Расчет сопротивления заземляющего устройства: Секретная страница

Содержание

Расчет элементов заземления для БИМ



1. Протяженный контур заземления, состоящий только из горизонтального электрода


Заполните все поля!

2. Протяженный контур заземления, состоящий из горизонтального и вертикальных электродов

Введите требуемое (заданное) нормированное значение сопротивления заземляющего устройства «R»

[Ом]


Замерьте и введите значение сопротивления существующего заземляющего устройства «Rс» . Если существующее заземляющее устройство отсутствует, нажмите на окошко.

[Ом]


Существующее заземляющее устройство отсутствует

Введите значение удельного сопротивления верхнего слоя грунта «ρ1»

на глубине 0,5-1,0 м, расположения горизонтального электрода заземления.


Введите значение эквивалентного удельного сопротивления грунта «ρ2»

измеренное (или определенное по таблицам) на глубине заложения вертикальных электродов «H»
Примечание. С увеличением глубины удельное сопротивление грунта уменьшается. Значение «H» принимается от 1,5 до 30 м, кратное 1,5 м (длина стержня заземления «ИГУР»). Чем больше глубина заложения, тем эффективнее глубинный электрод заземления. Оптимальной глубиной принимается глубина заложения 20 м.


Введите значение глубины заложения вертикальных электродов «H»

[м], на которой измерено значение эквивалентного удельного сопротивления грунта.


Введите предполагаемое расстояние между вертикальными электродами заземления «L1»

[м]


Примечание. При глубине заложения вертикальных электродов заземления «H» оптимальное расстояние между ними составляет L1≥5H. При этом коэффициент «К», корректирующий дальнейшие расчеты, связанные с негативным влиянием взаимного сближения отдельных вертикальных электродов, в этом случае принимается за «1». При сближении вертикальных электродов на расстояние 1Н≤L
1
≤5H, К=1,2. В случае сближения вертикальных электродов на расстояние, меньшее глубины их заложения (0,5Н<L1<H), К=1,4

Выбрать соответствующий коэффициент влияния «К»:
L1≥5H, К=1,01Н≤L1≤5H, К=1,20,5Н<L1<H, К=1,4

Рассчитать необходимое количество вертикальных электродов заземления и общую длину (L

0), м контура заземления.


Заполните все поля!

3. Протяженный контур заземления, состоящий из горизонтального и вертикальных глубинных электродов. Определение электрических характеристик глубинных слоев грунта посредством погружения пробного вертикального электрода заземления (прямое электродное зондирование).

Введите требуемое (заданное) нормированное значение сопротивления заземляющего устройства «R»

[Ом]


Введите измеренное сопротивление существующего заземляющего устройства «Rс», включая все существующие естественные и искусственные заземлители, связанные между собой. Если существующее заземляющее устройство отсутствует, нажмите на окошко.

Существующее заземляющее устройство отсутствует

Введите предполагаемое значение глубины погружения пробного вертикального глубинного электрода «Н»

[м]
Примечание. С увеличением глубины удельное сопротивление грунта уменьшается. Значение «H» принимается от 1,5 до 30 м, кратное 1,5 м (длина стержня заземления «ИГУР»). Чем больше глубина заложения, тем эффективнее глубинный электрод заземления. Оптимальной глубиной принимается глубина заложения порядка 20 м.


Введите предполагаемое расстояние между вертикальными электродами заземления «L1»

[м]
Примечание. При глубине заложения вертикальных электродов заземления «H» оптимальное расстояние между ними составляет L1≥5H. При этом коэффициент «К», корректирующий дальнейшие расчеты, связанные с негативным влиянием взаимного сближения отдельных вертикальных электродов, в этом случае принимается за «1».

При сближении вертикальных электродов на расстояние 1Н≤L1≤5H, К=1,2. В случае сближения вертикальных электродов на расстояние, меньшее глубины их заложения (0,5Н<L1<H), К=1,4


Введите значение измеренного сопротивления пробного вертикального электрода заземления «R1»

[Ом] , на глубине погружения первого 1,5-метрового стержня.


Введите значение измеренного сопротивления пробного вертикального электрода заземления «R
п
»

[Ом] , глубиной «H»


Выбрать соответствующий коэффициент влияния «К»:
L1≥5H, К=1,01Н≤L1≤5H, К=1,20,5Н<L1<H, К=1,4


Заполните все поля!

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.

Пример расчета сопротивления заземления по методу Ю.Г. Барыбина | PoweredHouse

Исходные данные:

Заземляющее устройство расположено во второй климатической зоне России и состоит из горизонтальной сетки (размер каждой ячейки 5х5 м), и вертикальных электродов (заземлителей), забитых в грунт в местах расположения узлов сетки.

Сетка и вертикальные электроды выполнены из круглой стали диаметром 25 мм. Все соединения выполнены с помощью сварки.

Конфигурация заземляющего устройства:

Пример расчета сопротивления заземления по методу Ю.Г. БарыбинаПример расчета сопротивления заземления по методу Ю.Г. БарыбинаПример расчета сопротивления заземления по методу Ю.Г. Барыбина

Обозначения и исходные данные:

  • Lг = 5 м – размер ячейки горизонтальной сетки (расстояние между вертикальными электродами);
  • Lсум.г = 110 м – общая длина горизонтальных заземлителей;
  • Lв = 5 м – высота вертикального электрода;
  • L1в – часть высоты вертикального электрода, находящаяся в верхнем слое (слой 1) грунта;
  • L2в – часть высоты вертикального электрода, находящаяся в нижнем слое (слой 2) грунта;
  • n=15 шт. – количество вертикальных заземлителей;
  • T=0,7 м – глубина расположения горизонтальной сетки;
  • h2=2 м – толщина верхнего слоя грунта;
  • h3=∞ — толщина нижнего слоя грунта.
  • d=0,025 м – диаметр круглой стали, из которой изготовлены сетка и вертикальные заземлители;
  • ρ=ρ1=150 Ом*м – удельное сопротивление грунта (для двухслойного грунта – удельное сопротивление верхнего слоя);
  • ρ2=100 Ом*м – удельное сопротивление нижнего слоя грунта (для двухслойного грунта);
  • A=20 м – габарит «длины» заземляющего устройства (см. рис.1);
  • B=10 м – габарит «ширины» заземляющего устройства (см. рис.1);
  • S=200 кв.м. (AxB) – площадь, занимаемая заземляющим устройством.

Расчет заземляющего устройства в однослойном грунте

Сопротивление заземляющего устройства Rз складывается из сопротивлений растеканию отдельных электродов заземлителя (труб, уголков, полос) и сопротивлений заземляющих проводников. В данной статье при сравнении различных методик сопротивление заземляющих проводников не учитывается. Собственно, это сопротивление не учитывается и в расчетах, приведенных в справочнике.

Пример расчета сопротивления заземления по методу Ю.Г. Барыбина

Сопротивление растеканию каждого электрода (вертикального или горизонтального) зависит от удельного сопротивления грунта с учетом его сезонных изменений; формы, размеров и материала электрода; расположения электрода и глубины погружения его в землю, а также наличия вблизи него других электродов, электрически соединенных с ним.

Удельное сопротивление грунта в справочнике рекомендуется принимать по данным замеров, а при отсутствии таких данных – воспользоваться табличными значениями. Чтобы сравнение методик было более корректным и не зависело от различий табличных данных, примем удельное сопротивления грунта ρ=150 Ом*м (см. постановку задачи). Удельное сопротивление промерзшего грунта получается умножением удельного сопротивления, измеренного в нормальных условиях (15 град.С и 10­20% влажности), на поправочные коэффициенты (табличные данные).

Таким образом, в справочнике предлагается рассчитать сопротивление растекания отдельно для горизонтальных электродов (сетки) и вертикальных электродов, применив соответствующие коэффициенты. Результирующее сопротивление заземляющего устройства рассчитывается из предпосылки, что данную конфигурацию системы электродов можно рассматривать, как параллельное соединение проводников.

Сопротивление одного вертикального электрода Rв определяется по формуле:

Пример расчета сопротивления заземления по методу Ю.Г. Барыбина

Где

  • ρ — удельное сопротивление почвы;
  • L — длина электрода;
  • d — диаметр (или эквивалентный диаметр) электрода;
  • t — расстояние от поверхности земли до середины электрода.
В формуле (1) не хватает поправочного коэффициента, учитывающего изменение удельного сопротивления грунта в зависимости от климатического района. При расчете суммарных сопротивлений этот поправочный коэффициент будет учтен.

Суммарное сопротивление части заземлителя, состоящей из вертикальных электродов, электрически связанных между собой, без учета сопротивления соединяющей их полосы:

Пример расчета сопротивления заземления по методу Ю.Г. Барыбина

Где:

  • Кв=1,45 – поправочный коэффициент (для вертикальных заземлителей), учитывающий изменение удельного сопротивления грунта в зависимости от климатического района;
  • ηв=0,51 – коэффициент использования вертикальных электродов (без учета влияния полосы связи);

Сопротивление растеканию горизонтальной сетки:

Пример расчета сопротивления заземления по методу Ю.Г. Барыбина

Сопротивление растеканию горизонтальной сетки с учетом экранирования и климатического района:

Пример расчета сопротивления заземления по методу Ю. Г. Барыбина

Где

  • Кг=3,5 – поправочный коэффициент (для горизонтальных заземлителей), учитывающий изменение удельного сопротивления грунта в зависимости от климатического района;
  • ηг=0,31 – коэффициент использования сетки;

Полное сопротивление растеканию заземляющего устройства:

Пример расчета сопротивления заземления по методу Ю.Г. Барыбина

Расчет заземляющего устройства в двухслойном грунте

В справочнике под ред. Ю. Г. Барыбина нет методики для расчета сопротивления заземляющего устройства, находящегося в двухслойном грунте. Тем не менее, при определенном подходе, эту методику можно использовать и для двухслойного грунта. При этом принимаются следующие допущения:

  • земля, в которой расположен заземлитель, является идеальным бесконечным полупространством, состоящим из двух слоев; толщина верхнего слоя h2 конечна, нижний слой имеет неограниченную мощность (h3=∞); в пределах каждого слоя удельное сопротивление земли постоянно и равно ρ1 и ρ2, соответственно; поверхность земли и граница раздела между слоями горизонтальны;
  • продольное сопротивление сетки и вертикальных электродов переменному току частотой 50 Гц пренебрежимо мало.

Также допускается, что сопротивление растеканию верхней и нижней части ЗУ (см. рис.3), расположенных в соответствующем слое грунта, можно считать «соединенными» параллельно. Соответственно, эквивалентное сопротивление растеканию Rэкв будет:

Пример расчета сопротивления заземления по методу Ю.Г. Барыбина

Где R1 и R2 – сопротивление растеканию верхней и нижней части заземлителя соответственно. Проблема в том, что R1 и R2 – неизвестные величины. Эту проблему можно обойти следующим образом. Общеизвестно, что сопротивление прямо пропорционально удельному сопротивлению материала и его длине, и обратно пропорционально площади его сечения. Ток со стержня заземлителя стекает в направлении, перпендикулярном оси этого стержня, равномерно во все стороны. Следовательно, применительно к нашему случаю, сопротивление прямо пропорционально удельному сопротивлению грунта и расстоянию до стержня, и обратно пропорционально площади боковой стенки охватываемого цилиндра, которая в свою очередь является функцией расстояния от стенки цилиндра до стержня (радиуса цилиндра) и высоты этого цилиндра. Так как радиус цилиндра – общая величина для обеих частей уравнения, ее можно сократить, и останутся только удельное сопротивление грунта и высота вертикального электрода в каждом слое.

