie (rys. 3) lub w formie dowolnej figury geometrycznej (kwadrat, prostokąt), w zależności od łatwości montażu i wykorzystywanej powierzchni. Zestaw prętów połączonych paskiem tworzy pętlę masową. Wewnątrz pętla uziemienia jest przyspawana do korpusu osłony zasilania i do linii uziemienia (szyny uziemiającej) biegnącej wzdłuż ścian budynku. W praktyce często stosuje się naturalne przewody uziemiające (części komunikacji, budynki i budynków produkcji lub innych celów) w kontakcie z gruntem. Są to rury kanalizacyjne, żelbetowe konstrukcje fundamentowe, ołowiane osłony kabli itp.

Ryż. 3. Konstrukcja urządzenia uziemiającego:
L to długość pojedynczej elektrody uziemiającej; K - odległość między sąsiednimi (sąsiadującymi) elektrodami uziemiającymi

Pomiar odporności na rozprzestrzenianie się prądu urządzeń uziemiających należy przeprowadzić w terminach określonych w Regulaminie Eksploatacji Użytkowych Instalacji Elektrycznych (PEEP) co najmniej jeden raz na sześć lat, a także po każdym kapitalnym remoncie i długotrwałej bezczynności instalacji.

Rezystancję uziemiaczy zaleca się mierzyć w najgorętsze i najsuchsze lub najzimniejsze dni w roku, kiedy gleba ma najmniej wilgoci. Im niższa wilgotność, tym wyższa rezystywność gruntu. W pierwszym przypadku wilgoć odparowuje z gleby, w drugim zamarza (lód praktycznie nie przewodzi prądu). Podczas pomiaru w inne dni uzyskane wartości należy skorygować za pomocą współczynników korygujących podanych w PEEP.

Obliczenie urządzenia uziemiającego sprowadza się do określenia liczby pionowych przewodów uziemiających i długości listwy łączącej. Aby uprościć obliczenia, zakładamy, że pojedyncza pionowa elektroda uziemiająca to pręt lub rura o małej średnicy.

gdzie L i D są odpowiednio długością i średnicą pręta, m; P eq równoważna rezystywność gruntu, Ohm*m; T to głębokość elektrody (odległość od powierzchni gruntu do środka elektrody), m.

studenci nieelektrotechniczne specjalności mogą określić rezystancję pojedynczego pionowego przewodu uziemiającego według wzoru:

(3)

lub według uproszczonego wzoru:

(4)

Uwaga: dalej znak (*) oznacza wzory do obliczeń wykonywanych przez studentów nieelektrotechniczne specjalności. Wzory nieoznaczone tym znakiem są wspólne dla studentów wszystkich specjalności.

Wartość równoważnej rezystywności gruntu P eq dla uczniów nieelektrotechniczne specjalności podaje nauczyciel z tabeli. 2.

Równoważna rezystywność gruntu P eq budowa niejednorodna to taka rezystywność ziemi o budowie jednorodnej, w której rezystancja uziemienia ma taką samą wartość jak w ziemi o budowie niejednorodnej. Jeżeli grunt jest dwuwarstwowy, równoważną rezystywność określa się z wyrażenia:

P równ= Y*P 1 *P 2 L/, (5)

gdzie Y jest współczynnikiem sezonowym (zgodnie z tabelą 2 - dla uziomów); P 1 - rezystywność wierzchniej warstwy gruntu, Ohm*m; P 2 - rezystywność dolnej warstwy gruntu Ohm*m; H to grubość górnej warstwy gleby, m; t - pogłębianie taśmy, m.

Pojedynczy przewód uziemiający musi całkowicie przebić się przez górną warstwę gruntu, a częściowo przez dolną.

