Расчет в нормальных условиях заземления производится для определения числа стержневых заземлителей, которые должны быть размещены по намеченному в конструкциях контуру. В расчет могут быть введены и поверхностные протяженные заземлители.
Расчет производится по следующим нормированным значениям сопротивления заземляющего устройства.
Для установок напряжением выше 1 кВ с большими токами замыкания на землю (свыше 500 А) — это сети с эффективно заземленной нейтралью — сопротивление заземляющего устройства с учетом естественного заземления должно быть не больше 0,5 Ом в период наименьшей проводимости почвы. При этом сопротивление искусственного заземляющего устройства должно быть не более 1 Ом.
В местах с высоким удельным сопротивлением грунта (более; 500 Ом-м) допускается сопротивление заземляющего устройства, увеличенное в 0,002 р раз относительно р, предписанного Правилами [55], но не выше 10-кратного. При малых токах замыкания на землю (500 А и ниже) — это сети с изолированной нейтралью — сопротивление заземляющего устройства должно быть не больше 250//3, где /3 — расчетный ток замыкания на землю, А. В сетях без компенсации емкостных токов сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 10 Ом.
Для установок напряжением до 1 кВ с большими и малыми токами замыкания на землю сопротивление заземляющего устройства должно быть не больше 2; 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660; 380 и 220 В с учетом естественных заземлителей.
В установках, в которых генераторы или трансформаторы имеют мощность 100 кВ-А и менее, сопротивление заземляющего устройства должно быть не больше 10 Ом. Если в установках с глухим заземлением нейтрали выполнены повторные заземления, то сопротивление заземляющего устройства каждого из повторных заземлений нулевого провода должно быть не более 5; 10 и 20 Ом соответственно при тех же напряжениях.
При удельном сопротивлении земли р более 100 Ом.м допускается увеличивать указанные нормы в 0,01 р раз, но не превышать десятикратного р.
При общей системе защитного заземления частей электроустановок напряжением до и свыше 1 кВ с малыми токами замыкания на землю сопротивление заземляющего устройства должно быть не больше 125//в.
Числа 250 и 125 — это нормированные напряжения на заземлениях, при которых в выполняемых по нормам конструкциях получаются допустимые напряжения прикосновения и шага.
Расчетный ток замыкания на землю в сетях без компенсации емкостных токов — это полный ток замыкания на землю. Емкостный ток замыкания на землю определяется (в амперах) по формуле
(12-4)
где U — линейное напряжение (действующее), В; 314 — угловая частота; С — емкость, Ф;
приближенно для воздушных сетей
(12-5)
для кабельных сетей
(12-6)
где U — линейное напряжение (действующее), кВ; I—длина трехфазных электрически связанных линий данного напряжения,
км.
В сетях с компенсацией емкостных токов для заземляющих устройств, к которым присоединены компенсирующие аппараты,
в качестве расчетного тока принимается ток, равный 125 % номинального тока этих аппаратов.
В качестве расчетного тока может быть также принят ток плавления плавкой вставки предохранителей или ток срабатывания релейной защиты от однофазных замыканий на землю. При этом ток замыкания на землю должен быть не менее трехкратного номинального тока предохранителей или полуторакратного тока срабатывания релейной защиты.
Вообще расчетный ток замыкания на землю должен быть определен для той из возможных в эксплуатации схем сети, при которой этот ток имеет наибольшее значение.
При объединении систем заземления до и выше 1 кВ в общую систему заземления установки нормой является меньшее сопротивление заземления.
Сопротивление одного стержневого заземлителя, выполненного из газоводопроводных труб, определяется по формуле
(12-7)
где р — удельное сопротивление грунта (для грунта с неоднородной структурой — эквивалентное удельное сопротивление), Ом.м; I — длина стержня заземлителя, м; d — диаметр заземлителя, м; t — расстояние от поверхности грунта до середины стержня заземлителя, м.
Иногда приводится упрощенная формула
(12-8)
обозначения здесь те же, что и в предыдущей формуле.
Для уголка длиной I с шириной полки b в приведенных формулах принимаются d = 0,95ft.
Можно пользоваться еще более упрощенными формулами для трубы диаметром 0,06 м (2") длиной 2,5 м
гтр = 0,308р; (12-9)
для уголка 50x50 мм длиной 2,5 м
г„ = 0,318р; (12-10)
для уголка 60x60 мм длиной 2,5 м
гуг — 0,298р. (12-11)
Сопротивление заземления протяженного полосового, заземлителя длиной I (м) и шириной b (м) при глубине заложения t (м) определяется формулой
(12-12)
Достоверный результат, в частности, зависит от принятого удельного сопротивления грунта (в учебных проектах оно обычно
задается руководителем). Если оно принято по таблицам или в результате измерений для нормальных в данной местности климатических условий, то для получения подставляемого в формулы расчетного значения р вводятся поправочные коэффициенты, учитывающие промерзание и просыхание почвы (также зависящие от климатической зоны); тогда
Коэффициент К может иметь значение от 1,2 до 2, а для полосовых заземлителей, располагаемых на глубине 0,5—0,7 м, К может быть значительно больше.