С учетом вышесказанного, выражение (7) принимает вид:

Пример расчета сопротивления заземления по методу Ю.Г. Барыбина

Где ρэкв – эквивалентное удельное электрическое сопротивление двухслойного грунта.

В уравнении (8) неизвестным является только одна величина – ρэкв:

Пример расчета сопротивления заземления по методу Ю.Г. Барыбина

Теперь, задача нахождения сопротивления заземляющего устройства в двухслойном грунте c двумя разными удельными сопротивлениями сводится к задаче расчета ЗУ в однослойном грунте с эквивалентным удельным сопротивлением. Подставляя значение ρэкв в формулы (1) и (4), определяем Rв и Rг, а затем по остальным формулам вычисляем Rз.

Пример расчета сопротивления заземления по методу Ю. Г. Барыбина

Полное сопротивление растеканию заземляющего устройства в двухслойном грунте равно 3,6 Ом.

Читайте также:

Программа для расчета сопротивления заземления

Норма сопротивления контура заземления

Заземление в квартире

Расчет сопротивления заземляющего устройства: часть 3

Содержание

Часть 1

Часть 2

Часть 3


Расчет заземляющего устройства по справочнику Р.Н.Карякина, 2006 г.


Заземляющее устройство в однослойном грунте.


В справочнике Р. Н. Карякина [3]  отдельный акцент ставится на определении сопротивления грунта:

«Электропроводность породы, если она не содержит высоких концентраций проводящих минералов, при обычных температурах определяется количеством присутствующей в ней воды, минерализацией воды и характером распределения воды в породе… Удельное электрическое сопротивление породы зависит также от температуры. Для водосодержащих пород влияние температуры на сопротивление породы такое же, как и влияние температуры на электросопротивление находящейся в породе воды в интервале температур между точками ее замерзания и кипения».

Согласно формуле (3.2) справочника, изменения сопротивления, вызванные температурными изменениями в растворе электролита, приближенно выражаются формулой

где ρT, ρ20 – сопротивления при T° и 20° С, соответственно.

Согласно справочнику под ред. Барыбина [1], для второго климатического района характерна средняя многолетняя температура (январь) в диапазоне -14…-10 °С. Для расчетов используем значение T=-12 °С.

Удельное сопротивление грунта увеличилось в 2,02 раза. Это несколько больше поправочного коэффициента для стержневых вертикальных электродов Кв=1,45 из табл.7.7 [1], но и меньше поправочного коэффициента для горизонтальных заземлителей Кг=3,5 этой же таблицы. По справочнику под общ.

ред. Федорова и Сербиновского, табл.8-2, эти коэффициенты равны Кв=1,5…1,8; Кг=3,5…4,5.

Следует заметить, что с увеличением глубины грунта его температура повышается, соответственно, используя формулу (33) можно посчитать удельное сопротивления грунта на разной глубине в зависимости от температуры грунта. Проблема заключается в том, что в формуле расчета сопротивления заземляющего устройства в однослойном грунте никак нельзя учесть это различие удельных сопротивлений. Получается, что проблема решается только переходом к методике расчета двухслойного грунта, в которой можно будет учесть различие удельного сопротивления слоев однородного грунта при разных температурах. В то же время, при расчете сопротивления ЗУ по методике однослойного грунта, в результате получим значения, несколько превышающие значения, полученные при расчете по методике двухслойного грунта, а значит, это создает некоторый запас прочности разрабатываемых проектных решений.

В общем случае, сопротивление сложного заземлителя, состоящего из горизонтальной сетки и вертикальных электродов, определяются выражением

где

а С11, С22 и С12 – коэффициенты для расчета сложных заземлителей, определяемых по формулам табл. 3.9 справочника [3].

Примечание.

В формуле расчета Rз (3.5) справочника Карякина Р. Н. содержится ошибка. В знаменателе вместо общей длины горизонтального заземлителя Lг указана длина одиночного вертикального электрода Lв. Эта ошибка повторяется также в справочнике по молниезащите, выпущенном в 2005 году. Правильная формула указана в справочнике Р. Н. Карякина «Заземляющие устройства электроустановок», Москва-2002 г., формула (3.5). В несколько другой, но также правильной, форме эта формула отображена в книге Р. Н. Карякина «Нормы устройства сетей заземления», Москва-2002 г., см. главу 8.18. В формуле (35) данной статьи ошибка исправлена.

Формулы для расчета коэффициентов сложных заземлителей выглядят следующим образом:

  • коэффициент для расчета сопротивления горизонтальной сетки

  •  коэффициент для расчета сопротивления вертикальных электродов

  •  коэффициент для расчета взаимного сопротивления между горизонтальной сеткой и вертикальными электродами

 где k1=1,22 и k2=5,3 – находятся по зависимостям k1(ε) и k2(ε), см. рис.3.1 и рис.3.2 справочника; ε=A/B=20/10=2 (A и B – размеры горизонтальной сетки, см. постановку задачи).

Воспользовавшись формулой (35), рассчитаем сопротивление Rз

Итак, сопротивление растекания заземляющего устройства в однослойном грунте равно 8,7 Ом.

Это значение намного превышает результаты расчетов, выполненных по методикам, описанных в справочниках [1] и [2] – 4,93 Ом и 5,6 Ом соответственно. Проанализировать причину такого несоответствия значения по приведенным формулам довольно затруднительно. Для разбора ситуации лучше воспользоваться книгой Р. Н. Карякина «Нормы устройства сетей заземления», Москва-2002 г. [4], которая уже упоминалась выше.

Согласно главе 8.18 [4], сопротивление растеканию заземляющего устройства, выполненного в виде контурного заземлителя, состоящего из горизонтальной сетки и вертикальных электродов, рассчитывается по формуле

где R11 – сопротивление растеканию горизонтальной сетки, Ом;

R22 – сопротивление растеканию вертикальных электродов, Ом;

R12 – взаимное сопротивление между горизонтальной сеткой и вертикальными электродами, Ом.

Формулы расчета R11, R22 и R12 (см. [4], гл.8.18) в точности повторяют суть коэффициентов C11, C22 и C12. Единственная разница заключается в замене коэффициентов k1 и k2 их приближенными значениями 1,37 и 5,6, соответственно. Если формулы расчета R11, R22 и R12 подставить в выражение (41), то получим выражение (35).

Сравнивая выражение (41) с выражением (6), увидим, что эти выражения очень похожи. Различия методик расчета, описанных в [1] и [2] отличается от методики расчета [3] следующим:

  • при расчете сопротивления отдельных видов заземлителей – горизонтального и вертикальных – в [1] и [2] применяются коэффициенты использования; эти коэффициенты учитывают влияние заземлителей друг на друга;
  • в [3] для учета взаимного влияния отдельных видов заземлителей применяется понятие взаимного сопротивления этих заземлителей, а коэффициенты использования не применяются.

Произведем расчет сопротивлений R11, R22 и R12, используя ранее рассчитанные коэффициенты C11, C22 и C12.

Примечание.

В формуле расчета R22 (гл.8.18) справочника [4] содержится ошибка. В знаменателе вместо длины одиночного вертикального заземлителя Lв указана суммарная длина электродов горизонтальной сетки Lг.

Также, наблюдается несовпадение в формулах расчета С11, С12 по [3] и соответствующих этим коэффициентам частей формул расчета R11 и R12 в гл.8.18 [4]. Сравните (обратите внимание на числитель дроби под логарифмом):

и

а также,

и

Какие формулы являются правильными определить затруднительно, т.к. автор не приводит вывод этих формул. Будем опираться на справочники более позднего издания этого автора, т.е на [3], см. формулы (41)-(43) этой статьи.

Произведем расчет Rз, согласно формуле (41)

Расчеты Rз по формулам (40) и (49) совпадают, что подтверждает их тождественность.

Из любопытства, сравним сопротивления группы вертикальных и горизонтального заземлителей, рассчитанных по разным методикам. Чтобы поставить методики в равные условия, примем удельное сопротивление земли равным ρT=303 Ом*м.

Сопротивление группы вертикальных заземлителей по справочнику [1] без учета коэффициента использования и поправочного коэффициента на климатический район выглядит следующим образом, см. формулы (1) и (3) этой статьи

Сопротивление горизонтальной сетки по справочнику [1] без учета коэффициента использования и поправочного коэффициента на климатический район выглядит следующим образом, см. формулу (4) этой статьи

Если сравнить результаты (51) и (43), то видно, что, по сути, одни и те же величины R22=8,7 Ом и Rз.в.=4,1 Ом отличаются значительно. Аналогично с результатами расчетов по формулам (42) и (52) —  R11=10,8 Ом и Rг=5,9 Ом. На основании этого можно сделать вывод, что методика Р. Н. Карякина отличается от методик, приведенных в справочниках под ред. Барыбина [1] и под общ. ред. Федорова и Сербиновского [2], уже на стадии расчета сопротивления отдельных заземлителей; при этом не учитывались отличия в рекомендациях к поправочному коэффициенту для расчета удельного сопротивления грунта, а также, коэффициентов использования каждого вида заземлителей.

Заземляющее устройство в двухслойном грунте.


В справочнике Р. Н. Карякина [3] есть методика расчета в двухслойном грунте. К сожалению, одно из принятых допущений гласит:

«контурный заземлитель, образованный из горизонтальных полос и вертикальных электродов, целиком расположен в верхнем слое земли».

Согласно этому допущению, расчет сопротивления заземляющего устройства по справочнику [3] нельзя проводить для нашей задачи, т.к. ЗУ расположено частично в верхнем и частично в нижнем слое. Тем не менее, попробуем пренебречь этим допущением, и выполним расчет сопротивления ЗУ в двухслойном грунте.

Для верхнего слоя удельное сопротивление грунта с учетом промерзания до -12 град.С уже посчитано и равно ρ1Т=303 Ом*м, см. (34). Будем считать, что температура нижнего слоя грунта будет равна 0 град.С.

Тогда

При расчете сопротивления растекания ЗУ также, как и в предыдущих расчетах для двухслойного грунта, используется понятие эквивалентного электрического сопротивления двухслойного грунта.

Для нашего случая (ρ1Т > ρ2Т) выражение расчета ρэкв примет вид (см. [3], формула 3.51):

где

Подставляя результаты вычислений (55) и (56) в (54), получим

Согласно [3], формуле (3.49), сопротивление растеканию контурного заземлителя равно

В справочнике заявляется, что ошибка расчета сопротивления растеканию по этой методике не превышает 30% при доверительной вероятности, равной 0,999.

Следует заметить, что при расчете Rз по формуле (58) не учитывалась конфигурация ЗУ – длина горизонтальных и вертикальных заземлителей, глубина их нахождения в грунте и т.д. С другой стороны, все эти параметры учитывались при расчете Rз однослойного грунта. Попробуем воспользоваться отработанной методикой для расчета ЗУ однослойного грунта, и применить ее для расчета Rз двуслойного грунта. Тогда, согласно формуле (40), величина Rз будет рассчитываться следующим образом

Полученный результат Rз=6,2 Ом по формуле (59) на 22% меньше, чем результат Rз=7,9 Ом, полученный по формуле (58). Чем вызваны такие различия в результатах, я объяснить затрудняюсь. Собственно, если принять к сведению предупреждение автора о том, что ошибка расчета по формуле (58) не превышает 30%, тогда это укладывается в общую теорию. Хотя, я думаю, говоря об ошибке, автор подразумевал расхождение расчетов с натурными измерениями, а не различие в расчетах по разным формулам. И все-таки, наблюдается слишком большой разброс результатов расчетов, учитывая, что расчеты проводятся по одному и тому же справочнику.

