Проектирование заземляющего устройства: расчёт напряжений шага и прикосновения
заземляющее устройство: Заземляющая сетка — это уложенная в грунт решётка проводников, которая безопасно отводит ток замыкания и удерживает разности потенциалов на поверхности в пределах, безопасных для человека; проект подтверждается расчётом напряжений шага и прикосновения по IEEE 80 или EN 50522.
Содержание
Малое сопротивление заземления само по себе не доказывает безопасность подстанции. Главный вопрос — какую разность потенциалов создаёт ток замыкания на поверхности и какое напряжение из-за этого возникает между стопами человека либо между рукой и стопами. Проектирование заземляющей сетки как раз и служит тому, чтобы удержать эти две величины ниже допустимых пределов.
Почему цифры сопротивления недостаточно
Распространённая привычка сводит проект заземления к единственному значению в омах. Однако две схемы с одинаковым сопротивлением могут кардинально различаться по безопасности. Значение имеет то, как ток растекается в грунте и насколько крут профиль потенциала на поверхности. Редкая сетка с крупными ячейками может дать низкое сопротивление и при этом оставить опасное напряжение прикосновения в центре ячейки.
Исходные данные: сопротивление грунта, ток и время
Расчёт опирается на три величины. Удельное сопротивление грунта измеряют четырёхэлектродным методом Веннера и приводят к двухслойной модели. Ток, реально уходящий в грунт, получают из тока однофазного замыкания за вычетом доли, возвращающейся по экранам кабелей и грозозащитным тросам. Время отключения складывается из времён защиты и выключателя: чем оно больше, тем ниже допустимое напряжение.
Определение допустимых пределов
Допустимые напряжения прикосновения и шага рассчитывают по сопротивлению тела, сопротивлению контакта стоп и длительности тока. Поверхностный слой щебня высокого удельного сопротивления толщиной 100–150 мм существенно повышает сопротивление контакта стоп и, следовательно, допустимые пределы. Это одно из самых эффективных и недорогих улучшений на площадке. В расчёте используют удельное сопротивление щебня во влажном состоянии.
Геометрия сетки и выбор проводника
| Параметр | Типовой диапазон | Влияние |
|---|---|---|
| Шаг ячейки | 3 – 10 м | Прямо снижает напряжение прикосновения |
| Глубина заложения | 0,5 – 0,8 м | Сглаживает поверхностный градиент |
| Слой щебня | 100 – 150 мм | Повышает допустимый предел |
| Сечение проводника | 50 – 240 мм² медь | Термостойкость и запас на коррозию |
| Время отключения | 0,2 – 1,0 с | Увеличение снижает предел |
Сетку обычно выполняют с шагом ячеек 3–10 метров на глубине 0,5–0,8 метра. Подъём потенциала максимален по периметру и в углах, поэтому там шаг уменьшают и при необходимости добавляют вертикальные заземлители. Сечение проводника определяется термическим действием тока замыкания; для меди определяющей является температура, которую выдерживают соединения, а не температура плавления. Экзотермическая сварка надёжнее болтовых соединений в долгосрочной перспективе.
Проверка, измерения и вынос потенциала
После монтажа выполняют измерения: сопротивление заземления методом падения потенциала, профиль поверхностного потенциала и непрерывность присоединений. Обязательно рассматривают вынос потенциала: труба, рельс, линия связи или нулевой проводник низкого напряжения, выходящие за пределы сетки, способны перенести подъём потенциала далеко. В таких точках применяют изолирующие вставки, фланцы или раздельное заземление.
Главное: заземляющее устройство
- Низкое сопротивление не гарантия безопасности — решает разность потенциалов на поверхности.
- Щебень — самое дешёвое улучшение — он повышает сопротивление контакта стоп.
- Углы и края критичны — подъём потенциала максимален по периметру.
- Нельзя игнорировать вынос потенциала — металлические связи уносят опасность за пределы.
- Источник стандарта — каталог публикаций IEC: iec.ch.
Частые вопросы
Какой стандарт применять для заземляющей сетки?
В европейской практике используют EN 50522, а IEEE Std 80 широко применяется в международном инжиниринге. Оба ограничивают напряжения шага и прикосновения, но критерии приёмки и методики различаются, поэтому спецификация должна указывать применяемый документ.
Что делать при высоком удельном сопротивлении грунта?
Уменьшают шаг ячеек, глубокими заземлителями достигают менее сопротивляющегося слоя, расширяют площадь сетки и укладывают щебень. Химические улучшители дают временный эффект и не считаются самостоятельным решением.
Нужно ли объединять нулевой проводник НН с сеткой подстанции?
Зависит от условий. Общее заземление может вынести подъём потенциала в сеть низкого напряжения. EN 50522 допускает объединение, пока подъём остаётся ниже установленных пределов, и требует разделения выше них.
Похожие статьи
- Выбор системы заземления: сравнение TN-S, TN-C-S, TT и IT
- Уравнивание потенциалов и молниезащита: интерфейс со стороны щита
- Выбор сечения нулевой и заземляющей шин в щите
- Все технические статьи
Нужен расчёт заземляющего устройства для подстанции или производственной площадки? Devpan подготовит проверку напряжений шага и прикосновения и детали сетки по вашим измерениям. Связанное решение Devpan: проектирование электрощитов.