Tabela 1 - Równoważna rezystywność gruntu

Głębokość paska t jest równa 0,7 m - jest to głębokość wykopu (ryc. 2). Wartość rezystywności gruntu nie jest stała i zależy od jej wilgotności. Stopień uwilgotnienia gleby determinowany jest głównie ilością opadów i procesami ich wysuszenie. Warstwy powierzchniowe gleby podlegają znacznym zmianom wilgotności. Dzięki temu rezystancja elektrody uziemiającej będzie tym stabilniejsza, im głębiej znajduje się w ziemi. Aby zmniejszyć wpływ warunków klimatycznych na rezystancję gruntu, górną część elektrody uziemiającej umieszcza się w ziemi na głębokość co najmniej 0,7 m. Dlatego penetrację pręta można określić wzorem:

T = (L/2) + t(6)

Tabela 2 - Wartości obliczonych współczynników klimatycznych sezonowości odporności gruntu

1. Przybliżoną liczbę uziomów pionowych określamy bez uwzględnienia rezystancji listwy łączącej:

n 0 = R 0 / R n, *(7)

gdzie RH jest znormalizowaną rezystancją rozprzestrzeniania prądu przez urządzenie uziemiające zgodnie z PUE, Ohm;

Dla studentów kierunków elektrotechnicznych:

n 0 = R 0 *T/ R n.(8)

Współczynnik sezonowości Y drugiej strefy klimatycznej (średnia temperatura w styczniu od -15 do -10°С, w lipcu - od +18 do +22°С) wynosi 1,6...1,8.

Tabela 3 - Znormalizowane wartości rezystancji rozpływu prądu urządzeń uziemiających (dla instalacji elektrycznych o napięciu do 1000 V)

Wartości podane w tabeli. 3 obowiązują dla równoważnej rezystywności gruntu równej 100 Ohm*m lub mniejszej.Jeżeli równoważna rezystywność gruntu jest większa niż 100 Ohm*m, wartości te należy pomnożyć przez współczynnik k c \u003d r eq/sto. Współczynnik k nie może być mniejsza niż 1 i większa niż 10 (nawet przy dużych oporach gruntu).

1. Określamy odporność na rozprzestrzenianie się prądu listwy łączącej:

(9)

gdzie L p , b - długość i szerokość listwy łączącej, m; t - pogłębienie listwy łączącej; Y p- współczynnik sezonowości dla listwy (wg tabeli 2 - dla uziemienia listwy); h p - współczynnik wykorzystania pasma (tabela 4).

Wzór do przybliżonej kalkulacji:

(10)

Długość paska można określić na podstawie wstępnej liczby pionowych przewodów uziemiających. Jeśli zaakceptuj, że są umieszczone z rzędu długość paska będzie wynosić:

L P= K(n 0 - 1), (11)

gdzie K - odległość między sąsiednimi pionowymi elektrodami uziemiającymi, m,

1. Wyznaczamy rezystancję pionowych przewodów uziemiających, biorąc pod uwagę odporność na rozpływ prądu listwy łączącej (dla studentów kierunków elektrotechnika):

r w = R p * R n (R p - R n ) (12).

1. Określamy ostateczną liczbę uziomów (dla studentów kierunków elektrotechnika):

n = R o / R do *h z, (13)

gdzie h c - współczynnik wykorzystania uziomów pionowych.

Ponieważ prądy płynące z połączonych równolegle pojedynczych uziomów mają wzajemny wpływ, sumaryczna rezystancja pętli uziemienia wzrasta, im większa jest tym, że uziomy pionowe znajdują się bliżej siebie. Zjawisko to uwzględnia współczynnik wykorzystania uziomów pionowych, którego wartość zależy od rodzaju i liczby uziomów pojedynczych, ich wymiarów geometrycznych oraz względnego położenia w gruncie.

Tabela 4 - Współczynniki wykorzystania uziemienia pionowego h s
i listwa łącząca h p

Notatka. Wartości współczynników podano biorąc pod uwagę fakt, że stosunek długości uziomów do odległości między nimi wynosi dwa.

1. *Określamy rezystancję pojedynczego przewodu uziemiającego biorąc pod uwagę współczynnik wykorzystania:

r cn= R0 / h z .* (14)

1. Całkowitą rezystancję uziomów pionowych określamy biorąc pod uwagę rezystancję listwy łączącej:

r w = R p * R n / R p - R n. (15)

1. Określ ostateczną liczbę elektrod uziemiających:

n = R cn/R do . (16)

Obliczona liczba przewodów uziemiających jest zaokrąglana w górę do najbliższej wyższej liczby całkowitej.

Na podstawie danych obliczeniowych sporządzamy szkic pętli uziemienia (plan umieszczenia uziomów w gruncie - widok z góry, z naniesionymi wymiarami) oraz szkic pojedynczego uziomu pionowego (rys. 2).