Выводы


1.  Результаты расчета сопротивления растеканию заземляющего устройства по методикам справочника под ред. Ю. Г. Барыбина [1] и справочника под общ. ред. Федорова и Сербиновского [2] практически совпадают. Отличия наблюдаются в следующем:

  • в [1] алгоритм расчета предназначен для нахождения сопротивления по известной конфигурации заземляющего устройства, а в [2]  — для определения конфигурации ЗУ по заданному значению сопротивления растеканию; между тем, формулы используются одни и те же в обеих методиках;
  • отличаются табличные данные поправочных коэффициентов для расчета удельного сопротивления грунта в зависимости от климатического района;
  • отличается написание формул расчета одиночных заземлителей, хотя с математической точки зрения эти формулы тождественны.

С учетом приведенных в справочниках рекомендаций, величина результата расчета по [1] получается несколько меньше, чем по [2]. В обоих справочниках отсутствует методика расчета сопротивления заземляющего устройства для двухслойного грунта.

2.  Методика расчета по справочнику Р. Н. Карякина [3] несколько отличается от методик, приведенных в [1] и [2]. Из-за этого методики можно сравнить только по результатам полученного расчета, и нет возможности сравнить промежуточные величины. Сопротивление ЗУ, полученное по методике [3] значительно превышает значения, полученные по методикам [1] и [2]. В справочнике Р. Н. Карякина есть методика для расчета заземляющего устройства, находящегося в двухслойном грунте, но, к сожалению, одно из допущений требует, чтобы ЗУ целиком располагалось в верхнем слое грунта. В данной статье выполнены расчеты с нарушением этого допущения.

3.  В таблице сведены результаты расчета сопротивления заземляющего устройства по всем методикам.

* — альтернативное значение сопротивления, рассчитанное по формуле из справочника, но не рекомендуемое автором справочника.

4.  Для выполнения расчетов комбинированного заземляющего устройства автор этой статьи рекомендует воспользоваться методикой из справочников [1] или [2]. К сожалению, по справочнику Р. Н. Карякина значение сопротивления ЗУ получается слишком завышенным.


Предыдущая часть (часть 2)


Эту статью можно обсудить ниже в комментариях или на форуме.

4. РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЕНИЯ. Электроснабжение и электрооборудование насосной станции

Похожие главы из других работ:

Значение Зуевской гидроэлектростанции

2.17 Расчет заземления

Все металлические части электроустановок, нормально не находящиеся под напряжением, но могущие оказаться под напряжение из-за повреждения изоляции, должны надежно соединятся с землей…

Оборудование теплопункта

4.2 Расчет защитного заземления

1. Определим удельное сопротивление грунта с учетом коэффициента сезонности по таблице, для вертикальных заземлителей Rрасч.в=RсRтабл.==1,45х40 ==58 Омхм, для горизонтального заземлителя Rрасч.г = R табл 3.5х40 =140 Омхм. 2…

Проектирование трансформаторной подстанции аэропорта

12. Расчет заземления

Заземлением называют преднамеренное электрическое соединение какой-либо части электроустановки или другой установки с заземляющим устройством. Заземляющее устройство — это совокупность заземлителя и заземляющих проводников…

Проектирование электроснабжения прессово-штамповочного цеха

3. Расчет заземления

Современные электроустановки

Расчет заземления

Прикосновение человека к частям электроустановки находящимся под напряжением вызываем электрический удар, нарушение сердечной деятельности, приводящее к смертельному исходу, ожоги наружных и внутренних органов…

Электрооборудование и электроснабжение механической мастерской котельной № 2

2.9 Расчет заземления

Ток однофазного замыкания на землю в сети 10кВ определяю по формуле: Iз = U · (35 · Iкаб + Iв) / 350 (3.32) где U — напряжение сети Iкаб — общая протяжённость кабельных линий 10 кВ, км; Iв — общая протяжённость воздушных линий 10 кВ…

Электрооборудование пассажирских лифтов

10. Расчет заземления электрооборудования

Для непосредственного соединения с землёй зануляемых и заземляемых частей электроустановок служат заземлители, которые могут быть естественными и искусственными…

Электроснабжение Аулиекольского района

1.9 Расчет заземления

Все металлические части электроустановки, нормально не находящиеся под напряжением, но которые могут оказаться под напряжением вследствие пробоя изоляции, должны быть надежно заземлены…

Электроснабжение и электрооборудование инструментального цеха

2.3.2 Расчет наружного заземления

Для обеспечения работы схемы уравнивания потенциалов выполняется контур наружного заземления. Расчёт контура сводится к определению сопротивления и растеканию тока заземлителя, которое зависит от проводимости грунта…

Электроснабжение и электрооборудование насосной станции

4. РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЕНИЯ

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

Электроснабжение промышленных предприятий

9. Расчет заземления ГПП

9.1 Значение полного тока замыкания на землю на стороне высокого напряжения Iз , А, определяется из выражения (9.1) Для шин 35кА значение емкостного тока равно . Сопротивление заземляющего устройства для сети высокого напряжения Rз, Ом, равно…

Электроснабжение ремонтно-механического цеха

2.7 Расчёт заземления

Защитное заземление-это преднамеренное электрическое соединение с землёй или её эквивалентом, металлических не токопроводящих частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением…

Электроснабжение ремонтно-механического цеха

2.8 Расчёт заземления

Заземлением называется соединение с землёй металлических не токоведущих частей электроустановок. 1) Сопротивление заземляющих устройств до 1000 В должно быть не более 4 Ом. (ПУЭ) Rз=4 Ом. Выбираем материал — угловая сталь50 Ч50 Ч5 мм. Длина 2,5 м…

Электроснабжение токарного цеха предприятия

14. Расчёт заземления

Электроустановки напряжением до 1кВ в жилых, общественных и промышленных зданий и наружних установках должны, как правило получать питание от источника с глухозаземлённой нейтралью с применением системы TN…

ЭСН и ЭО механического цеха тяжелого машиностроения

Расчет заземления

В сетях напряжением до 1000 В, работающих с изолированной нейтралью, а также в сетях выше 1 кВ, обязательной защитной мерой является заземление металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением при пробое изоляции…

Математический метод определения оптимального количества материалов для засыпки, используемых для снижения 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.Предлагаемый 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 зон насыщения, чтобы максимально повысить эффективность использования материала обратной 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 можно значительно снизить, используя материал 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 рассчитываются 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 материала для засыпки, 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.Их нельзя применять 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 геометрий 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 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 3D-моделирования методом конечных элементов в [28, 29], что огромная разница между измеренным и рассчитанным 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, карстовый рельеф) 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 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» Curve Concept

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 равен 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 засыпного материала для его различных удельных сопротивлений представлено на рисунке 3. Объем засыпного материала рассчитывается как (- периметр заземляющего контура, в рассматриваемом случае 20 м ).


Из кривых 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 использованием 3D-моделирования методом конечных элементов, представлены на диаграмме, показанной на рисунке 4, в виде точек, отмеченных разными элементами для каждого значения. Как и ожидалось, при более низких значениях удельного сопротивления 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, было сделано предположение, что степень уменьшения сопротивления заземления в зависимости от используемого объема ( 3 м3) 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.


(Ом · м) 3 ) (%)

0 5.48 109,43 3,87 33,17
2,5 5,39 109,43 3,80 32,51
10 5,11 109,69 3,61 30,58
4,41 110,96 3,11 25,77
50 3,74 112,39 2,63 21,28
100 2.14 115,67 1,51 11,06
150 0,60 118,42 0,42 2,37

Радиус кривизны в произвольной точке кривой может быть определено путем применения (2) к (6), что дает, а затем включает (7) в (8), которое после перестановки становится первой и второй производной функции, соответственно, Точка «изгиба» функции может быть определена с помощью уравнение и удовлетворяет условию Реалистичное решение уравнения (11), которое удовлетворяет условию, выраженному формулой (12), имеет вид Это решение представляет собой координату точки «изгиба» 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 быть в состоянии 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 с обратной засыпкой = 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 бентонитовой суспензии на 1 м заземляющей полосы, используемой в экспериментальной установке [11], было достаточно для устранения всей составляющей контактного сопротивления, но если бы это была единственная цель, она могла бы достигается за счет использования в 3 раза меньшего объема (0.02 м 3 за 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 (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), потому что увеличение объема сверх этого значения не может дать значительного положительного эффекта, а только приведет к ненужному увеличению затрат на установку.Учитывая все обстоятельства, в конце концов, проектировщик снова должен оценить оптимальный объем засыпного материала 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 = 15 Ом было приемлемым (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; увеличенный, 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 снижения сопротивления заземления, который может применяться к любому типу системы заземления с различными размерами, размещаемой 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 на основе дифференциального исчисления и математического определения 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 сложно или даже невозможно построить в реальных условиях грунта ямы с размерами, определенными с помощью предлагаемого метода, для идеальной утилизации оптимизированного объема засыпного материала.

Настоящие попытки автора направлены на упрощение представленного метода. Пространство для возможного упрощения может заключаться в том, 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 должно быть рассчитано с использованием предложенного метода, чтобы провести прямую линию между точками и на диаграмме с осью и и считать 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 обратной 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 FEM-моделировании, 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 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 способ подходит только для случаев, когда использование засыпных материалов 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).

Какое минимальное и максимальное значение сопротивления заземления? — Mvorganizing.org

Какое минимальное и максимальное значение сопротивления заземления?

Для чистой земли мин., Как и прежде, и максимум 1 Ом.

Каким должно быть значение заземления?

NFPA и IEEE рекомендуют значение сопротивления заземления 5 Ом или меньше, в то время как NEC заявляет: «Убедитесь, что полное сопротивление системы относительно земли меньше 5 Ом, указанного в NEC 50.56. В помещениях с чувствительным оборудованием оно должно быть не более 5 Ом ».

Что считается приемлемым показанием сопротивления заземления?

Что считается приемлемым показанием сопротивления заземления? Целью тестирования сопротивления заземления является достижение минимально возможного значения сопротивления заземления. NFPA и IEEE рекомендуют значение сопротивления заземления не более 5 Ом.

Для каких предельно допустимых значений сопротивления системы заземления?

Допустимые значения сопротивления заземления Электростанции — 0.5 Ом.

Сколько Ом в хорошем заземлении?

5,0 Ом

Как рассчитать сопротивление заземления?

Сопротивление заземления рассчитывается просто по закону Ома: Rg = V / I…. Метод падения потенциала.

Максимальный размер по системе заземления Расстояние от «электрического центра» системы заземления до испытательного стенда Минимальное расстояние от «электрического центра» системы заземления до испытательного стержня
1 15 30
2 20 40
5 30 60
10 43 85

Какие факторы влияют на сопротивление заземления?

Факторы, влияющие на удельное сопротивление земли

  • Удельное сопротивление почвы.Это сопротивление почвы прохождению электрического тока.
  • Состояние почвы.
  • Влажность.
  • Растворенные соли.
  • Климатические условия.
  • Физический состав.
  • Местоположение Земляной Ямы.
  • Влияние размера зерна и его распределения.

Какой прибор используется для определения сопротивления заземления?

Тестер сопротивления заземления, также называемый тестером заземления, представляет собой прибор для измерения сопротивления почвы.Применяется для расчета размеров и проектирования заземляющих сетей.

