Як зменшити опір контуру заземлення

Згідно з ПУЄ 2017 Глава 1.7.

Сфера застосування

1.7.1. Ця глава Правил поширюється на електроустановки змінного та постійного струму, призначених для виробництва, перетворення, трансформації, передачі та розподілу електроенергії, що проектуються, будуються або реконструюються, та містити загальні вимоги до їхньої електробезпеки як у нормальному режимі роботи електроустановок, так і у разі пошкодження ізоляції. Вимоги цієї глави можуть також застосовуватися до діючих електроустановок з метою підвищення їхньої електробезпеки.

Заходи електробезпеки в електроустановках напругою до 1 кВ будівель та споруд (житлових, адміністративно-побутових, громадських, цехових тощо) регламентуються ДБН В.2.5-27-2006 та іншими чинними в Україні нормативними документами.

1.7.2. Про заходи електробезпеки електроустановки поділяють на:

• електроустановки напругою до 1 кВ у мережах з глухозаземленою нейтраллю;



• електроустановки напругою до 1 кВ у мережах із ізольованою нейтраллю;



• електроустановки напругою вище 1 кВ у мережах із ізольованою, компенсованою або (і) заземленою через резистор нейтраллю;



• електроустановки напругою вище 1 кВ у мережах із глухозаземленою або ефективно заземленою нейтраллю.

До приватних будинків, котеджів належать вимоги до електроустановок до 1 кВ.

ЗЕЗЕМЛЯЮЧІ ПРИСТРОЇ ЕЛЕКТРОУСТАНОВОК НАПРУГОМ ДО 1 КВ В ЕЛЕКТРИЧНИХ МЕРЕЖАХ З ГЛУХОЗАЗЕМЛЕННОЮ НЕЙТРАЛІЮ

1.7.91. В електроустановках з глухозаземленою нейтраллю нейтральну або середню точку або один із висновків джерела живлення необхідно надійно приєднувати до заземлювача за допомогою провідника.

Не допускається використовувати PEN (РЕ або N) провідник, які з'єднують нейтраль з розподільчим щитом як заземлюючі.

Якщо в PEN-провіднику, що з'єднує нейтраль джерела трифазного струму з шиною PEN розподільчого щита напругою до 1 кВ, встановлені трансформатор струму, то запровідний провідник слід приєднувати не до нейтралі джерела безпосередньо, а до PEN-провідника і, по можливості, відразу за трансформатором струму . У такому разі поділ PEN-провідника на РЕ- та N-провідники в системі TN-S слід виконувати також поза трансформатором струму. Трансформатор струму потрібно розташовувати якомога ближче до виведення нейтралі джерела живлення.

Виведення PEN або N-провідника від нейтралі джерела на розподільчу установку слід здійснювати: - при виведенні фаз шинами - шиною на ізоляторах; у разі виведення фаз кабелем (проводом) - житловий кабель (провод).

Провідність PEN або N-провідника від нейтралі джерела до розподільчої установки повинна бути не менше 50% провідності вивідного фазного провідника.

1.7.92. Опір заземлювального пристрою, до якого приєднані нейтраль джерела живлення або висновки джерела однофазного струму, у будь-який час року не повинен перевищувати 2, 4 і 8 Ом відповідно для лінійних напруг 660, 380 і 220 джерела трифазного струму або 380, 220 і 1 однофазного струму. Цей опір необхідно забезпечувати з урахуванням використання всіх заземлювачів, приєднаних до PEN (РЕ) провідника, якщо кількість ліній, що відходять, не менше двох.Опір заземлення, до якого безпосередньо приєднують нейтраль джерела трифазного струму або висновки джерела однофазного струму, повинен бути не більше 15 3О і 60 Ом відповідно для лінійних напруг 660, 380 і 220 джерела трифазного струму або 380, 2за див. також 1.7.96).

1.7.93. На кінцях повітряних ліній електропередач як з неізольованими, так і з самонесучими ізольованими проводами або відгалужень від них довжиною понад 200 м слід влаштовувати повторні заземлення PEN (РЕ) провідника зі значенням опору згідно з 1.7.95.

Насамперед необхідно використовувати природні заземлювачі (підземні частини залізобетонних та металевих опор), а також заземлювачів, призначені для захисту від грозових перенапруг (див. розділ 2.4).