Najważniejszą funkcją uziemienia jest bezpieczeństwo elektryczne. Przed zainstalowaniem go w prywatnym domu, na podstacji iw innych miejscach należy obliczyć uziemienie.

Jak wygląda uziemienie prywatnego domu?

Kontakt elektryczny z ziemią tworzy metalowa konstrukcja elektrod zanurzonych w ziemi wraz z podłączonymi przewodami - wszystko to jest urządzeniem uziemiającym (GD).

Punkty połączenia z ładowarką przewodu, przewodu ochronnego lub ekranu kabla nazywane są punktami uziemienia. Poniższy rysunek przedstawia uziemienie z jednego pionowego przewodu metalowego o długości 2500 mm wkopanego w ziemię. Jej górna część umieszczona jest na głębokości 750 mm w wykopie, którego szerokość w dolnej części wynosi 500 mm, aw górnej 800 mm. Przewód można podłączyć przez spawanie z innymi podobnymi uziomami do obwodu z płytkami poziomymi.

Rodzaj najprostszego uziemienia pomieszczenia

Po zamontowaniu uziomu wykop jest zasypany ziemią, a jedna z uziomów musi wyjść na zewnątrz. Podłączony jest do niego przewód nad powierzchnią ziemi, który przechodzi do szyny uziemiającej w elektrycznym panelu sterowania.

Gdy sprzęt jest w normalnych warunkach, w punktach uziemienia będzie zero napięcia. Idealnie w przypadku zwarcia rezystancja ładowarki będzie wynosić zero.

Gdy w punkcie uziemionym pojawia się potencjał, należy go wyzerować. Jeśli rozważymy dowolny przykład obliczeniowy, zobaczymy, że prąd zwarciowy I s ma określoną wartość i nie może być nieskończenie duży. Gleba posiada rezystancję rozchodzenia się prądu R s z punktów o potencjale zerowym do uziomu:

R s \u003d U s / I s, gdzie U s jest napięciem na elektrodzie uziemiającej.

Rozwiązanie problemu prawidłowego obliczenia uziemienia jest szczególnie ważne w elektrowni lub podstacji, w której koncentruje się wiele urządzeń wysokiego napięcia.

Wartośćrhokreślony przez cechy otaczającej gleby: wilgotność, gęstość, zawartość soli. Tutaj również ważnymi parametrami są konstrukcje uziomów, głębokość zanurzenia i średnica podłączonego przewodu, która musi być taka sama jak żyły instalacji elektrycznej. Minimalny przekrój gołego drutu miedzianego wynosi 4 mm2, a izolowanego 1,5 mm2.

Jeśli przewód fazowy dotknie korpusu urządzenia elektrycznego, spadek napięcia na nim jest określony przez wartości R c i maksymalny możliwy prąd. Napięcie kontaktowe U pr będzie zawsze mniejsze niż U s, ponieważ zmniejszają je buty i odzież osoby, a także odległość do elektrod uziemiających.

Na powierzchni ziemi, gdzie płynie prąd, również występuje różnica potencjałów. Jeśli jest wysokie, człowiek może wpaść poniżej niebezpiecznego dla życia napięcia krokowego U w. Im dalej od elektrod uziemiających, tym mniej.

Wartość UC musi mieć akceptowalną wartość, aby zapewnić bezpieczeństwo ludzi.

Możliwe jest zmniejszenie wartości U pr i U w przy zmniejszeniu R s, dzięki czemu zmniejszy się również prąd przepływający przez ludzkie ciało.

Jeżeli napięcie instalacji elektrycznej przekracza 1 kV (na przykład podstacje w przedsiębiorstwach przemysłowych), z zamkniętej pętli powstaje konstrukcja podziemna w postaci rzędów metalowych prętów wbitych w ziemię i zespawanych ze sobą za pomocą stalowych taśm. Dzięki temu potencjały są wyrównane między sąsiednimi punktami na powierzchni.

Bezpieczna praca z sieciami elektrycznymi jest zapewniona nie tylko dzięki obecności uziemiających urządzeń elektrycznych. To nadal wymaga bezpieczników, wyłączników automatycznych i RCD.