В чем ценность сопротивления человеческого тела?

Сопротивление человека составляет около 10 000 Ом на высокой стороне и всего 1000 Ом, если человек мокрый. Помните, что омы — это единица измерения сопротивления материала или сопротивления протеканию тока. Ток, очевидно, выше, когда сопротивление падает.

Есть ли у человеческого тела сопротивление?

Корпус имеет сопротивление току. Более 99% сопротивления тела прохождению электрического тока приходится на кожу.Сопротивление измеряется в Ом. Внутреннее сопротивление тела составляет около 300 Ом по отношению к влажным, относительно соленым тканям под кожей.

Может ли 24V DC убить вас?

Возможно, стоит отметить, что 12/24 В постоянного тока столь же смертоносны, как и 120/240 В переменного тока. Нет ничего смертельного в напряжении, это сила, которая убивает вас электрическим током. Насколько я помню, статический разряд составляет 6 кВ, но сила тока достаточно мала, чтобы не повредить вообще.

Какой ток у молнии?

30 000 ампер

Электрическое испытательное оборудование | Электростанция с розеткой

Мы вернулись.Если вы пропустили блог на прошлой неделе или вам нужно что-то напомнить, вы можете найти его здесь. На этой неделе мы рассмотрим большие электродные системы — гиганты наземных испытаний. Для больших парней мы можем либо использовать действительно очень длинные лиды, либо найти новый подход к ситуации. Que, наклон, пересекающиеся кривые и четырехпотенциальные методы наземных испытаний.

Давайте начнем с метода наклона.

Метод уклона

Если вы работаете с большой системой заземления, речь идет о тысячах футов, использование метода падения потенциала часто невозможно или почти невозможно.При использовании метода наклона вам не нужно находить «плоскую» часть кривой, что является синонимом метода падения потенциала, показанного ниже.

Рисунок 1. График падения потенциала Метод наземных испытаний.

Для реализации метода наклона показания измеряются на 20%, 40% и 60% текущего расстояния между датчиком. Даже если вы работаете на неоднородной почве, метод уклона дает точные и удовлетворительные результаты с относительно простой техникой.

Давайте пройдемся по шагам. Во-первых, вам, очевидно, необходимо подключить тестер заземления, который вы используете, к проверяемому стержню заземляющего электрода (E). В большой системе заземляющих электродов может быть много параллельных стержней, образующих комплекс, поэтому выберите наиболее удобный — возможно, на краю или в углу системы заземления. Затем датчик тока следует вставить на расстоянии D c от E. Посмотрите на изображение ниже (Рисунок 2). Обычно это расстояние примерно в 2–3 раза превышает максимальный размер системы заземления.

Рис. 2. Схема метода уклона.

После того, как это будет установлено, потенциальные щупы вставляются в землю на расстоянии 20%, 40% и 60% от D c . Затем вы просто измеряете сопротивление заземления на каждом из этих датчиков потенциала (шаг 1 ниже) и записываете сопротивление (R 1 , R 2 и R 3 ). После того, как вы сделаете эти измерения, вы готовы заняться математикой. На шаге 2 вы увидите формулу для вычисления µ.Это значение представляет собой изменение наклона кривой сопротивления / расстояния.

Когда у вас есть это значение, перейдите к Таблице 1, показанной ниже. Эту таблицу (и полный набор инструкций) также можно найти в нашем удобном Руководстве по тестированию Земли (Спуск на Землю). Найдите значение D P / D C , которое соответствует µ, которое вы рассчитали на шаге 2. Между прочим, D P обозначает расстояние до потенциального зонда . Поскольку мы уже знаем D C (расстояние до токового датчика), мы можем легко вычислить новый D P (расстояние до потенциального зонда), используя соотношение, которое мы нашли из таблицы на шаге 2.См. Шаг 3 для этой формулы.

Таблица 1. Значения D P / D C для различных значений µ.

Теперь снова измерьте сопротивление земли на этом новом расстоянии от потенциального щупа. Это измерение будет называться «истинным» сопротивлением. Все еще следуете? Мы почти закончили. На этом этапе вы должны сделать все сначала, извините. Но это просто, просто отодвиньте токовый щуп подальше, чтобы значение D C было больше.После записи сопротивления заземления пора провести некоторые сравнения.

Если «истинное» сопротивление заметно уменьшается при увеличении D C , расстояние датчика тока необходимо увеличить еще на , далее . Если вы продолжите повторять этот процесс и строите график «истинного» сопротивления для каждого теста, ваша кривая начнет уменьшаться меньше, что указывает на более стабильные показания. Как только кривая станет стабильной, вы определите сопротивление вашей системы заземления.

Есть также некоторые заявления об отказе от ответственности, которые прилагаются к этому методу. Во-первых, и это скорее общее примечание, если расчет µ больше значений, перечисленных в таблице, вам нужно переместить текущий датчик подальше. Затем рекомендуется повторить этот тест в нескольких направлениях с различным расположением интервалов. В идеале результаты должны совпадать с разумной степенью согласия, чтобы вы могли быть уверены в их точности. Наконец, шум может быстро стать проблемой в больших системах тестирования.Вы должны использовать инструмент с расширенными техническими возможностями, который может легко преодолеть эффекты значительного шума.

Пересекающиеся кривые

Когда вы работаете с системой заземляющих электродов, которая состоит из множества стержней, соединенных в параллельную сеть, расположенных на большой площади, вы начнете сталкиваться с проблемами, когда дело доходит до испытания заземления. Некоторые методы могут потребовать от вас подвести провод на расстояние до 3000 футов от проверяемого электрода. Насколько это удобно? На помощь приходит метод пересекающихся кривых!

Чтобы помочь вам в этом путешествии, пожалуйста, обратитесь к рисунку ниже (Рисунок 3).Сейчас все станет немного сложнее. Во-первых, давайте познакомимся с игроками. У вас есть произвольная начальная точка (O), из которой производятся все измерения. Расстояние от O до потенциального электрода или токового электрода будет обозначаться как P и C соответственно. Затем можно построить кривую (например, abc ниже) сопротивления по отношению к потенциалу. Тогда, просто для удовольствия, предположим, что истинный электрический центр системы заземляющих электродов на самом деле находится в точке D, которая находится на расстоянии X от O.Вы еще не потерялись?

Теперь, когда у нас есть все переменные, мы знаем, что расстояние от истинного центра до текущего датчика равно C + X, верно? Верный. Истинное сопротивление возникает, когда потенциальный зонд находится на расстоянии 0,618 (C + X) от D. Таким образом, значение P должно быть равно 0,618 (C + X) — X. Если вы знаете значения X, вы можете рассчитать значения P, а затем определить сопротивление прямо на кривой.

Почти готово. Пора построить новую кривую.На этот раз эти сопротивления (сверху) можно сопоставить со значениями X. Когда у вас есть новая кривая, пора повторить все заново с новым значением C. Ой.

На этом этапе у вас будут две кривые сопротивления относительно X. Когда вы накладываете эти кривые, точка пересечения — это сопротивление вашей системы заземляющих электродов. Если вы не уверены в достоверности своих результатов, вы можете повторить процесс в третий раз. Проще простого!

Рисунок 3.Схема метода пересекающихся кривых

Четырехпотенциальный метод

Если вы все еще с нами, пора поговорить о нашем последнем методе — четырехпотенциальном методе. Он основан на методе падения потенциала, поэтому, если вы читали наш последний блог, то у вас должно быть преимущество.

Для начала вам необходимо настроить тестовые датчики, как показано на рисунке ниже (Рисунок 4). Вы будете проводить измерения от края электрической системы и устанавливать токовый пробник на подходящем расстоянии от системы заземления.Это расстояние может составлять до 2000 футов для больших систем заземления или областей с очень низким сопротивлением, что является серьезным недостатком этого метода. Но если вы сможете обойти эту маленькую деталь, вы будете золотыми!

Затем потенциальный зонд помещают на расстоянии, равном 20% от C (токовый зонд), и измеряют сопротивление. Этот тест повторяется для расстояний, равных 40%, 50%, 60%, 70% и 80% расстояния до датчика тока. Не нужно идти сегодня вечером в спортзал, вы получите много упражнений, перемещая потенциальный зонд вперед и назад! Полученные значения сопротивления затем подставляются в следующие четыре формулы… (Примечание: R 1 = 20%, R 2 = 40%, R 3 = 50%, R 4 = 60%, R 5 = 70%, R 6 = 80%).

После завершения математических расчетов каждое из значений R должно практически совпадать, и можно будет вычислить среднее значение для четырех результатов. Из-за допущений, сделанных для этой теории, возможно, что результаты уравнения (1) не будут такими точными, как другие. Если это так и (1) сравнительно выглядит как выброс, его можно проигнорировать и рассчитать среднее значение по другим 3 результатам.

Рисунок 4.Схема четырехпотенциального метода

Вы сделали это. Мы рассмотрели основы, но выбор остается за вами. Когда вы работаете с большой системой заземляющих электродов, вы всегда можете положиться на четыре потенциальных метода, метод пересечения кривых или метод наклона при наземных испытаниях. Для этого может потребоваться калькулятор или, возможно, энергетический напиток, но вы справитесь.

В следующий раз мы рассмотрим последние три метода наземных испытаний: «Мертвая земля» (две точки), «звезда-треугольник» и «Зажим».

Определение импеданса заземления — в журнале Compliance Magazine

Вы когда-нибудь задумывались, почему мы используем 0,1 Ом (а иногда и 0,5 Ом) для значения импеданса заземления для оборудования, подключенного к вилке и розетке? В течение многих лет я задавался вопросом, откуда взялось это число. Я спросил у всех знакомых мне экспертов. Кое-где меня направляли, но я так и не нашел ответа.

Итак, приступил к изучению цепи заземления. Как и в случае с любой подобной проблемой, мне нужно было наложить некоторые ограничения на проблему, указать некоторые рабочие параметры и сделать некоторые предположения.Для целей этого анализа я предположил, что цепь заземления оборудования действительно подключена к системе заземления строительной установки. (Это обсуждение не рассматривает ситуацию открытого грунта.)

Цепь заземления для анализа имеет три режима работы. Первый режим — нормальная работа. В этом режиме ток через тело предотвращается цепью заземления, возвращающей ток утечки непосредственно к его источнику, тем самым делая ток утечки «недоступным».”

Второй режим — это первое состояние неисправности. В этом режиме предполагается прямое короткое замыкание с нулевым сопротивлением от «токоведущего» проводника к заземленным частям оборудования. Цепь заземления возвращает ток короткого замыкания к своему источнику, тем самым вызывая срабатывание устройства максимального тока, такого как предохранитель или автоматический выключатель. Обратите внимание, что во время повреждения напряжение на заземленных частях относительно местного заземления составляет половину напряжения сети. Это значение напряжения опасно: 60 вольт для 120-вольтных систем или 115 вольт для 230-вольтных систем.В этом режиме поражение электрическим током предотвращается так же, как и в случае GFCI, а именно за счет очень быстрого срабатывания предохранителя или автоматического выключателя для отключения напряжения.

Третий режим — это второе состояние неисправности. В этом режиме предполагается короткое замыкание «живого» проводника с заземленными частями оборудования с конечным сопротивлением. Полное сопротивление короткого замыкания лишь немного меньше максимального времени срабатывания предохранителя или автоматического выключателя. Напомним, что при двойном номинальном токе срабатывание предохранителей может занять до одной минуты, а при четырехкратном номинальном токе срабатывание автоматических выключателей может занять до двух минут.В этом режиме поражение электрическим током предотвращается за счет ограничения напряжения на заземленных частях до менее 30 вольт относительно местного заземления.

