Расчет защитного заземления и зануления, меодические указания. Методические указания 2012
 Скачать 0.98 Mb.
|
|
РАСЧЕТ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ И ЗАНУЛЕНИЯ Методические указания ---------------------------------------------------------- 2012 2 СОДЕРЖАНИЕ 1. Общие сведения о защитном заземлении . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2. Расчет заземления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3. Общие сведения о занулении . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 4. Расчет зануления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 5. Выбор защитного устройства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ЛИТЕРАТУРА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЗАЩИТНОМ ЗАЗЕМЛЕНИИ В различных частях электрических установок возможны пробои изоляции и замыкания на металлические корпусы двигателей, пускателей, светильников, оболочек кабелей, стальных труб проводки и т.п. Вследствие этого металлические нетоковедущие части оборудования, не находящиеся под напряжением могут оказаться под током и представлять опасность в случае прикосновения к ним людей. Средством защиты от поражения током при переходе напряжения на нетоко- ведущие части электроустановок (3) рисунок 1 является защитное заземление. Защитное заземление – это заземление частей электроустановок с целью обеспечения электробезопасности. Защитное заземление применяют в электроустановках до 1 кВ переменного тока с изолированной нейтралью в трёхфазных трёхпроводных сетях с изолированным выводом однофазного тока, а также в электроустановках постоянного тока с изолированной средней точкой при повышенных требованиях безопасности (сырые помещения, передвижные установки, торфяные разработки, подземные работы и др. 3 Рис. 1. Схема защитного заземления А, В, С – фазы электросети 1 – устройство защитного отключения 2 – автоматические выключатели 3 – электрооборудование 4 – заземляющий проводник 5 - заземлитель. В таких электроустановках применяют защитное заземление в сочетании с контролем изоляции сети и защитным отключением. Питание электроустановок в таких условиях рекомендуют выполнять короткими кабельными или воздушными линиями, для которых емкостные токи незначительны. В соответствии с Правилами устройств электроустановок /1/ сопротивление заземляющего устройства (совокупность заземлителя и заземляющих проводников) должно быть - в установках до 1000 В с изолированной нейтралью – 4 Ом. При номинальных мощностях трансформаторов 100 кВА и менее – не более 10 Ом - в установках до 1000 В с глухозаземленной нейтралью выполняется рабочее заземление – 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В. При удельном сопротивлении грунта ρ более 10 Ом.м указанные значения сопротивлений увеличивают в отношении ρ /100, ноне более десятикратного [1]. Различают два вида заземляющих устройств контурное и выносное. Контурное устройство в виде отдельных заземлителей, размещаемых попе- риметру (контуру) площадки с заземляемым оборудованием, применяется на открытых подстанциях и других установках напряжением свыше 1000 В. Выносное заземление состоит из заземлителя 1 (рис) и магистрали (заземляющих проводников) 2. Заземляемое оборудование 3 находится вне поля растекания электрического тока, так как заземлитель 1 вынесен за пределы площадки с оборудованием 3. 4 Рис. 2. Схема выносного заземления. В качестве искусственных заземлителей применяют стальные уголки, забиваемые в землю вертикально, или стальные некондиционные трубы, толщина стенок не менее 3,5 мм и длинам. Их забивают вертикально в землю на расстоянии 2,5 – 3 м друг от друга и более. Диаметр трубы не оказывает особого влияния на величину сопротивления растеканию чаще всего берут трубы с наружным диаметром 6 см (рис. 3). Рис. 3. Схема заземляющего устройства. Широкое применение находят углубленные прутковые заземлители из круглой стали диаметром 12 – 14 мм, длиной дом и более, ввертываемые в грунт с помощью электрифицированного ручного заглубителя. При использовании углубленных прутковых заземлителей снижают расход металла и затраты труда по устройству заземления. Прутковые заземлители, а также отрезки стальных уголков, используемые для заземления, наиболее выгодны, так как сих помощью можно достичь более глубоких слоев земли при значительно меньшем объеме земляных работ. Глубокая же закладка необходима для создания контакта со слоями почвы, не подверженными промерзанию или высыханию. Для связи уголков и труб между собой применяют стальные полосы 5 ленты. Толщина их должна быть не менее 4 мм, а площадь поперечного сечения не менее 48 мм для установок до 1000 В и 100 мм – для установок выше 1000 В. Наименьшие размеры заземлителей и заземляющих проводников приведены в табл. 1. Таблица 1. Наименьшие размеры стальных заземлителей и заземляющих проводников 2. РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЕНИЯ Расчет заземления производим следующим образом по экспериментальным данным определяем характер грунта, в котором предполагается заложить заземляющее устройство, и удельное сопротивление грунта (табл. 2) [2]. Таблица 2 Сопротивление грунта с учетом коэффициента сезонности (табл. 3,4) для вертикальных стержней, Ом.