Документ Microsoft Office Word. Лабораторная работа 5 Изучение заземляющих устройств цель работы
 Скачать 27.82 Kb.
|
|
Лабораторная работа №5 Изучение заземляющих устройств 1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ 1.1.Изучение конструкций и нормируемых электрических параметров основных заземляющих устройств (защитного, рабочего) и заземлителей (естественных, искусственных). 1.2. Изучение процесса оптимизации конструкции заземления при минимизации объёма металла, размещаемого в земле. 3. ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ Используя литературу, указанную в п.2 , следует изучить: а) конструкции, область применения контурного и выносного заземления. б) нормировку электрических параметров заземления (сопротивление защитного заземления Rз, электроустановки; сопротивление заземления R0 нейтрали источника электрического тока, сопротивления Rп повторного заземления нейтрали; сопротивление Rр растеканию тока для рабочего заземления). 4. СОДЕРЖАНИЕ КОНТРОЛЬНЫХ ВОПРОСОВ 4.1. Дайте определение для: а) поля растекания электрического тока, б) электротехнической земли. 4.2. Сформулируйте принцип действия защитного заземления. 4.3. Объясните факторы, влияющие на величину сопротивления заземления. 4.4. Как можно измерить величину защитного заземления? 4.5. Объясните особенности работы заземления для молниезащиты. 5. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 5.1. Составить характеристику основных схем применения заземляющих устройств. 5.2. Определить количество горизонтальных и вертикальных электродов из условия получения требующегося сопротивления заземления. 5.3. Выполнить процесс оптимизации конструкции заземляющего устройства. Методические указания и необходимые пояснения по выполнению содержания работы даны в п.6. 6. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ 6.1. К п. 5.1. содержания работы Характеристика основных схем применения заземляющих устройств в отрасли связи составляется в процессе домашней подготовки. Следует составить схему принципиальную электрическую, иллюстрирующую каждый пример использования заземляющего устройства (вариант схем и дайджест теоретического материала даны в п.7.). Требующаяся характеристика содержит: а) наименование случая использования заземляющего устройства (например: “заземление электроустановок связи в сетях с изолированной нейтралью”); б) схему принципиальную электрическую, соответствующую п. а); в) сведения о нормировке электрических параметров заземления. Охарактеризовать по а), б), в) использование заземляющих устройств в сетях с изолированной, заземленной нейтралью, для молниезащиты и как рабочее заземление. 6.2. К п.5.2. содержания работы Пункты 5.2. и 5.3. содержания работы выполняются в лаборатории безопасности жизнедеятельности при использовании ПЭВМ. Студент получает от преподавателя задание в соответствии с таблицей 10.1. Включение ПЭВМ и вызов файла для лабораторной работы выполняет преподаватель. Студент вводит цифровые показатели своего варианта и геометрические размеры заземлителей (длина вертикального электрода L=2,7..3,0 м, длина горизонтального электрода L1=(1,03..1,05L), диаметр (эквивалентный) каждого электрода выбирается в пределах 0,05…0,06м, глубина размещения горизонтального электрода F=0,8 м), а также коэффициент сезонности Y для удельного сопротивления грунта - для вертикального электрода (Q) и горизонтального электрода (Q1). Таблица 10.1. Варианты задания для лабораторной работы №10.