Итак, я указывал этот режим как правило:

ИМПЕДАНС

цепи защитного заземления

должен иметь такую ​​стоимость, что

в случае неисправности,

НАПРЯЖЕНИЕ

в любой доступной части

относительно точки заземления цепи питания

НЕ ДОЛЖЕН ПРЕВЫШАТЬ

ПРЕДЕЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ (30 В)

на срок более

максимальная длительность тока отключения устройства максимального тока.

Ключом к решению уравнений схемы является знание максимально допустимого падения напряжения в системе.

Обсуждая это с инженером-электриком, я узнал, что электрические распределительные системы рассчитаны на максимальное 6-процентное падение напряжения на оборудовании (то есть в розетке) при максимальной нагрузке. Далее он сказал, что типичное падение напряжения составляет примерно 2 или 3 процента.

Итак, теперь мы знаем все параметры, необходимые для решения проблемы.Зная допустимое падение напряжения в системе, мы можем рассчитать сопротивление распределительной системы. Для системы на 120 вольт и 15 ампер с максимальным падением напряжения 6 процентов (т.е. 7,2 вольт) сопротивление системы равно напряжению (7,2 вольт), деленному на ток (15 ампер). Это 0,48 Ом.

Далее мы предполагаем, что половина сопротивления находится в «линейном» проводе, а половина сопротивления — в нейтральном проводе. Итак, каждый провод имеет сопротивление 0,24 Ом.

Кроме того, поскольку система заземления здания подключается точно так же, как линейный и нейтральный проводники, мы можем предположить, что заземляющий провод имеет длину
0.24 Ом.

Теперь мы можем рассчитать полное сопротивление заземления оборудования. Мы знаем, что максимальное напряжение при неисправности, при которой предохранитель не срабатывает сразу, составляет 30 вольт. Предположим, что максимальный ток отключения для 15-амперной ответвленной цепи составляет 30 ампер. Сопротивление заземленной части оборудования к «реальной» земле должно составлять 30 вольт, разделенных на 30 ампер, или 1 Ом. Так как провод заземления составляет 0,24 Ом, полное сопротивление заземления оборудования должно составлять 0,76 Ом.

Если мы повторим те же вычисления для 15-амперной ответвленной цепи, но с максимальным током отключения 60 ампер, то полное сопротивление заземления оборудования должно быть равно 0.26 Ом.

Я предоставляю вам рассчитать полное сопротивление заземления оборудования для других токов отключения, других падений напряжения системы (например, 3%, 2%) и других напряжений (например, 230 вольт).

Если вы произведете расчеты, то обнаружите, что:

  1. По мере увеличения тока отключения по максимальному току полное сопротивление заземления оборудования должно уменьшаться, чтобы удовлетворять критерию 30 вольт.
  2. По мере уменьшения падения напряжения в системе полное сопротивление заземления оборудования может увеличиваться и по-прежнему удовлетворять критерию 30 вольт.
  3. По мере увеличения номинального напряжения системы полное сопротивление заземления оборудования должно уменьшаться, чтобы удовлетворять критерию 30 вольт.

Теперь, удовлетворит ли полное сопротивление заземления этого оборудования короткое замыкание на землю? То есть достаточно ли низкое полное сопротивление для быстрого срабатывания устройства защиты от сверхтока, чтобы ограничить продолжительность напряжения на земле оборудования?

Рассмотрим случай наибольшего сопротивления заземления 0,76 Ом. В этом случае максимальный ток цепи равен напряжению системы 120, деленному на полное сопротивление цепи 1.24 (сумма 0,24 + 0,76 + 0,24). Максимальный ток 96,8 ампер.

По мере уменьшения импеданса распределения ток короткого замыкания увеличивается. В 120-вольтовых, 20-амперных системах с падением напряжения в системе 3% ток короткого замыкания будет около 250 ампер.

Я подготовил таблицу со всеми переменными и искал наихудший случай (наименьшее значение импеданса заземления оборудования). Значение импеданса заземления оборудования является наиболее важным, когда падение напряжения системы в процентах велико.Например, для системы на 120 вольт, 20 ампер, с падением напряжения 6% и током отключения 80 ампер импеданс заземления оборудования должен быть не более 0,2 Ом, чтобы удерживать напряжение на уровне 30 вольт.

Для системы на 230 В, 16 А, с падением напряжения 6% и током отключения 64 А полное сопротивление заземления оборудования должно быть не более 0,04 Ом, чтобы удерживать напряжение на уровне 30 В.

Итак, значение 0,1 Ом приемлемо практически для всех 120-вольтовых систем и для всех 230-вольтных систем, где процентное падение напряжения системы при максимальной нагрузке не превышает 5 процентов.

Однако обратите внимание, что при более высоких токах повреждения напряжение на доступных частях всегда превышает 30 вольт, а при коротком замыкании всегда превышает половину напряжения сети.

Итак, импеданс заземления оборудования важен, и его значение 0,1 Ом является разумным. Но в случае неисправности и до тех пор, пока не сработает устройство максимального тока, заземленные части могут поразить электрическим током.

Ричард Нут — консультант по безопасности продукции, занимающийся безопасным проектированием, безопасным производством, сертификацией безопасности, стандартами безопасности и судебно-медицинскими исследованиями.

Справочник по детектору движения

: третье издание — том II

Номер публикации: FHWA-HRT-06-139
Дата: октябрь 2006 г.

ПРИЛОЖЕНИЕ N.ЗАЗЕМЛЕНИЕ (РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ)

РАЗДЕЛ I — ПРИЧИНЫ ЗАЗЕМЛЕНИЯ
1. БЕЗОПАСНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ
(1) В целях безопасности необходимо заземление всех металлических электрических шкафов. Если токоведущий провод касается металла, на землю протекает большой «ток короткого замыкания», отключая автоматический выключатель. Если бы металл не был заземлен, он принял бы такое же напряжение, что и контактный провод, и оставался бы таковым до тех пор, пока не разрядился на землю.При прикосновении разряд может происходить через тело человека на землю в зависимости от прочности перчаток, обуви и материала, на котором стоит человек.
2. ЗАЗЕМЛЕНИЕ СИСТЕМЫ
(1) Низковольтная система заземлена повсюду, чтобы гарантировать устранение любых замыканий на землю с помощью автоматических выключателей до того, как произойдет какое-либо необратимое повреждение энергосистемы, например, оплавление кабелей и т. Д. Системное заземление обычно связано с защитным заземлением.Если два заземления разделены, возникают следующие недостатки:
(a) «Сопротивление заземления» как системного, так и защитного заземления больше, чем было бы в случае их соединения. вместе.
(b) В случае нарушения изоляции кабеля в корпусе через защитное заземление все еще могут протекать высокие токи.
(c) Трудно избежать высокой степени сцепления через землю, если заземляющие стержни находятся в одном месте.
(d) Там, где возможна развязка, между ближайшими «точками заземления» могут возникать напряжения (часто опасные).
3. МОЛНИЯ РАЗРЯДА
(1) Наведенные токами молнии в кабелях должны быть быстро и легко заземлены через защитные устройства, такие как молниеотводы, варисторы и газоразрядные разрядники. Если путь к земле не проложен должным образом, скачки напряжения и результирующие ток и энергия повредят компоненты.Электронные компоненты особенно подвержены повреждениям, поскольку они работают при очень низких напряжениях и высоких скоростях и не предназначены для физического поглощения значительной энергии.

РАЗДЕЛ II — РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ НА ЗЕМЛЮ
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
(1) Желательно минимальное сопротивление заземления. Более старые версии Кодекса требовали максимального сопротивления заземления 10 Ом (Ом). Теперь это требование заменено описанием материалов физического заземления или, в случае подстанции, ограничением повышения напряжения из-за неисправности до 5000 В.Требование 10 Ом было сложно спроектировать и, возможно, еще труднее было добиться во время установки.
(2) Сопротивление заземления зависит от нескольких неисключительных факторов:
(a) Количество и длина заземляющих стержней
(b) Количество и длина соединительных проводов заземления в сети заземления
(c) Качество проводных соединений
(d) Удельное сопротивление земли
(e) Температура земли
(f) Содержание воды в земле
(3) Последние три фактора в некоторой степени зависят от погодных условий и поэтому не могут быть точно рассчитаны.
2. УСТОЙЧИВОСТЬ ПОЧВЫ
(1) Удельное сопротивление почвы на рассматриваемом участке является мерой сопротивления проводящему электрическому току и измеряется в Ом-метрах (Ом · м). Репрезентативные значения приведены в Таблице N-1.
Таблица N-1. Репрезентативные значения удельного сопротивления грунта.
Тип грунта Удельное сопротивление ρ (Ом · м)

Глина, насыщенный ил

100

Песчаная или илистая глина

250

Глинистый песок или насыщенный песок

500

Песок

1500

Гравий

5000

Сухой песок, порода

> 5000
(2) Классификация почвы и значения ρ в таблице N-1 намеренно оставлены неопределенными, поскольку воздействие окружающей среды может резко изменить удельное сопротивление почвы.Таблица N-2 показывает типичное изменение номинального удельного сопротивления в зависимости от температуры почвы.
Таблица N-2. Изменение удельного сопротивления в зависимости от температуры грунта.
Температура грунта (° C) Удельное сопротивление ρ (% от номинала)
20 73
10 100
0+ 139
0– (заморозить) 303
— 5 798
–10 3333
(3) Удельное сопротивление широко варьируется в зависимости от содержания влаги, а также температуры, при этом значения на 350% выше для почвы в «сухом» состоянии, чем в «влажном». штат.
(4) Чтобы разработать систему заземления по индивидуальному заказу, проектировщику необходимо знать не только тип грунта и его удельное сопротивление, но и условия будущих измерений. По этой причине удельное сопротивление ρ = 100 Ом · м выбрано в качестве основы для проектирования систем заземления. (Система измеряется в полевых условиях при установке, и любые недостатки могут быть устранены путем установки дополнительных устройств.) Также следует отметить, что в Онтарио мало или совсем отсутствует грозовая активность в течение месяцев, когда температура грунта ниже точки замерзания.
СОПРОТИВЛЕНИЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДА ОТНОСИТЕЛЬНО ЗАЗЕМЛЕНИЯ
3.1 Стержни заземления

(1) Сопротивление заземления для одиночного заземляющего стержня можно рассчитать из

.

где

R G = Сопротивление относительно земли в Ом (Ом)
ρ = Удельное сопротивление почвы в Ом-метрах (Ом · м)
L R = Длина стержня в метрах ( м)
a R = Радиус стержня в метрах (м)
R R = Сопротивление заземления одного стержня в Ом (Ом).

Пример 1: для диаметра 20 мм. штанга 3 м

При ρ = 100 Ом · м, L R = 3 м, αR = 0,01 м

Если почва влажная и ρ уменьшается до ρ = 50 Ом · м

Если почва сухая и ρ увеличивается до ρ = 300 Ом · м

Можно видеть, что номинальное сопротивление относительно земли в 50 Ом, обычно указываемое для одиночного заземления, может существенно различаться в зависимости от типа почвы или условий.

Пример 2: для Ø 20 мм.штанга 6 м

При ρ = 100 Ом · м, L R = 6 м, αR = 0,01 м

или для увеличения глубины стержня на 100% (по сравнению с примером 1) сопротивление заземлению уменьшается на 44%.

