Расчет заземляющих устройств сводится к определению переходного сопротивления растекания тока замыкания на землю с заземлителей, зависящего от удельного сопротивления слоев грунта ρ. Сопротивление слоев грунта зависит от их состава, влажности, уровня грунтовых вод и температуры. Наиболее точно ρ можно определить непосредственным промером на месте одним из существующих методов. Рекомендуемые при предварительных расчетах значения для различных грунтов и повышающие коэффициенты в промерзающих грунтах приводятся в справочниках. После того, как заземляющее устройство выполнено, обязательно измеряется его сопротивление, и если оно будет отличаться от нормативного, то его снижают, добавляя число заземлителей или повышая проводимость грунта, внося в него шлак, соль или иные вещества.
Произведя расчет для искусственных заземлителей, предварительно определяют, не окажется ли достаточно естественных заземлителей, а уже затем подсчитывают необходимое сопротивление заземлителей искусственных
где Rиск — сопротивление заземлителей искусственных, Rec — то же, естественных, Rзу — нормальное сопротивление.
Заземлители свариваются со стальной полосой сечением 40x4 мм или таким же прутком. Эти полосы укладывают в землю на глубину 0,7 м и образуют общий контур заземлителей.
Стальной пруток длиной 5 м в нормальном грунте (суглинок) при ρ = 100 ом х м имеет переходное сопротивление 22,7 Ом. Для получения нормативного сопротивления растеканию одиночного заземлителя 22,7 Ом подсчитывается сопротивление контура, которое состоит из сопротивления вертикальных Rв и горизонтальных электродов в виде соединительной полосы Rг, включенных параллельно.
Рис. 1. Заземляющие устройства: а — линии тока параллельно включенных заземлителей, б — контур заземления отдельно стоящей трансформаторной подстанции, в — то же встроенной подстанции- 1 — заземлители, 2 — внутренний контур заземления
Расстояние между электродами должно быть не менее их длины во избежание явления их взаимного экранирования (рис. 1 а), что ведет к увеличению сопротивления заземлителя. Контур выполняется в форме прямоугольника, охватывающего электроустановку (например, отдельно стоящую станцию или подстанцию). Если электроустановка встроена в здание, то контур заземлителей делается выносным и присоединяется к внутреннему контуру (внутри здания) не менее чем двумя полосами (рис. 1. б, в).
В установках с изолированной нейтралью и малыми токами замыкания на землю сечение заземляющих проводников считается достаточным: медных 25, алюминиевых 35, стальных 120 мм2. Минимальное сечение круглой или полосовой стали магистралей заземления должно быть не менее 100 м2 в установках до 1000 В и 120 мм2 в установках выше 1000 В.
Для электроустановок напряжением выше 1000 В с малыми токами замыкания на землю сопротивление заземляющего устройства должно удовлетворять условию
где Uз принимается 250 В, если заземляющее устройство используется только для установок напряжением выше 1000 В, и Uз=125 В, если заземляющее устройство используется одновременно и для установок напряжением до 1000 В,
Iз — расчетный ток замыкания на землю, А.
В расчетах заземляющих устройств используют следующие упрощенные формулы, определяющие сопротивление, искусственных заземлителей:
- для углубленного пруткового электрода диаметром 10— 12 мм, длиной около 5 м
- для электрода из уголковой стали 50x50x5 мм и длиной 2,5—2,7 м
- для электрода из трубы диаметром 50—60 мм и длиной 2,5 м
В установках напряжением до 1000 В правильный выбор заземляющих устройств обеспечивает и условия быстрого и надежного отключения участка сети (электроустановки) в случае короткого замыкания.