Так как все заземлители соединены параллельно, общее сопротивление, например, только для трубчатых одинаковых заземлителей
(12-13)
где п — число труб; т] — коэффициент использования заземлителей, учитывающий взаимное экранирование труб.
Коэффициент использования определяется по кривым на рис. 12-6, в в зависимости от числа труб, их длины и взаимного расположения.
В расчете надо учитывать параллельно присоединяемое сопротивление заземления естественных заземлителей, которое определяется путем измерений или принимается условно.
Полосовые заземлители в расчет можно не вводить, так как принимается максимальное в течение года удельное сопротивление грунта, которое в поверхностном слое почвы при промерзании велико.
Имея требуемое по нормам сопротивление г3 и сопротивление естественных заземлителей ге. 3, определяем сопротивление искусственного заземления гЯф 3, а по нему необходимое число стержневых заземлителей:
(12-14)
Так как вначале число заземлителей и расстояние между электродами неизвестно, определение п и г| производится методом последовательных приближений.
При необходимости в расчет вводится выносное заземление, заземление системы трос — опора и т. п.
Сечение заземляющих проводников (в мм2) проверяется на термическую стойкость по обычной формуле
(12-15)
где /3 — установившийся ток короткого замыкания, А; т — фиктивное время короткого замыкания, с; С — коэффициент, равный
74 для стали, 195 для голой меди, 182 для медных кабелей до 10 кВ, 112 для голого алюминия и алюминиевых кабелей до 10 кВ.
Наиболее электроопасным периодом года в отношении поражения шаговым напряжением и напряжением прикосновения является весенне-летний.
Вероятность поражения человека напряжением прикосновения и шага значительно выше на стройплощадках, чем на готовых промышленных объектах.
Временное электроснабжение площадок производства работ желательно иметь при высоком напряжении до 35 кВ, так как токи замыкания на землю при этом малы и заземляющие устройства получаются сравнительно дешевыми. Если питание стройплощадки предусматривается от сетей напряжением 110 кВ и выше, которые характеризуются большими токами однофазного короткого замыкания, устройства защитного заземления для электробезопасности получаются сложными и дорогими. Например, в условиях многолетнемерзлых грунтов заземляющее устройство ГПП 110 кВ Норильского горно-обогатительного комбината (включая бурение скважин — примерно 1 млн. руб.) оказалось в два раза дороже, чем вся система электроснабжения завода в период строительства, причем глубинный заземлитель нужен был только в период строительства, так как после сооружения основных цехов и корпусов завода за счет естественных заземлителей необходимость в искусственном заземлении отпадала. Как правило, естественные заземлители, получающиеся после выполнения всех сооружений, снижают требования к искусственному заземлению; при этом стоимость заземляющих устройств уменьшается иногда более чем в 100 раз.
Для повышения электробезопасности на выполненных установках надо производить натурные измерения напряжения прикосновения в опасных местах с учетом численного значения и времени действия тока, стекающего с заземляющего устройства.
С увеличением удельных сопротивлений поверхностных слоев грунта допустимое напряжение прикосновения возрастает, поэтому территорию ОРУ целесообразно покрывать слоем гравия, щебня или промышленного шлака для создания защитного эффекта в летнее время.
В условиях мерзлых грунтов сопротивление переходу тока от ног человека на мерзлую землю (сопротивление контакта) равно 100—300 кОм. После оттаивания грунта, в летнее время, оно становится равным нулю.
В процессе эксплуатации электроэнергетических установок иногда наблюдается усиленная коррозия противофильтрационных шпунтовых рядов, трубопроводов и конструкций сооружений, арматуры и бетона. Причиной этих разрушений являются блуждающие постоянные токи различного происхождения. Наиболее опасны блуждающие постоянные токи, наводимые электрифицированными участками железных дорог, получающиеся от утечек из систем ионного возбуждения генераторов, при выпрямлении переменных токов массами грунта и бетона, от микрогальванических пар и т. п. Переменные блуждающие токи, получающиеся от наводок, токов небаланса, подключения сварочных аппаратов к арматурному каркасу, тоже вызывают коррозию, хотя значительно менее интенсивную, чем при постоянных токах.
Электромагнитные и электрические поля, создаваемые токопроводами с большими токами и линиями высокого напряжения, в свою очередь ускоряют коррозию арматуры и активизируют влагу в порах бетона. «Омагниченная» вода быстрее и активнее вступает в реакцию с клинкерными материалами цемента, проникает в зерно цемента глубже, чем обычная вода, более агрессивна к металлу. Электромагнитное поле делает воду более активным растворителем металла, скорость коррозии увеличивается примерно в 1,5 раза.
Для уменьшения вероятности блуждающих токов рекомендуется: применять экранирование и симметрирование токопроводов генераторного напряжения при токах более 2 кА; не допускать трассировки линий высокого напряжения над крышей зданий станций и рядом со зданиями и сооружениями; не допускать многократного заземления нейтралей трансформаторов собственных нужд в здании станции; не использовать сети заземления в качестве нулевого провода электроприемников и обратного провода сварочной сети.