Пример 3: для диаметра 25 мм. штанга 3 м

При ρ = 100 Ом · м, L R = 3 м, αR = 0,0125 м

или при увеличении диаметра стержня на 25% (по сравнению с примером 1) сопротивление заземлению уменьшается на 3%.

3.2 Пьедесталы

(1) Используя ту же формулу, что и для одиночного заземляющего стержня,

у нас есть следующие примеры.

Пример 4: для стальной опоры (диаметр 220 мм x 2300 мм)

При ρ = 100 Ом · м, L R = 2,30 м, αR = 0,110 м

или на 26% «лучше» одинарного стержня.

Пример 5: для стальной опоры (диаметр 85 мм x 1830 мм)

При ρ = 100 Ом · м L R = 1.830 м, αR = 0,043 м

или на 12% «хуже» одиночного заземляющего стержня.

3.3 Пластинчатые электроды

Общие

(1) Для одинарной пластины

где

R P = Сопротивление пластины относительно земли в Ом
L P = Длина в метрах
W P = Ширина в метрах
T P = Толщина в метрах.

Пример 6: для пластины 610 x 610 x 6 мм

При ρ = 100 Ом, L P = 0,61 м, W P = O,61 м, T P = O.OO6 м

3.4 Проволочные сетки

Общие

(1) В случае системы заземления, состоящей только из проволочной сетки, форма провода образует заземляющий слой (аналогично конструкции антенны), который при достаточно глубоком заглублении может быть наиболее эффективным. часть системы заземления.(Стержни заземления обычно приводятся в движение, в любом случае, чтобы проникнуть ниже линии замерзания.)

Сопротивление заземления для системы электросети приблизительно равно

R W = Сопротивление проволочной сетки в Ом
L W = Общая длина проволочной сетки в метрах
d W = Диаметр проволоки в метров
Z W = Глубина залегания сетки в метрах
A W = Площадь плана, покрытая сеткой в ​​квадратных метрах.

Пример 7: Использование сетки 3 x 3 м с поперечиной

При ρ = 100 Ом · м, L W = 5 x 3 = 15 м, Z W = 0,3 м
A W = 3 x 3 = 9 кв.м, d W = 0,0105 м (# 2/0)

Пример 8: Использование треугольной сетки 3 x 3 м

Для ρ = 100 Ом · м, L W = 3 + 3 + 3 = 9 м, Z W = 0.3 м
AW = 0,5 x 3 x 3 sin (60o) = 3,90 кв.м, dW = 0,0105 м (# 2/0)
3,5 Несколько стержней

Общие

(1) Комбинированный эффект нескольких стержней аналогичен сопротивлению стержней, действующих параллельно, и определяется выражением

.

где

R MR = Суммарное сопротивление нескольких стержней относительно земли в Ом
L R = Длина стержня в метрах
n = Количество стержней
A R = Площадь, покрываемая стержнями n в квадратных метрах.

Для стержней 20 мм x 3 м,

Пример 9: Использование четырех стержней на квадрате 3 м

При ρ = 100 Ом · м, αR = 0,01 м, L R = 3 м, n = 4, A R = 3 x 3 = 9 кв. М

(Примечание: стержни не соединены проводом)

3.6 Комбинированные стержневые и проволочные сетки

Общие

(1) Может потребоваться включение стержневых и проволочных сеток для площадок обслуживания, подстанций и т. Д.

Сопротивление заземления комбинированной системы равно

.
R G = Общее сопротивление системы относительно земли в Ом
R W = Сопротивление сетки проводов в Ом (подраздел 3.4)
R MR = Сопротивление нескольких стержней в Ом (подраздел 3.5)
R WR = коэффициент взаимного сопротивления проводов к стержням

Для стержней 20 мм x 3 м,

Пример 10: Использование сетки 3 x 3 м с поперечиной и стержнями

Для ρ = 100 Ом · м, L R = 3 м, αR = 0.01 м,
A W = A R = 3 x 3 = 9 кв.м, n = 4, Z W = 0,3 м, d W = 0,0105 м ( # 2/0), Д Ш = 5 x 3 = 15 м,

Подставляя приведенные данные в формулу, получаем


(из Примера 9).

(из Примера 7).

Подставляя приведенные выше результаты в формулу для R G , получаем

Если бы почва на площадке представляла собой глинистый песок вместо глины, ρ было бы 500 Ом · м вместо 100 Ом · м (Таблица 1), а сопротивление заземлению было бы
3.7 однопроводных

Общие

(1) Одиночный провод или противовес, непосредственно закопанный в землю, имеет сопротивление относительно земли

.

, где R C = сопротивление заземления скрытого проводника в Ом.

Пример 11: Использование провода №6 AWG

При ρ = 100 Ом · м, Z W = 0,6 м, L W = 50 м, αW = 0,00252 м,

3.8 Сводка расчетов

Общие формулы

Только одностержневой:
Только одинарная пластина:
Только сетка:

Только несколько стержней:

Несколько стержней и проволочная сетка:

где

Только однопроводной:

Символы, встречающиеся в приведенных выше формулах, определяются как:

9008 3
R G = Полное сопротивление заземления системы в Ом
R R = Сопротивление заземления одиночного заземляющего стержня в Ом
R P = Сопротивление заземления одиночной пластины заземления в Ом
R Вт = Сопротивление заземления одиночного провода заземления в Ом
R MR = Сопротивление заземления нескольких заземляющих стержней в Ом
R WR = Коэффициент взаимного сопротивления проводов к стержням в Ом
R C = Сопротивление заземления одиночного подземного провода в Ом
L R = Длина заземляющего стержня в метрах
L W = Длина провода в метрах
L P = Ширина листа в метрах
T P = Толщина листа в метрах
A W = Площадь проволочной сетки в квадратных метров
A R = Площадь, покрытая несколькими стержнями заземления в квадратных метрах
a R = Радиус стержня заземления в метрах
a W = Радиус провода в метрах
d W 9 0446 = Диаметр провода в метрах
Z W = Глубина закладки провода в метрах
n = Количество заземляющих стержней
ρ = Удельное сопротивление грунта в Ом-метрах.

Полезные формулы

(1) Поскольку система заземления Министерства использует общие компоненты

  • Диаметр 20 мм. стержень заземления длиной 3,0 м
  • Провод заземления # 2/0 и # 6 AWG,

, тогда общие формулы могут быть сокращены для отражения физических параметров обычных элементов следующим образом:

  • Только одностержневой: R R = O.32ρ
  • Одинарный 220 x 2300 мм Стальная опора: R R = 0.24ρ
  • Одиночная стальная опора 85 x 1830 мм: R R = O.36ρ
  • Одиночная пластина 610 x 610 x 6 мм: R P = 0,46ρ
  • Одинарная проволока # 6, 3 м длина ( Z W = 0,30): R W = 0,40ρ
  • Одинарный провод # 2/0, длина 3 м ( Z W = 0,30): R W = 0,36ρ
  • Сетка 3 x 3 м с поперечиной (проволока # 2/0 и 4 стержня): R G = O.11ρ
  • 2 стержня на расстоянии 3 м с перемычкой # 6: R G = O.19ρ
  • 2 стержня на расстоянии 3 м с перемычкой # 2/0: R G = 0,19ρ.

Приведенные выше формулы являются приблизительными и могут использоваться при наличии особых условий.

3.9 Приложение

(1) Проекты Министерства по системам заземления основаны на следующих предпосылках:

(a) В соответствии с надлежащей практикой должно быть получено сопротивление заземления 10 Ом.
(b) В случаях, когда невозможно получить 10 Ом относительно земли с использованием практических методов, 25 Ом относительно земли является минимальным требованием при условии, что приняты соответствующие меры для обеспечения отсутствия ступенчатого напряжения и напряжения прикосновения. проблема безопасности рабочих или населения.
(c) Необходимо приложить все усилия для удовлетворения требования 10 Ом относительно земли, где это возможно, путем добавления заземляющих электродов и проводов в полевых условиях.
(d) Поскольку почвы и их удельное сопротивление сильно различаются в зависимости от местоположения и окружающей среды, соответственно, стандартным критерием для проектирования Министерства является ρ = 100 Ом · м. Сопротивление заземления спроектированной системы проверяется на месте, и в это время вносятся все необходимые изменения. Если проектировщику очевидно, что потребуются дополнительные средства заземления (песок, гравий, камень и т. Д.), Необходимые средства можно оценить по Таблице N-3 и включить в проект.
(e) Таблица N-3 получена из общих формул подраздела 3.8.
(f) Следующие примечания относятся к Таблице N-3:
(i) Конфигурация № 9 может использоваться с непрерывным проводом заземления №6, как правило используется для освещения. Заземление осуществляется через каждые 5 полюсов -го .
(ii) Конфигурации No.11 или 12 можно использовать для заземления в глине или на участках, которые остаются влажными. Конфигурацию № 13 следует использовать как «стандартную» конструкцию.
(iii) Конфигурации с 15 по 18 показывают результаты добавления проволоки и стержней в сетку. Если сухой песок, гравий или каменистые участки неизбежны, проиллюстрированные принципы могут быть расширены путем ручного расчета с использованием приведенных формул.
(iv) Значения в скобках приведены для информации, поскольку обычно требуется более простая сетка.
(v) Показанные значения являются «автономными» значениями (изолированное заземление). Приблизительное сопротивление заземления для любого количества систем, связанных вместе заземляющим проводом, может быть выполнено, если считать, что значения параллельны.
3.10 Проблемные области

Проблемные области определены как:

(1) Коренная порода или неглубокие перекрывающие породы глубиной менее 1 м над коренной породой:

(a) Необходимо будет просверлить отверстия диаметром 150 мм (мин.) В коренных породах и засыпать их цементно-железной шлаковой смесью (торговое название: «Эмбико»).Обратите внимание, что в ранее использовавшихся методах в качестве главного проводника использовалась каменная соль, и этот метод больше не рекомендуется из-за коррозии. Возникнет сложность в получении (и измерении) надлежащего сопротивления грунта, поскольку грунт в некоторой степени зависит от количества встречающихся швов между слоями горной породы. В этой ситуации первым выбором дизайна было бы размещение заземляемого объекта вдали от области скалы. Если это неизбежно, конфигурацию № 18 в Таблице N-3 следует использовать для проектирования и при необходимости добавлять во время строительства.

(2) Покрытие почвы на глубину от 1 м до 2 м над коренной породой:

(a) Пластины могут использоваться в качестве заземляющих электродов с теми же конфигурациями, показанными в Таблице N-3 для стержней (в зависимости от типа покрывающего грунта). Между камнем и плитой и проволочной сеткой №2 / 0 должно быть оставлено не менее 300 мм почвы.