Uziemienie nie tylko zapewnia różnicę potencjałów do bezpiecznego poziomu, ale także wytwarza prąd upływowy, który powinien wystarczyć do uruchomienia sprzętu ochronnego.

Nie zaleca się podłączania każdego urządzenia elektrycznego do elektrody uziemiającej. Połączenia realizowane są poprzez magistralę znajdującą się w panelu mieszkania. Wejściem jest przewód uziemiający lub przewód PE ułożony od podstacji do konsumenta, na przykład przez system TN-S.

Obliczanie urządzenia uziemiającego

Obliczenie polega na określeniu R s. W tym celu konieczna jest znajomość rezystywności gruntu ρ, mierzonej w Ohm*m. Za podstawę przyjmuje się jego średnie wartości, które podsumowano w tabeli.

Wyznaczanie rezystywności gruntu

Z wartości podanych w tabeli widać, że wartość ρ zależy nie tylko od składu gleby, ale także od wilgotności.

Ponadto tabelaryczne wartości rezystywności mnoży się przez współczynnik sezonowy K m, który uwzględnia zamarzanie gruntu. W zależności od najniższej temperatury (0 C) jej wartości mogą być następujące:

• od 0 do +5 - Km = 1,3/1,8;
• od -10 do 0 - K m \u003d 1,5 / 2,3;
• od -15 do -10 - K m \u003d 1,7 / 4,0;
• od -20 do -15 - K m \u003d 1,9 / 5,8.

Wartości współczynnika K m zależą od sposobu ułożenia elektrod uziemiających. Licznik pokazuje jego wartości dla pionowego zanurzenia elektrod uziemiających (z wierzchołkami na głębokości 0,5-0,7 m), a mianownik - dla położenia poziomego (na głębokości 0,3-0,8 m).

Na wybranym obszarze gleba ρ może znacznie różnić się od średnich wartości tabelarycznych ze względu na czynniki antropogeniczne lub naturalne.

W przypadku obliczeń wstępnych, dla pojedynczej elektrody uziemiającej pionowej Rg 0,3∙ρ∙ Km.

Dokładne obliczenia uziemienia ochronnego przeprowadza się zgodnie ze wzorem:

Rz = ρ/2πl∙ (ln(2l/d)+0,5ln((4h+l)/(4h-l)), gdzie:

• l to długość elektrody;
• d jest średnicą pręta;
• h jest głębokością punktu środkowego elektrod uziemiających.

Dla n elektrod pionowych łączonych od góry R n = R s / (n K test), gdzie K test jest współczynnikiem wykorzystania elektrod, uwzględniającym efekt ekranowania sąsiednich (określony z tabeli).

Lokalizacja elektrod uziemiających

Istnieje wiele formuł obliczania uziemienia. Wskazane jest zastosowanie metody sztucznego uziemienia o charakterystyce geometrycznej zgodnej z PUE. Napięcie zasilania wynosi 380 V dla trójfazowego źródła prądu lub 220 V dla jednofazowego.

Znormalizowana rezystancja uziemienia, którą należy kierować, wynosi nie więcej niż 30 omów dla domów prywatnych, 4 omów dla źródła prądu o napięciu 380 V, a dla podstacji 110 kV - 0,5 oma.

Do przechowywania grupowego wybiera się narożnik walcowany na gorąco z półką co najmniej 50 mm. Jako poziome zworki łączące stosuje się listwę o przekroju 40x4 mm.

Decydując się na skład gleby, jej rezystywność wybiera się z tabeli. Zgodnie z regionem wybiera się rosnący współczynnik sezonowości Km.

Dobiera się ilość i sposób rozmieszczenia elektrod pamięci. Mogą być instalowane w rzędzie lub w zamkniętej pętli.

Zamknięta pętla naziemna w prywatnym domu

W tym przypadku powstaje ich wzajemne oddziaływanie ekranujące. Im większe, tym bliżej elektrody uziemiające. Wartości współczynników wykorzystania przewodów uziemiających K isp dla obwodu lub ułożonego w rzędzie są różne.

Wartości współczynnikówKhiszpańskiw różnych pozycjach elektrod

Wpływ zworek poziomych jest nieznaczny i nie może być uwzględniony w obliczeniach szacunkowych.