Предусмотрена возможность вызова студентом справочной таблицы для Y. В этой таблице даны значения Y для L=3 и L=5, а также для L1=10 м и L1=50 м. Поскольку вводимые значения L и L1могут отличаться от указанных, то студент должен самостоятельно, методом линейной интерполяции, определитьY для вводимых L и L1. Линейную интерполяцию можно реализовать либо построением соответствующего графика, либо согласно формуле: здесь Y³1 искомое значение коэффициента сезонности, соответствующее видимой длине заземляющего электрода L, La и Lв- соответственно первое и второе значение длины заземляющего электрода, для которых известны справочные значения коэффициента сезонности (соответственно Y1 и Y1). После ввода всех данных на экране монитора появляется информация о количестве вертикальных и горизонтальных электродов, требующихся для получения введенного сопротивления заземления, с запросом: “будете ли оптимизировать систему заземления по величине L?”. Следует писать расчетные данные (для того, чтобы на заключительной стадии исследования сформировать вывод: каковы количественные изменения в конструкции заземления, обусловленные проведением оптимизации) и удовлетворительно ответить на запрос. Это открывает возможность выполнения п.5.3. содержания работы. 6.3. К п.5.3. содержания работы Объем металла V, размещаемого в земле при сооружении заземляющего устройства, для заданных Q,Q1, сопротивления заземления есть функция от L, L1, F. Эта функция разрывная (поскольку количество электродов можно менять лишь дискретно) и многоэкстремальная. Задача, решаемая студентами – поиск глобального экстремума (минимума) V(L, L1, F) LÎ[3,15], L1Î[3.1,20], FÎ[0.8,3]. С этой целью надо ввести начальные значения L=3 м, L1=3.1 м, F=0.8 м, остальные параметры вводят также, как это написано в п.6.2. Окончание ввода запускает программу расчета функции V(L, L1, F); при L1, F=const варьируется L в пределах, меньших [3,15]. Границы участка вариации [L',L"] указываются на экране после графического ввода. Если L"<15 м, то требуется повторный ввод L=L", L1=1.05L, F=0,8м до достижения L"³15 м. Задача студента на этом этапе - определить наименьшее значение VMIN в пределах LÎ[3,15] и отметить соответствующее L=Lопт. Далее проводится уточнение Далее проводится уточнение VMIN при вариации L1. С этой целью следует ввести L=Lопт, L1=(1,03...1,05)L, окончание ввода включает программу расчета V(Lопт,L1,F) с графическим выводом результата. По этому графику студент определяет L1=L1опт соответствующее наименьшему значению VMIN, и переходит к изучению графика V(F) при L=Lопт, L1=L1опт, F=Fопт соответствует min V(F) для FÎ[0.8,3]. Заключительная стадия исследования заземления состоит в количественной оценке конструкции заземления при вводе L=Lопт, L1=L1опт, F=Fопт. На экран монитора выводятся следующие параметры заземления, при которых обеспечивается нормативный срок его работы (15 лет): а) поперечное сечение вертикального и горизонтального электродов (см2); б) количество горизонтальных и вертикальных электродов; в) диаметр коксовой засыпки, обеспечивающей экономию металла заземления (м). 7. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ Заземление нетоковедущих металлических частей электроустановок и нейтрали источника тока проводится с целью обеспечения электробезопасности (защитное заземление). Заземление токоведущих частей электроустановок необходимо для обеспечения их нормальной работы (рабочее заземление). Основные варианты применения заземляющих устройств приведены на рис.10.1...10.3. Устройства по рис.10.1 и 10.2 выполняются как контурные, так и выносные, по рис.10.3 выполняют выносное заземление. Защита объектов связи от прямых грозовых разрядов достигается в большинстве случаев с помощью молниеприемников (например, штырь длиной 1,6м и сечением 100мм2), соединенного с отдельным защитным заземлением. Ток молнии содержит значительную высокочастотную составляющую (с частотой более 100кГц), поэтому сопротивление заземления включает заметную индуктивную составляющую проводника, соединяющего молниеприемник с устройством заземления. Такое сопротивление называют импульсным и в зависимости от категории молниезащиты (I, II, III), его величина устанавливается в пределах от 10 до 40 Ом. Для защиты от наведенных зарядов используется защитное заземление (рис.10.1), причем Rз£10 Oм. При питании электроустановок (Э/У1, Э/У2) от сети с изолированной