(3) Каменная насыпь

(a) Можно предположить, что участки каменной наброски имеют удельное сопротивление, превышающее 10 000 Вт · м.Ранее использовавшийся метод заключался в том, чтобы проложить два параллельных участка провода №2 / 0 через пустоты в каменной насыпи до места, подходящего для использования обычных методов заземления. Этот метод вызывает появление больших напряжений в шкафу из-за высокой индуктивности выводов на землю, и его следует избегать, помещая не менее 2,0 м грунта поверх каменной наброски.
Таблица N-3. Устойчивость к заземлению для различных конфигураций системы заземления и почв.
Конфигурация системы заземления Описание Нормальное использование Сопротивление земли (Ом) в глине (ρ = 100 Ом · м) Сопротивление земли (Ом) в песчаной глине (ρ = 200 Ом · м) Сопротивление заземлению ( Ом) в глинистом песке (ρ = 500 Ом · м) Сопротивление грунту (Ом) в песке (ρ = 1500 Ом · м) Сопротивление грунту (Ом) в песке, гравии (ρ = 5000 Ом · м)
1.Одиночный стержень 20 мм x 3 м Дополнительная система 32 80 160 480 1610
2. одинарный диам. 220 мм. x 2300 мм стальная опора Опоры (требуется дополнительная система) 28 70 140 420 1400
3. одинарный диам. 85 мм. x 1830 мм стальная опора Опоры, шкафы (требуется дополнительная система) 40 100 200 600 2000
4.Плита 610 x 610 x 6 мм Покрытие породы от 0,6 до 2,0 м 46 115 230 690 2300
5.Одинарный провод # 6, без покрытия, длина 3 м Дополнение к системе 41 103 205 615 2050
6. одиночный провод # 2/0, голый, длина 3 м Дополнение к системе 38 95 190 570 1900
7.Одиночный # 6 провод, 2 стержня Сервис 19 38 95 290 950
8.Одинарный провод # 2/0, 2 пластины Обслуживание в покрывающих слоях 27 54 140 410 1400
Диаметр 9,220 мм. стальная опора x 2300 мм, проволока №6, 1 стержень Полюса 19 38 95 285 950
10.Диаметр 85 мм. Стальная опора X 1830 мм, проволока # 6, 1 стержень Полюса 16 34 80 240 800
Диаметр 11,85 мм. стальная опора x 1830 мм, проволока # 2/0, 2 стержня Шкафы 14 28 70 210 700
Диаметр 12,85 мм. x 1830 мм стальная опора, проволока # 2/0, 3 стержня Шкафы 13 26 65 195 650
13.Диаметр 85 мм. стальная опора x 1830 мм, проволока # 2/0, 4 стержня Шкафы 10 20 50 150 250
14. # 2/0 проволока, 4 стержня Service Anyfor ρ <125 Ом · м 11 22 55 165 550
15. # 2/0 проволока, 4 стержня, 2 стяжки Anyfor ρ <125 Ом · м 11 22 55 165 550
16.Проволока # 2/0, 4 стержня, 2 стяжки, 4 хвостовика Anyfor 125 <ρ <150 Ом · м (9) 18 45 135 450
17. # 2/0 проволока, 4 стержня, 2 стяжки, 8 хвостовиков Anyfor 150 <ρ <200 Ом · м (6) 12 30 90 300
18. Проволока # 2/0, 8 стержней, 6 стяжек Anyfor 200 <ρ <350 Ом · м (5) 10 25 75 250
3.11 Руководство по применению
(1) Из примеров, приведенных в предыдущих разделах, сразу очевидно, что получение сопротивления земли 10 Ом затруднено в почвах с высоким удельным сопротивлением.
(2) Влияние диаметра заземляющего стержня невелико. Сопротивление заземлению примерно на 8% меньше, чем при использовании стержня диаметром 25 мм вместо стержня 20 мм. Гораздо лучшие результаты можно получить, если сделать заземляющие стержни длиннее, чем толще.
(3) Влияние материала электрода (медь или сталь) оказывает незначительное влияние на результаты, поскольку удельное сопротивление всех металлов намного меньше, чем удельное сопротивление всех грунтов.
(4) Расстояние между стержнями заземления должно быть в пределах одного расстояния между стержнями.
(5) Влияние размера и типа провода, соединяющего заземляющие стержни, мало влияет на результаты.Обычно используемый кабель # 2/0 AWG рассчитан на то, чтобы выдерживать разряд молнии 50 000 ампер без полного плавления.
(6) Верхний 1,0 м стержня заземления не оказывает большого влияния даже на влажную почву. Минимальная глубина 2,0 м дает примерно на 25% большее сопротивление грунту, чем стандартная удочка для глубины 3,0 м.
(7) Для проектирования надлежащего заземления необходимо получить классификацию грунта в предполагаемом месте в Региональном инженерно-геологическом бюро (если он не указан в «Профиле грунта» или не указан в журналах скважин, включенных в контракт. чертежи) и следует проконсультироваться с окружным персоналом.
(8) Если заземляемое оборудование будет находиться в новом месте засыпки, засыпка не должна состоять из песка, гравия, камней и т.п. (если это возможно). При необходимости к классификационным чертежам следует добавить примечание: «Заполните область (оборудования), которая должна быть только связным материалом или подобным».
(9) В таблице N-3 указано количество грунтов. стержни (20 мм x 3,0 м) и конфигурации решетки, необходимые для различных классов грунта.Если нет очевидной проблемы на площадке, проектировщик должен использовать конструкции заземления, соответствующие ρ = 100 Ом · м. При необходимости после испытаний конструкция может быть скорректирована во время строительства. Если практически невозможно получить 10 Ом относительно земли, можно использовать абсолютный минимум 25 Ом.

РАЗДЕЛ III — ВЛИЯНИЕ МОЛНИИ
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Воздействие молнии на внешнее электрическое и электронное оборудование может быть дорогостоящим.Повреждение от молнии может возникнуть в результате:

  • Прямые удары
  • Скачки напряжения
  • Индуцированные скачки переходного напряжения
  • Емкостные напряжения.

Поскольку защищать наружное оборудование от прямых ударов непрактично, для предотвращения или устранения скачков и переходных процессов применяются защитные системы. Защитные системы состоят из применения соответствующих устройств заземления, подавления и маневрирования.

Поскольку погода в некоторой степени непредсказуема, конструкция защиты основана на следующих вероятностях:

  • Вероятность шторма
  • Вероятность удара
  • Вероятная потенциальная энергия и энергия RF
  • Вероятное время нарастания волны напряжения (разомкнутой цепи) или волны тока (короткого замыкания)
  • Вероятная продолжительность или повторение удара.
2. КРИТЕРИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Критерии проектирования, принятые для защиты электронного оборудования Министерства:

  • Пиковое напряжение = 15000 В
  • Пиковое напряжение = 5000 А
  • Максимальная длительность протекания тока = 500 мкс
  • Форма волны тока = 8 x 20 мкс
  • Форма кривой напряжения = 1,2 x 50 мкс.

На рисунке N-1 показаны формы сигналов и синхронизация устройств молниезащиты.


Рисунок N-1. Формы напряжения и тока.

Обратите внимание, что время, необходимое для защиты, слишком короткое, чтобы позволить устройствам защиты силовых цепей, таким как выключатели, предохранители, молниеотводы и т. Д., Работать эффективно. Однако такие устройства, как газовые трубки и металлооксидные варисторы (MOV), будут активировать защиту при 0,15 мкс и 0,007 мкс соответственно.

3. СИЛОВЫЕ УПРАВЛЕНИЯ

Скачки напряжения в любом оборудовании, включая кабели, столбы и т. Д., Могут быть вызваны ударами молнии на расстоянии до 6 км. Скачки на воздушных высоковольтных линиях заземляются через молниеотводы в местах расположения трансформаторов.

На рисунке N-2 показано распределение напряжения и тока через землю около нижней части опоры электросети. Для расчетного значения удельного сопротивления ρ = 100 Ом · м напряжение 15 000 вольт будет передаваться через землю на расстояние 5,3 м. Поэтому необходимо поддерживать заземление на минимальном расстоянии от заземления Hydro, как показано на Рисунке N-3. Поскольку проектировщик редко знает, где расположена линия заземления Hydro, условное обозначение расстояния 5,5 м до центра опоры используется в качестве расчетной практики.Обратите внимание, что высокое напряжение появится в сервисном «SN» из-за напряжения L di / dt на заземляющем кабеле.


Рисунок N-2. Напряжение в земле из-за разряда тока молнии на полюсе обслуживания.

Рисунок N-3. Рекомендуемое улучшение заземления системы.
4. ДРУГИЕ ИСТОЧНИКИ ВОЗМОЖНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ

Системы светофоров содержат множество других источников переходных напряжений и токов внутри шкафа контроллера.Эти источники не считаются такими серьезными, как скачок энергии через сервисную нейтраль, и все они имеют защитные устройства, установленные внутри шкафа. Некоторые источники:

(a) Детекторные петли — электронные блоки индуктивных петлевых детекторов защищены изнутри их собственным грозозащитным разрядником, а также снабжены внешними MOV во входном файле. Частота отказов из-за поражения молнией очень мала, так как напряжение, приложенное к контуру, вызвано емкостными эффектами.
(b) Кабель детектора — возможность индуцированных токов, вызванных переходными напряжениями в земле, сводится к минимуму за счет экранирования кабеля детектора и обрезания обоих концов экрана.
(c)

Сигнальный кабель — сигнальный кабель экранирован металлическими полюсами (над землей), но на него воздействуют наведенные токи, вызванные переходными напряжениями в земле. Выключатели нагрузки и клеммы переменного тока шкафа защищены MOV, и частота отказов низкая.

(d) Прямые удары по шкафу — хотя ничего нельзя сделать для полного отсутствия повреждений, шкаф контроллера можно считать защищенным зонтичным конусом 30o от воздушной линии и несколько защищен конусом 45o. Однако нежелательно устанавливать шкаф непосредственно под линиями из-за возможных электромагнитных помех. Расположение шкафа (Рисунок N-4) должно быть:
  • минимум 11 м от опоры питания
  • минимум 3 м (по горизонтали) от воздушных линий
  • В пределах конуса защиты от 30 ° до 45 ° (в пределах 15 м для линии нормальной высоты) ВЛ.
Если контроллер должен быть расположен через дорогу от гидролинией, то заземляющий провод №6 AWG (зеленый) и подводящие провода должны быть проложены в жестком стальном канале к ближайшей электрической камере. Эти проводники должны затем пройти в следующую камеру через дорогу через переход под тротуаром и из этой камеры в контроллер по любому утвержденному электрическому каналу, не обязательно из металла.
(e) Прямые попадания в столб или Оборудование — это состояние может привести к серьезным повреждениям.Метод смягчения возможных последствий повреждения заключается в установке системного заземляющего провода №6 AWG RWU 90 (зеленый), соединяющего все полюса и оборудование пересечения, и установки заземляющего стержня на каждом углу. Подключение заземления системы вокруг перекрестка должно выполняться только в одной точке (шина служебного заземления), как показано на Рисунке N-5.

Рисунок N-4. Расположение шкафа контроллера для лучшей молниезащиты.

Рисунок N-5. Система заземления сигналов (с освещением или без). В шкафу нет заземляющих электродов.

РАЗДЕЛ IV — РЕЗЮМЕ РУКОВОДСТВ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ
1. СИГНАЛИЗАЦИЯ ДВИЖЕНИЯ

(1) Разработайте стандартную систему заземления при нормальных условиях (рисунки N-3 и N-5):

  • Сервисное заземление — 4 стержня и неизолированный провод заземления №2 / 0.
  • Заземление шкафа контроллера подключено к заземлению системы на сервисной шине заземления.
  • Заземление оборудования — 1 стержень или стальная опора на угол пересечения, соединенные изолированным проводом №6.
  • Заземление системы — соедините заземление шкафа контроллера и заземление оборудования с служебным заземлением на шине служебного заземления.

(2) Используйте улучшенную конструкцию согласно Таблице N-3 для грунтов из песка, гравия или камня. Проконсультируйтесь с геотехнической информацией и районным техническим обслуживанием.

(3) Оба конца экрана кабеля извещателя должны быть отрезаны и оставлены неподключенными.

(4) Расположите контроллер на расстоянии не менее 11 м от гидростанции и не менее 3 м по горизонтали от воздушных линий. Расположите контроллер на расстоянии не менее 1,5 м от металлических предметов, таких как столбы, заборы и направляющие.