Зазначені повторні заземлення виконують лише в тому випадку, якщо на повітряних лініях відсутні заземлювачі, призначені для захисту від грозових перенапруг, або їх недостатності для виконання умови, зазначеної в 1.7.95.
Повторні заземлення PEN-провідника в мережах постійного струму слід влаштовувати із застосуванням окремих штучних заземлювачів. Вони не повинні мати металевих з'єднань із підземними трубопроводами.

1.7.94. На введенні в електроустановки будівлі від повітряної лінії рекомендується встановлювати повторне заземлення PEN (РЕ) провідника, якщо у при відсутності комунікацій водопостачання, газопостачання, металевих та залізобетонних конструкцій не може бути здійснено основну систему зрівнювання потенціалів (1.7.84). В цьому випадку опір заземлення, повторного заземлення РЕ (PEN) провідника на введенні в будівлю має бути не більше 3О Ом.

1.7.95. Загальний опір всіх заземлювачів, приєднаних до PEN - провідника кожної лінії, у тому числі природних заземлювачів, у будь-яку пору року, не повинен перевищувати 5, 10 і 20 Ом відповідно для лінійної напруги 660, 380 і 220 джерела трифазного струму або 380 , 22 і 127 джерела однофазного струму. Опір кожного із повторних заземлень має бути не більше ніж 15 3О та 60 Ом відповідно для тієї ж напруги (див. також 1.7.96).

1.7.96. Для питомого опору землі р> 100 Ом-м допускається збільшувати вказані в 1.7.92 та 1.7.95 значення опору заземлення в 0,01 разів, але не більше ніж у 10 разів, за винятком опору заземлювальних пристроїв та заземлювачів, що використовуються одночасно для електроустановок напругою понад 1 кВ. У разі збільшення опору можливе лише значення, яким виконується умова 1.7.3, наведена в 1.7.98.

Рем-Груп Сервіс рекомендує: проводити контрольний замір опору блискавкозахисного та захисного заземлення у приватному будинку через шість місяців після встановлення.

Замір опору заземлювальних пристроїв становив 1,72 Ом.

ЗАЗЕМЛЯЮЧІ ПРИСТРОЇ ЕЛЕКТРОУСТАНОВОК НАПРУГОМ ДО 1 кВ В ЕЛЕКТРИЧНИХ МЕРЕЖАХ З ІЗОЛОВАНОЮ НЕЙТРАЛІЮ

1.7.97. Опір заземлювального пристрою R Ом, який використовують для захисного заземлення відкритих провідних частин в електроустановках із ізольованою нейтраллю, повинен відповідати умові:

дивитися ПУЕ 2017

де Ud - допустима напруга дотику, значення якої в приміщеннях без підвищеної небезпеки приймається 50 В (див. також 1.7.56)

I - повний струм замикання на землю (на відкриті провідні частини), А.А.

Виконання зазначеної умови може не перевірятися, якщо опір заземлювального пристрою R не перевищує:

• 4 Ом - за потужності джерела живлення більше ніж 1 кВ;



• 10 Ом — за потужності джерела живлення або сумарної потужності паралельно працюючих джерел живлення до 1 кВ.

Документи

3 ефективні способи зменшити опір заземлення

Спосіб 1. Збільшення довжини електрода

Зменшити опір заземлення можна, зануривши в ґрунт довший електрод. У разі збільшення його довжини вдвічі опір заземлення зменшується загалом на 40%. Крива на рис. 1 ілюструє цей ефект. Наприклад, електрод, заглиблений на 61 см, має опір розтіканню струму 88 Ом. Для того ж електрода, заглибленого на 122 см цей показник знижується до 50 Ом (приблизно на 40%).

Мал. 1 Опір зменшується з глибиною занурення електрода в землю.

Чи можна зменшити опір заземлення, збільшивши діаметр електрода? Так, але ненабагато. За тієї ж глибини занурення електрод подвоєного діаметра зменшить опір заземлення лише на 10% (див. рис. 2).

Наприклад, електрод діаметром 15 мм, заглиблений на 3 м, має опір розтіканню струму 6,33 Ом. Збільшивши діаметр до 30 мм можна зменшити опір заземлення лише до 5,6 Ом. Тому варіант зі збільшенням діаметра електрода слід розглядати лише в тому випадку, якщо потрібно збільшити його міцність, щоб заглибити у твердий ґрунт.

Мал. 2. Діаметр електрода мало впливає на опір. Криві А, Б та В – результати вимірювань у трьох різних лабораторіях.