м , задаемся длиной вертикальных электродов (стержней) из условия для 6 ручной забивки дом, для виброзабивки – дом сопротивление растеканию тока одиночного стержня, Ом, (см. рис. 3), поверхности земли до середины стержням Н – расстояние от поверхности земли до верха стержня (глубина заложения стержням предварительное количество заземлителей, шт, ней исходя из условия заложения заземляющего устройства (размеры площадки, размещение стержней по контуру или вряд) находим длину соединительной полосы, м при расположении вряд при расположении по контору где α – расстояние между стержнями удельное сопротивление грунта с учетом сезонности для соединительной полосы (табл. 3), Ом.м, Таблица 3 Коэффициент сезонности. 7 Таблица 4. Признаки климатических зон для определения коэффициентов сезонности ψ Сопротивление растеканию тока соединительной полосы, Ом, где l n – длина полосы, м b – ширина полосы, м по табл определим коэффициент использования (взаимного экранирования) вертикальных стержней ( n c ) и по табл. 6 – коэффициент использования соединительной полосы (п ); Таблица 5 Коэффициенты использования вертикальных стержнем. 8 Таблица 6 Коэффициенты использования горизонтальных полосовых заземлителей Если это условие соблюдается, то уточним количество стержней n = (n пр . n c ) / n c , коэффициенты использования стержней и полосы и окончательно определим результирующее сопротивление заземляющего устройства R з.у Более экономичный расчет дает метод, по которому выполняются расчеты по пп. 1–8 (см. пример задачи ниже, а затем определяют требуемое сопротивление группы стержней за вычетом сопротивления соединительной полосы по формуле где гс требуемое сопротивление группы стержней, Ом. Тогда количество стержней, шт. Расстояние от системы заземления до здания Задача № 1. Произвести расчет заземляющего устройства для электроустановок напряжением В. Грунт – суглинок. Стержни можно разместить по контуру цеха, имеющего в плане размеры 24 хм. Глубина заложения стержней от поверхности земли Нм. Решение 1. Примем в качестве заземлителей стержни длиной l c = 3 м из стальных труб d = 50 мм. Соединение заземлителей произведем на сварке стальной полосой шириной b = 40 мм. 2. Удельное сопротивление грунта с учетом сезонных колебаний влажности для вертикальных стержней, Ом.м, 9 3. Сопротивление растеканию тока одиночного стержня, Ом, 4. Предварительное количество заземлителей где з = 4 Ом по ПУЭ /1/. 5. Длина соединительной полосы по длине контура цехам, Удельное сопротивление грунта для соединительной полосы, Ом.м, 7. Сопротивление растеканию тока соединительной полосы, Ом, Задача № 2. Для условий предыдущей задачи произвести расчет заземляющего устройства экономичным методом. 10 Решение По конструктивным соображениям принимаем 8 стержней (по 4 вдоль каждой длинной стороны здания цеха. 3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЗАЩИТНОМ ЗАНУЛЕНИИ В электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью или глухозаземленным выводом источника однофазного тока, а также глухозаземленной средней точкой в трехпроводных сетях постоянного тока применяют за-нуление. Зануление – преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением (рис. 4). При аварийном замыкании одной из фаз на корпус оборудования в электроустановках с занулением происходит короткое замыкание (через корпус) между поврежденной фазой и нулевым проводом. Защита человека от поражения током осуществляется кратковременностью действия тока от момента замыкания фазы на корпус до отключения напряжения плавкими предохранителями или автоматическими отключателями. Отключающие устройства в соответствии с требованиями ПУЭ подбирают так, чтобы они срабатывали при возрастании токов короткого замыкания в 3 раза по отношению к номинальному току, если применяют плавкие предохранители, ив раза для автоматических выключателей (во взрывоопасных помещениях соответственно 4 и 6 раз. 11 Рис. 4. Схема защитного зануления: А,В,С – фазы электросети 0 – нулевой провод 1 – автоматические выключатели 2 – электрооборудование 3 – рабочее заземляющее устройство 4 – повторное заземляющее устройство нулевого провода. В соответствии с ГОСТ 12.1030-81 [3] защитное заземление или зануление электроустановок выполняют - при номинальном напряжении 380 В и выше переменного тока, а также 440 В и выше постоянного тока – во всех случаях - при номинальном напряжении от 42 до 380 В переменного тока и от 110 до 440 В постоянного тока – при работах в условиях с повышенной опасностью и особо опасных. Во взрывоопасных помещениях заземление или зануление электроустановок обязательно независимо от напряжения сети. 4. РАСЧЕТ ЗАНУЛЕНИЯ Расчет зануления сводится к определению отключающей способности средств защиты приближенное полное расчетное сопротивление трансформатора принимается по табл. 7 в зависимости от мощности трансформатора, номинального напряжения и схемы соединения обмоток 12 Таблица 7 Приближенные расчетные полные сопротивления Zt (Ом) масляных трансформаторов Примечание. Данные трансформаторы относятся к трансформаторам с обмотками низшего напряжения 400 /230 В. При низшем напряжении 230 /127 В значения сопротивлений, приведенных в таблице, необходимо уменьшить в 3 раза. Допустимые значения тока короткого замыкания, А, - активное сопротивление фазного провода, Ом, где ф удельное сопротивление материала фазного провода (для меди 0,018, для алюминия 0,028 Ом. мм м) ф – длина фазного проводам ф – сечение фазного провода, мм 13 - активное сопротивление нулевого защитного провода, Ом, - ток короткого замыкания, А, если это условие соблюдается, то отключающая способность средств защиты оттока короткого замыкания обеспечена. Таблица 8 Предельно допустимое пр в зависимости от времени воздействия на человека в аварийном режиме /4/ Задача № 3. Электропитание швейного полуавтомата производится с помощью четырехпроходной линии длиной l =200 мот трансформатора 6 / 0,4 кВ мощностью 100 кВА со схемой соединения обмоток Y /Y H . Линия выполнена медными фазными проводами сечением ф = 25 мм. Плотность тока в нулевом защитном проводнике 1 А / мм. Двигатель серии АС номинальной мощностью кВт, коэффициент мощности cos f =0,85, КПД. Двигатель защищен автоматом скомбинированным расцеплителем, с номинальный током вставки J пв н = А. Проверить отключающуюся способность зануления при нулевом защитном проводнике сечением 16 мм [1]. Решение 1. Приближенное полное расчетное сопротивление трансформатора принимаем по табл в зависимости от мощности трансформатора, номинального напряжения и схемы соединения обмоток, Ом, Z t =0,799 2. Допустимые значения тока короткого замыкания, А, 14 3. Активное сопротивление фазного провода, Ом, 4. Активное сопротивление нулевого защитного провода, Ом, 5. Ток короткого замыкания, А, Вывод отключающаяся способность средств защиты оттока короткого замыкания обеспечена. 5. ВЫБОР ЗАЩИТНОГО УСТРОЙСТВА Пример расчета. Проверяем второе условие выбора защитного устройства время срабатывания устройства должно быть меньше времени, указанного ГОСТ для соответствующего напряжения прикосновения (табл. 8): t ср .< t гост , где t гост – время срабатывания защиты в соответствии с требованиями ГОСТ 12. 1. 038 – 82 [4]; t ср – время срабатывания выбранного защитного устройства. 1. Рассчитываем напряжение прикосновения и по табл. 8 находим t гост = с. 2. Определяем коэффициент тока короткого замыкания 3. Выбираем по н плавкий предохранитель типа ПН2 – 100 с номинальным реальным I нр А током расцепителя (табл. 9). 4. Определяем время срабатывания плавкой вставки при Кр (табл. 9) t ср = 0,4 с. Следовательно, условие t ср < t гост тоже выполняется. 15 Таблица 9 Продолжение таблицы 9 На основании проделанных расчетов можно сделать вывод выбранный плавкий предохранитель полностью удовлетворяет требованиям, предъявленным к защитным устройствам. Произойдет надежное избирательное автоматическое отключение поврежденной установки за допустимое время. Если в результате расчета оказывается, что при замыкании фазы на корпусе электроустановки не обеспечивается ее надежное отключение от сети, то следует внести изменения в схему или конструкцию элементов системы зануления и повторить расчет. Изменения вносятся в следующем приоритетном порядке – применяется автоматический выключатель с электромагнитным расцепителем; – увеличивается сечение фазных проводов – изменяется материал проводников. 16 ЛИТЕРАТУРА 1. Правила устройства электроустановок Х изд. Индустрия, 2009, - 410 с. 2. Долин ПА. Справочник по технике безопасности. М Энергоиздат, 1984. 3. ГОСТ 12.1.030-81. ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление. 4. ГОСТ 12.1.038 – 82. ССБТ. Предельно-допустимые уровни напряжений прикосновения и токов. 5. Долин ПА. Электробезопасность, теория и практика. Мс |