РАЗДЕЛ V — ССЫЛКИ
(1) Biddle Instruments, Getting Down to Earth: A Manual on Earth Resistance Testing for Practical Man , 4 ed., 1981.
(2) Bodle, Д., Руководство по электрической защите наземных радиотехнических средств , Joslyn Electronic Systems, 1971.
(3) Burns, GA, «Повреждение молнией измерительного оборудования в резервуарах, решенное путем модификации вместо замены», Oil and Gas Journal , pg. 93, 14 сентября 1981 г.
(4) Канадская ассоциация стандартов, Канадские электротехнические нормы и правила, часть I, раздел 10, Заземление и соединение , 1987.
(5) Карпентер, Р. Б., «Полная изоляция от воздействий молний», Транзакции IEEE в отраслевых приложениях , Vol. 1А-17, №3, стр. 334, май / июнь 1981 г.
(6) Cunagin, WD и Avoub, NA, Аппаратное обеспечение и методы молниезащиты для электронного оборудования управления дорожным движением , Федеральное управление шоссейных дорог, февраль 1986 г.
(7) Дасен, М., Тестер изоляции — Megger , Алгонкинский колледж.
(8) Дасен, М., Meg-Earth Tester , Колледж Элгонквин.
(9) Денни, Х.В. и Rohrbaugh, J.P., «Защита от переходных процессов, заземление и экранирование электронного оборудования управления движением», NCH RP Report 317 , Transportation Research Board, июнь 1988 г.
(10) Edco, Inc., Защита от молний для управления дорожным движением , Технический бюллетень Edco № 200-01, май 1978 г.
(11) Edco Inc. из Флориды, Технический бюллетень по установке № 100484 , 1984.
(12) Эпштейн. Б.М., «Для достижения наилучших результатов относитесь к требованиям к питанию и компьютеру как к единой системе», EC&M , стр. 130, август 1986.
(13) Финк Д.Дж. И Бити, H.W. ., Стандартное руководство для инженеров-электриков , 11-е издание, 1978 г.
(14) Фройнд, А., «Защита компьютеров от переходных процессов», EC&M , стр. 65, апрель 1987 г.
(15) General Electric, Подавление переходных напряжений , 3-е издание.
(16) Ганн Р., «Контроль шума на предприятии с нуля», EC&M , стр.56, апрель 1987.
(17) Хардер, Дж. Э., Хьюз, А. Э., и Восицки, Дж., «Аналитический метод координации ОПН с ограничивающими ток предохранителями», IEEE Transactions on Industry Applications , Vol. lA-17, No. 5, pg. 445, сентябрь / октябрь 1981 г.
(18) Институт инженеров по электротехнике и электронике, Inc., Руководство IEEE по радиометодам измерения электропроводности земли , стандарт IEEE 356-1974.
(19) Институт инженеров по электротехнике и электронике, Inc., Руководство IEEE по безопасности при заземлении подстанции . Стандарт IEEE 80-1976.
(20) Институт инженеров по электротехнике и электронике, Inc., Руководство IEEE по установке электрического оборудования для минимизации входных электрических шумов на контроллеры из внешних источников , Стандарт IEEE 518-1982.
(21) Институт инженеров по электротехнике и электронике, Inc., «Стандартные процедуры IEEE для измерения радиошума от воздушных линий электропередач», IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems , Vol. Pas-100, No. 8, август 1981 г.
(22) Институт инженеров по электротехнике и электронике, Inc., «Моделирование ограничивающих ток ограничителей перенапряжения», IEEE Transactions по силовым приборам и системам , Vol. Pas -100, № 8, август 1981 г.
(23) Lee, W.Р., «Опасности молнии», ETI Canada , pg. 27 ноября 1978 г.
(24) Майклс, E.C., «Принципы и методы заземления и соединения в опасных (классифицированных) местах», Plant Engineering , стр. 133, 17 сентября 1981 г.
(25) Мимс, Ф.М., «Знакомство с варистором», Computers and Electronics , pg. 88, май 1983 г.
(26) Департамент гидроинспекции Онтарио, «Электрическая инспекция, провинциальное правительство», Руководство по проверке электрооборудования 26-4 , декабрь 1975 г.
(27) Департамент гидроинспекции Онтарио, «Общественные дороги — электрические устройства», Руководство по электрическому осмотру 11-3 , август 1984 г.
(28) Гидроинспекция Онтарио Департамент, «Правило 10-208: Заземляющие соединения для двух или более зданий или сооружений», Бюллетень 10-6-0, апрель 1987 г.
(29) Сантехник, JA и Крауч, К.Е., Защита от молний для систем управления движением , Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, 1978.
(30) Шварц, SJ, «Аналитические выражения сопротивления систем заземления», представленные на Летнем и Тихоокеанском общем собрании AIEE, Лос-Анджелес, июнь 1954 г.
(31) Стифтер, Ф.Дж., «Нарушения в электросети», Компьютеры и электроника , стр. 35, октябрь 1983 г.
(32) Thomas, P., Отчет о расследовании — Проблемы с молнией в системах управления движением 170/332 , Министерство транспорта Онтарио, июнь 1985 г.
(33) Waterson, A. и Maher, P., «Computer Power — Problems and Solutions», EC&M , pg. 67, декабрь 1982 г.
(34) Westinghouse Electric Corporation, Справочник по передаче и распределению электроэнергии , 1950.
(35) «Оценка оборудования, руководств и процедур для Проектирование и обслуживание систем дорожной сигнализации », Отчет № .2, Заземление , Министерство транспорта Онтарио, май 1988 г.

Предыдущая | Содержание | Следующий

Что такое сопротивление земли? Как это измерить? | Блог

Замыкания на землю опасны и, следовательно, нуждаются в надлежащем заземлении, чтобы предотвратить попадание тока короткого замыкания в кого-либо или металлический объект. Цель заземления — свести к минимуму эффект переходного напряжения, возникшего из-за удара молнии.Как измеряется сопротивление заземления? Заземляющие соединения выполняются путем вбивания заземляющего электрода в несколько мест. Заземляющий электрод состоит из металлической трубы или проводящей пластины, соединенной с землей.

При производстве используются различные материалы, такие как медь, алюминий, сталь или оцинкованное железо. На сопротивление земли влияют различные факторы, такие как состав почвы, температура, влажность и глубина расположения электрода. Заземление обеспечивает безопасный отвод тока утечки и связано с устройством автоматического отключения, которое обеспечивает подачу питания.В систему заземления входят различные компоненты, такие как заземляющие электроды, основные клеммы или шины заземления, заземляющие проводники, защитные проводники, проводники уравнивания потенциалов, электрически независимые заземляющие электроды для измерений, аксессуары и концевые фитинги, соединения, сварочные комплекты и другие материалы. Сопротивление земли — это сопротивление почвы, возникающее при прохождении электрического тока. Его также можно определить как сопротивление между бесконечной землей и заземляющим электродом.Как измеряется сопротивление заземления? Существуют различные методы измерения сопротивления заземления, используемые в зависимости от типа системы нейтрали, типа установки (жилые, промышленные, городские, сельские, возможность отключения электропитания. На сопротивление заземления системы заземления влияют четыре переменных. который включает:

1. Состав почвы

2. Влажность почвы

3. Температура почвы

4.Глубина электрода

Сопротивление заземляющего электрода зависит от удельного сопротивления почвы, в которую вставлен электрод. Следовательно, очень важно измерять удельное сопротивление при проектировании любых заземляющих устройств.

Сопротивление заземления — это сопротивление заземляющего электрода, измеренное для проверки сопротивления. При дополнительных измерениях, таких как напряжение, испытательный электрод переместился на 10% исходного напряжения электрода к системе заземления отдельно от исходного положения, а второй — на расстояние на 10% ближе, чем его исходное положение.Когда оба из них согласуются с измерением в пределах требуемого уровня точности, испытательные стержни помещаются в правильное положение, и сопротивление может быть получено путем усреднения всех трех результатов.

Как измеряется сопротивление заземления? Перед началом любых измерений сопротивления заземления необходимо рассчитать максимальное значение для правильного заземления. Существует шесть основных методов измерения сопротивления заземления:

1. Четырехточечный метод (метод Веннера)

2.Три метода вывода (метод спада потенциала / метод 68,1%)

3. Двухточечный метод (метод мертвого заземления)

4. Метод зажима

5. Метод наклона

6. Метод звезда-треугольник

Одним из наиболее часто используемых методов измерения сопротивления заземления является метод падения потенциала. Он основан на стандартах IEEE и подходит для использования в структурах линий передачи и т. Д. Метод падения потенциала включает заземляющий электрод и два электрически независимых испытательных электрода.Электроды имеют маркировку: P (потенциал) и ток (C), которые должны быть электрически независимыми.

Рис. Метод падения потенциала

 Источник - Портал электротехники 

Он учитывает три точки заземления, состоящие из заземляющего электрода, датчика тока и датчика напряжения. Следовательно, цифровой тестер заземления используется для подачи тока в проверяемый заземляющий электрод опоры башни.Переменный ток (I) пропускается через внешний электрод (C), напряжение измеряется внутренним электродом (P) в промежуточной точке между внутренним и внешним электродами. Ток протекает от земли к удаленному датчику тока и возвращается к тестеру. По мере протекания тока создается падение напряжения. Это падение напряжения пропорционально величине протекающего тока и сопротивлению заземляющего электрода. В нескольких точках сопротивление рассчитывается путем перемещения датчика напряжения через равные промежутки времени (каждое из которых равно 10% расстояния датчика) при проверке и токе.Значение сопротивления отображается на дисплее цифрового тестера заземления. Сопротивление заземления рассчитывается просто по закону сопротивления R = V / I. Для сопротивления заземления решающим фактором является размещение вспомогательного испытательного электрода C подальше от испытуемого заземляющего электрода, чтобы гарантировать, что вспомогательный испытательный электрод P будет лежать вне областей сопротивления как системы заземления, так и другого испытательного электрода.

Существуют и другие методы, например метод уклона, подходящий для больших систем заземления, таких как электростанции.С помощью этого метода можно рассчитать фактическое сопротивление. Метод звезда-треугольник хорошо подходит для областей с большими системами или на каменистой местности, где возникнут трудности с размещением испытательных электродов. В методах «звезда-треугольник» три испытательных электрода находятся в углах равностороннего треугольника с системой заземления в центре, и проводятся измерения общего сопротивления между соседними электродами, между каждым электродом и системой заземления. Четыре потенциальных метода или метод Веннера аналогичен падению потенциала, за исключением того, что количество измерений проводится с электродом напряжения в разных положениях, а набор уравнений вычисляет теоретическое сопротивление системы.Следовательно, в разных областях применяются разные методы.

Тестеры заземления — это инструменты для поиска и устранения неисправностей, которые помогут вам поддерживать время безотказной работы. Все заземляющие соединения необходимо проверять не реже одного раза в год в рамках плана профилактического обслуживания. Сопротивление заземления будет увеличено до более чем 20% во время периодических проверок, чтобы обеспечить исследование источника проблемы и внести коррекцию для снижения сопротивления b путем замены или добавления заземляющих стержней в систему заземления.Измерение сопротивления земли может быть выполнено в выбранных точках на его маршруте. Профиль сопротивления заземления варьируется от 10 Ом до 20 Ом. Идентификация почвы, система заземления и интенсивные полевые измерения показывают, что значения удельного сопротивления почвы зависят от типа почвы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *