Определение расчетного тока замыкания на землю

Током замыкания на землю называется ток, проходящий через место замыкания на землю, то есть место случайного электрического соединения токоведущей части непосредственно с землей или нетоковедущими проводящими конструкциями или предметами, не изолированными от земли.

В электросетях напряжением выше 1000 В с изолированной нейтралью обмоток источника тока, то есть с малым током замыкания на землю (сети до 35 кВ включительно) расчетный ток зависит от наличия в нейтрали аппаратов, компенсирующих емкостный ток сети.

Для сети с изолированной нейтралью без компенсирующих устройств это будет емкостный ток однофазного замыкания на землю, приближенно он может быть определен по формуле

(1)

 

где U – линейное напряжение сети, кВ;

l кл и l вл – длины электрически связанных кабельных и воздушных линий, км.

В установках с компенсацией емкостных токов в качестве расчетного тока принимают:

1) для заземляющих устройств, к которым присоединены компенсирующие аппараты, ток, равный 1,25 номинального тока этих аппаратов I _ном;

2) для установок с малыми токами замыкания на землю, то есть с изолированной нейтралью, допускается принимать ток срабатывания релейной защиты от однофазных замыканий на землю. В этом случае ток замыкания на землю должен быть не менее 1,5 кратного тока срабатывания релейной защиты или трехкратного номинального тока предохранителя.

Определение требуемого правилами сопротивления

Заземляющего устройства

 

Наибольшие допустимые значения R з. у., установленные ПУЭ, составляют:

а) для установок до 1000 В:

- 10 Ом при суммарной мощности генераторов или трансформаторов, питающих данную сеть, не более 100 кВА;

- 4 Ом - во всех остальных случаях;

б) для установок выше 1000 В:

- 0,5 Ом при эффективно заземленной нейтрали (т.е. при больших токах замыкания на землю);

- 250/ I _з 10 Ом при изолированной нейтрали (т.е. при малых токах замыкания на землю) и условии, что заземлитель используется только для установок напряжением выше 1000 В;

- 125/ I _з 10 Ом при изолированной нейтрали и условии, этот заземлитель используется одновременно для установок напряжением до 1000 В.

В этих выражениях I _з – расчетный ток замыкания на землю, А.

При расчете заземлителя в однородной земле способом коэффициентов использования, имея данные наибольших допустимых их значений, находят допустимое сопротивление заземлителя из выражения

(2)

 

а также из выражения ,

где φ₃ – потенциал заземлителя, В;

α₁ – коэффициент напряжения прикосновения;

α₂ – коэффициент напряжения прикосновения, учитывающий падение напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек.

Заменив в первых двух уравнениях φ₃ его значением, получаем искомое сопротивление заземлителя, Ом:

 

По напряжению прикосновения по напряжению шага

 

Меньшее значение R₃ и будет расчетным сопротивлением заземлителя.

Коэффициент напряжения прикосновения α₁ находится по таблице приложения или расчетным путем, например, для одиночного стержневого вертикального заземлителя:

, (3)

где l - длина заземлителя, м;

d – диаметр стержневого электрода, м.

Коэффициент напряжения прикосновения выбирается с учетом падения напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек,

(4)

 

где R _осн – сопротивление растеканию ног человека, его можно определить следующим образом: если площадь подошвы одной ноги принять равной 0,0225 м², то диаметр эквивалентного ей диска будет 0,17 м, а сопротивление растеканию тока составит:

 

.

 

Полагая, что ступни ног отстоят одна от другой на расстоянии шага, получим искомое сопротивление растеканию основания:

 

. (5)

по напряжению шага

(6)

 

где β ₁ - коэффициент шага.

Для одиночного стержневого вертикального заземлителя

 

, (7)

 

где а – шаг человека, м;

r – радиус стержневого электрода, м;

l - длина электрода, м;

β₂ - коэффициент напряжения шага, учитывающий падение напряжения в сопротивлении растеканию основания, на котором стоит человек:

 

;

 

. (8)

 

При выборе коэффициентов α₂ и β₂ определяют, считая, что ρ – расчетное удельное сопротивление основания, на котором стоит человек (пола, гравийной засыпки или грунта), Ом^.м; R_h - сопротивление тела человека, принимаемое равным 1000 Ом.

При расчетах сложного заземлителя в двухслойной земле (способ наведенных потенциалов) коэффициент α₁ находят из выражения

 

, (9)

 

или по упрощенной формуле:

 

, (10)

 

где М – параметр, зависящий от отношения удельных сопротивлений верхнего (ρ₁) и нижнего (ρ₂) слоев земли;

Таблица 1.1

	0,5	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0	10,0
М	0,36	0,5	0,62	0,69	0,72	0,75	0,77	0,79	0,8	0,82

L_В – длина вертикального электрода;

L_Г – суммарная длина горизонтальных электродов, м;

S – площадь, занимаемая заземлителем, м².

Коэффициент α₂ вычисляют по формуле

 

, (11)

 

где ρ₁ – расчетное удельное сопротивление внешнего слоя земли Ом^.м.