Спосіб 2. Використання кількох електродів

Два електроди, розташовані в ґрунті на достатньому видаленні, утворюють паралельні гілки розтікання струму.Але для повного ефекту потрібна відстань не менше 10 глибин цих електродів. При розміщенні електродів з відривом у тому глибину підсумкове значення знизиться лише з 40%. Якщо використовуються три електроди, воно зменшиться на 60%, якщо 4 – на 66% (див. рис. 3).

Чим більше використовується електродів, тим сильніший їхній взаємний вплив і тим менше знижується загальний опір заземлення.

Спосіб 3. Хімічна обробка ґрунту

Це один із дієвих способів знизити опір заземлення. Його слід використовувати, якщо, наприклад, на об'єкті кам'янистий або вічномузлий грунт. Крім того, хімічна обробка ґрунту знижує вплив на опір періодичного сезонного зволоження та висихання ґрунту (див. рис. 4).

Мал. 4. Хімічна обробка ґрунту знижує сезонні коливання опору заземлення

Універсального рецепта хімічної обробки ґрунту немає. У кожному окремому випадку необхідно враховувати її вартість, корозійний ефект, а також норми охорони навколишнього середовища, що діють. Потрібно також пам'ятати, що розчинні сульфати агресивно впливають на бетон, тому від їх застосування потрібно утриматися поблизу бетонних фундаментів.

Для обробки можна використовувати сірчанокислий магній, сульфат міді та звичайний хлорид натрію. Сірчанокислий магній має найменший корозійний ефект, а хлорид натрію - найдешевший і працює, якщо помістити його в кільцеву траншею діаметром близько 50 см і глибиною 30 см, вириту навколо електрода.

Важливо пам'ятати, що після хімобробки ґрунту опір знижується лише на деякий час: опади та природний дренаж ґрунту зменшують концентрацію хімреагенту.Вихід - помістити його не в траншею, а в порожнистий перфорований електрод. Тоді процес вилуговування стане більш рівномірним і поступовим, що надовго знижує опір. На цьому принципі ґрунтується, наприклад, електролітичне заземлення ZANDZ. У ньому використовується електрод із нержавіючої сталі, заповнений патентованим сольовим розчином. Однією заправкою цією сумішшю вистачає на 10-15 років, а термін служби електрода досягає 50 років. Ще одна перевага електролітичного заземлення – мала глибина монтажу: завдяки Г-подібній формі електрода його заглиблюють лише на 0,7 м.

Які варіанти зниження опору заземлювального пристрою підійдуть саме вам? Це залежить від показників, яких потрібно досягти для об'єкта, що захищається, за нормативними документами, особливостями об'єкта, характеристиками ґрунту та іншими факторами. Потрібна допомога чи консультація? Звертайтесь до Технічного Центру ZANDZ!

Як знизити опір заземлення підстанції у 6 разів?

Організувати заземлення на підстанції з високою напругою 110 кВ і складніше, ніж будь-якому іншому об'єкті. На вимогу ПУЕ 7 видавництва, пункт 1.7.90, такі електроустановки, що мають джерело з ефективно-або глухозаземленою нейтраллю, потрібно обладнати заземлюючим пристроєм з опором до 0,5 Ом.

Щоб досягти такого низького опору, на відкритій частині підстанції (іншими словами, на території відкритого розподільчого пристрою (ГРП) і на території в межах огорожі) укладають сітку заземлення. На поздовжні та поперечні заземлювачі, які утворюють сітку, найчастіше йде величезна кількість матеріалу – смуги та круглого дроту.Крім того, біля блискавкоприймачів, вводів кабелів у будівлі, трансформаторів струму та напруги та ГНН встановлюються вертикальні електроди, які також знижують опір заземлення підстанції. Але навіть цих заходів може виявитися недостатньо, якщо підстанція розташована у вічномерзлих та кам'янистих ґрунтах.

У такому разі на допомогу приходять сучасні технології. Найдієвіша з них - електролітичне заземлення. Цей вид заземлення монтується на вільній території підстанції на невеликій відстані від фундаментів (приблизно 3 м). Існують його варіанти з горизонтальними та вертикальними електролітичними заземлювачами. Перші призначені для укладання траншею, а другі монтуються в пробурену свердловину і можуть виступати як вертикальний електрод, що відповідає вимогам ПУЕ. Точна кількість електролітичних заземлювачів визначається розрахунком. Але можна з упевненістю сказати, що близько 30 вертикальних електролітичних заземлювачів довжиною 6 м кожен можуть знизити опір заземлення з 3 Ом до 0,5 Ом навіть у вічномерзлому ґрунті.