Przykłady obliczania pętli uziemienia

Aby lepiej zrozumieć metody obliczania uziemienia, lepiej jest rozważyć przykład lub lepiej kilka.

Przykład 1

Elektrody uziemiające są często wykonywane ręcznie ze stalowego narożnika o wymiarach 50x50 mm o długości 2,5 m. Odległość między nimi dobierana jest na długość - h = 2,5 m. Dla gleby gliniastej ρ = 60 Ohm∙m. Wybrany z tabel współczynnik sezonowości dla pasma środkowego wynosi 1,45. Biorąc to pod uwagę, ρ = 60∙1,45 = 87 Ohm∙m.

W celu uziemienia wzdłuż konturu wykopuje się rów o głębokości 0,5 m, a w dno wbija się narożnik.

Wielkość półki narożnej zmniejsza się do nominalnej średnicy elektrody:

d = 0,95∙p = 0,995∙0,05 = 87 Ohm∙m.

Głębokość punktu środkowego narożnika będzie wynosić:

h \u003d 0,5 l + t \u003d 0,5 2,5 + 0,5 \u003d 1,75 m.

Zastępując wartości we wcześniej podanym wzorze można wyznaczyć rezystancję jednej elektrody uziemiającej: R = 27,58 Ohm.

Zgodnie z przybliżonym wzorem R = 0,3∙87 = 26,1 Ohm. Z obliczeń wynika, że ​​​​jeden pręt będzie wyraźnie niewystarczający, ponieważ zgodnie z wymaganiami PUE wartość znormalizowanej rezystancji wynosi normy R \u003d 4 Ohm (dla napięcia sieciowego 220 V).

Liczbę elektrod określa się metodą aproksymacyjną według wzoru:

n \u003d R 1 / (k normy testu R) \u003d 27,58 / (1 ∙ 4) \u003d 7 szt.

Tutaj najpierw przyjmuje się k test = 1. Zgodnie z tabelami znajdujemy dla 7 przewodów uziemiających k test = 0,59. Jeśli podstawimy tę wartość do poprzedniego wzoru i przeliczymy ponownie, otrzymamy liczbę elektrod n = 12 szt. Następnie dokonuje się nowego przeliczenia dla 12 elektrod, gdzie znowu zgodnie z tabelą jest k test = 0,54. Podstawiając tę ​​wartość do tego samego wzoru, otrzymujemy n = 13.

Tak więc dla 13 rogów R n \u003d R c / (n * η) \u003d 27,58 / (13 ∙ 0,53) \u003d 4 Ohm.

Przykład 2

Konieczne jest wykonanie sztucznego uziemienia o rezystancji norm R = 4 omy, jeśli ρ = ​​110 ohm∙m.

Uziom wykonany jest z prętów o średnicy 12 mm i długości 5 m. Współczynnik sezonowości wg tabeli wynosi 1,35. Można również wziąć pod uwagę stan gruntu k g. Pomiary jego rezystancji zostały wykonane w okresie suchym. Zatem współczynnik wyniósł k g = 0,95.

Na podstawie uzyskanych danych za obliczoną wartość rezystywności ziemi przyjmuje się następującą wartość:

ρ = 1,35∙0,95∙110 = 141 Ohm∙m.

Dla pojedynczego pręta R = ρ/l = 141/5 = 28,2 Ohm.

Elektrody są ułożone w rzędzie. Odległość między nimi nie powinna być mniejsza niż długość. Wtedy wskaźnik wykorzystania będzie zgodny z tabelami: test k = 0,56.

Znalezienie liczby wędek do zdobyciarnormy= 4 omy:

n \u003d R 1 / (k normy testu R) \u003d 28,2 / (0,56 ∙ 4) \u003d 12 szt.

Po zainstalowaniu uziemienia parametry elektryczne są mierzone na miejscu. Jeśli rzeczywista wartość R jest wyższa, dodaje się więcej elektrod.

Jeśli w pobliżu znajdują się naturalne elektrody uziemiające, można ich użyć.

Jest to szczególnie często wykonywane w podstacji, w której wymagana jest najniższa wartość R. Sprzęt tutaj jest maksymalnie wykorzystany: rurociągi podziemne, podpory linii energetycznych itp. Jeśli to nie wystarczy, dodaje się sztuczne uziemienie.

Szacowane są niezależne obliczenia uziemienia. Po jego zamontowaniu należy wykonać dodatkowe pomiary elektryczne, na które zapraszani są specjaliści. Jeśli gleba jest sucha, należy użyć długich elektrod ze względu na słabą przewodność. W wilgotnej glebie przekrój elektrod powinien być jak największy ze względu na zwiększoną korozję.

) dla pojedynczego uziomu głębokiego opartego na uziemienie modułowe jest wykonany jako obliczenie konwencjonalnej pionowej elektrody uziemiającej wykonanej z metalowego pręta o średnicy 14,2 mm.

Wzór na obliczenie rezystancji uziemienia pojedynczej pionowej elektrody uziemiającej:

gdzie:
ρ - rezystywność gruntu (Ohm*m)
L - długość uziomu (m)
d - średnica uziomu (m)
T - penetracja elektrody uziemiającej (odległość od powierzchni uziemienia do środka elektrody uziemiającej)(m)
π - stała matematyczna Pi (3.141592)
ln - logarytm naturalny

Dla uziemienia elektrolitycznego ZANDZ wzór na obliczenie rezystancji uziemienia jest uproszczony do postaci:

- dla zestawu ZZ-100-102

Nie uwzględnia się tutaj wkładu łączącego przewodu uziemiającego.

Odległość między elektrodami uziemiającymi

Przy konfiguracji wieloelektrodowej elektrody uziemiającej na ostateczną rezystancję uziemienia zaczyna wpływać inny czynnik - odległość między elektrodami uziemiającymi. We wzorach do obliczania uziemienia współczynnik ten jest opisany wartością „współczynnik wykorzystania”.

W przypadku uziemienia modułowego i elektrolitycznego współczynnik ten można pominąć (tzn. jego wartość wynosi 1) przy zachowaniu pewnej odległości między elektrodami uziemiającymi:

• nie mniej niż głębokość zanurzenia elektrody - dla modułowych
• nie mniej niż 7 metrów - dla elektrolitu

Podłączanie elektrod do elektrody uziemiającej

Aby połączyć elektrody uziemiające ze sobą i z obiektem, jako przewód uziemiający stosuje się pręt miedziany lub taśmę stalową.

Często wybierany jest przekrój przewodu - 50 mm² dla miedzi i 150 mm² dla stali. Powszechnie stosuje się konwencjonalną taśmę stalową 5 * 30 mm.

W przypadku prywatnego domu bez piorunochronów wystarczy drut miedziany o przekroju 16-25 mm².

Więcej informacji na temat układania przewodu uziemiającego znajduje się na osobnej stronie „Montaż uziemienia”.

Usługa obliczania prawdopodobieństwa uderzenia pioruna w obiekt

Jeśli oprócz urządzenia uziemiającego musisz zainstalować zewnętrzny system ochrony odgromowej, możesz skorzystać z unikalnej usługi obliczania prawdopodobieństwa uderzenia pioruna w obiekt chroniony przez piorunochrony. Serwis został opracowany przez zespół ZANDZ wraz z Instytutem Energetycznym im. G.M. Krzhizhanovsky (JSC ENIN)

To narzędzie pozwala nie tylko sprawdzić niezawodność systemu odgromowego, ale także przeprowadzić najbardziej racjonalną i poprawną konstrukcję ochrony odgromowej, zapewniając:

• niższy koszt prac budowlano-montażowych, zmniejszenie zbędnych zapasów oraz zastosowanie mniej wysokich, tańszych w montażu piorunochronów;
• mniej uderzeń piorunów w system, redukując wtórne negatywne konsekwencje, co jest szczególnie ważne w obiektach z wieloma urządzeniami elektronicznymi (liczba uderzeń piorunów maleje wraz ze spadkiem wysokości piorunochronów).

• prawdopodobieństwo przebicia pioruna do obiektów systemu (niezawodność systemu ochrony określa się jako 1 minus wartość prawdopodobieństwa);
• liczba uderzeń pioruna w system rocznie;
• liczba przebić piorunów z pominięciem ochrony rocznie.

Posiadając takie informacje, projektant może porównać wymagania klienta i dokumentację regulacyjną z uzyskaną niezawodnością oraz podjąć działania w celu zmiany projektu ochrony odgromowej.