нейтралью линейным напряжением Uл<1000 В норма сопротивления Rз£40 Oм при габаритной мощности Pг трансформатора Т превышающей Pг³100 кВА, если Pг£100 кВА, то Rз£10 Ом. Если Uл>100В, Rз £ (250 / Iз) ³ 0.5 Ом, здесь Iз– расчетный ток (А) замыкания фазы на землю. В сетях с заземленной нейтралью при Uл < 100 В (рис.10.2) нулевой рабочий (ОР) проводник может быть использован и как нулевой защитный (0З) проводник. Сопротивление заземляющего устройство, к которому присоединены нейтрали генераторов или выводы источников однофазного тока, в любое время года должно быть не более 2, 4, 8 Ом соответственно при Uл=660,380,220 В. Это сопротивление должно быть обеспечено с учетом использования естественных заземлителей, а также повторных (Rп) заземлителей. При этом R0 £ 15,30,60 Ом при соответственно Uл=660,380,220 В. Рис .10.1. Заземление в сетях с изолированной нейтралью. Рис. 10.2. Применение заземляющих устройств в сетях с заземленной нейтралью. Рис. 10.3. Применение рабочего заземления Rp для питания Rэу от источника тока E. Общее сопротивление растеканию тока заземлителей (в том числе естественных) всех повторных заземлений нулевого провода должно быть не более 5, 10, 20 Ом соответственно при Uл=660,380,220 В. При этом Rp одного повторного заземления должно быть не более 15, 30, 60 Ом соответственно при указанных выше значениях Uл. При удельном сопротивлении земли r > 100 Ом×м допускается увеличить указанные нормы в (r/100)£10 раз. Величину сопротивления Rp рабочего заземления обычно устанавливают в пределах Rp £ 0.05Rэу . Естественными заземлителями обычно являются размещенные в земле железобетонные конструкции фундамента здания. Сопротивление току растекания железобетонных конструкций, расположенных в земле, определяется с учетом повышенного сопротивления бетонного слоя и его промерзания (или высыхания). Такой учет достигается увеличением в 1,8 раза удельного сопротивления грунта, в котором расположен естественный заземлитель. Сопротивление заземления R'в вертикального электрода ' здесь rв - удельное сопротивление земли для вертикального электрода, l,d - длина и диаметр электрода. Сопротивление R'г заземления горизонтального электрода (естественного), периметр которого равен p ' здесь rг - удельное сопротивление земли для горизонтального электрода. Искусственный вертикальный заземлитель имеет сопротивление ' здесь t = F + L / 2. Сопротивление Rг растеканию тока в земле одиночного горизонтального электрода длиной L1 и эквивалентным диаметром d1. & Для определения сопротивления Rз, системы из N вертикальных и N-1 горизонтальных электродов используют соотношение ' здесь hг, hв - коэффициенты использования соответственно горизонтального и вертикального электродов. Величины коэффициентов использования в справочнике [3] даются в табличном виде с допущением линейной интерполяции для промежуточных значений L, L1, N. При разработке файла, обеспечивающего исследование заземляющего устройства, предпочтительнее аналитический эквивалент для hг, hв (при размещении заземлителей по контуру) '' здесь а, b, k = a1 + a2X1 + a3X2, x = L1 / L - 1. Значения a1, a2, a3 представлены в таблице 10.2. Таблица 10.2. Аппроксимирующие коэффициенты.
Коррозия металла заземлителя зависит от тока, проходящего через электроды. Сечение металла искусственных заземлителей, требующееся для обеспечения нормативного срока службы Tc заземления, оценивается соотношением , , здесь I - среднее за время Tc значение амплитуды тока (А) заземления, Tc = 15 лет, S, S1- сечение металла соответственно вертикального и горизонтального электродов, см2. 8. ЛИТЕРАТУРА 1. Безопасность жизнедеятельности. Учебник для ВУЗов/С. В. Белов и др.-М.: Высшая школа, 1999 – 448с.:ил. 2. Охрана труда на предприятиях связи и охрана окружающей среды. Учебник для ВУЗов/Н. И. Баклашов и др.-М.: Радио и связь,1989.- 288с.:ил. 3. Средства защиты в машиностроении: Проектирование и расчет. Справочник/ С. В. Белов и др.-М : Машиностроение, 1989.- 386с.: ил. 4. Правила по охране труда при работах на телефонных станциях и телеграфах: ПОТ РО-45-007-96. –М: Полимаг. 1997 – 134с. 5. Правила устройства электроустановок/ Минэнерго СССР. –6-е изд., перераб. И доп.-М.: Энергоатомиздат, 1986.- 648с.:ил. 6. Безопасность работы на компьютере: Учебное пособие для ВУЗов/Г. Н. Бурлак. – М.: Финансы и статистика, 1998. – 144с.: ил. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||