Щоб оцінити переваги електролітичного заземлення, проаналізуємо два розрахунку для однієї і тієї ж підстанції, які виконав Технічний центр ZANDZ для одного із замовників. У першому випадку для заземлення передбачалося використовувати сталеву оцинковану сітку, у другому електролітичне заземлення.

Розрахунок опору заземлення підстанції з використанням металевої сітки

Відповідно до ПУЕ п.1.7.90, для електроустановок напругою вище 1 кВ у мережах з ефективно заземленою нейтраллю заземлювальний пристрій повинен мати будь-якої пори року опір не більше 0,5 Ом з урахуванням опору природних та штучних заземлювачів.

Комплекс заходів щодо забезпечення необхідних вимог до заземлювального пристрою представлений такими рішеннями:

• на території підстанції виконується сітка з корозійностійкої сталевої оцинкованої смуги перетином 4х30 мм, що прокладається на глибині 0,5 м-коду.

Розрахунок опору заземлювального пристрою підстанції

Дані про ґрунти приймаються відповідно до опитувального листа, заповненого замовником.

Таблиця 1 – Грунти відповідно до опитувального листа замовника

Інтервал по глибині, м

Приймається питомий електричний опір, Ом * м

Малюнок 1. План із заземлювального пристрою з горизонтальних електродів

Розрахунок еквівалентного питомого опору ґрунту для горизонтальних електродів

Довжина горизонтального заземлювача (діагональ) = 77 м;

Заглиблення горизонтального заземлювача = 0,5 м-коду.

Еквівалентне значення питомого опору ґрунту обчислимо за таблицею 7.2 довідника Манькова та Закордонного «Захисне заземлення та занулення електроустановок».

Знайдемо необхідні величини:

Відповідно до табличних даних методом лінійної інтерполяції знайдемо

Попередження. У разі помилковості та обмеженості наданих замовником даних про грунт наведений розрахунок заземлювального пристрою вважається неправильним. У разі відхилення питомого опору ґрунту від розрахункового необхідно виконати розрахунок із дійсним значенням.При перевищенні опору, що нормується, заземлюючого пристрою необхідно внести зміни в конструкцію.

Розрахунок заземлення здійснено за допомогою програмного забезпечення, розробленого ВАТ «Енергетичний інститут ім. Г.М.Кржижановського» (ВАТ «ЕНІН»).

Опір горизонтального електрода:

де p_{екв гір} - еквівалентний питомий опір ґрунту для горизонтального електрода, Ом · м;

b – ширина смуги горизонтального електрода, м;

h - Глибина закладення горизонтального електрода, м;

L_гір - Довжина горизонтального електрода, м.м.

Повний опір заземлювального пристрою:

де n – кількість комплектів;

k_{ісп гр} - Коефіцієнт використання;

Розрахунковий опір заземлювального пристрою становить 3,22 Ом, що вище за необхідне значення 0,5 Ом.

Розрахунок з використанням електролітичного заземлення

Заходи щодо доведення опору заземлення до норми 0,5 Ом:

• для забезпечення нормованого опору заземлювального пристрою підстанції пропонується до застосування електролітичне заземлення ZANDZ ZZ-100-102-6МВ;



• виконується встановлення 26 вертикальних комплектів електролітичного заземлення довжиною 6 м ZANDZ ZZ-100-102-6МВ;



• з'єднання заземлювачів та смуги виконується за допомогою затискачів ZZ-005-064;



• комплекти встановлюються на відстані не менше 6 метрів при паралельній установці для прийнятного коефіцієнта використання та оптимального обсягу розподілу електроліту в ґрунті.

Розрахунок еквівалентного питомого опору ґрунту для вертикальних електродів

де p₁ - питомий опір ґрунту верхнього шару ґрунту, Ом·м;

p₂ - питомий опір грунту нижнього шару грунту, Ом · м;

h - потужність верхнього шару ґрунту, м;

L - заглиблення електорда, м;

t - Глибина прокладки горизонтальних електродів, м;

k - безрозмірний коефіцієнт, що залежить від питомого опору шарів ґрунту.

Розрахуємо еквівалентний питомий опір ґрунту трьох верхніх шарів: