ДИплом изм.1. (2). Темой дипломного проекта является энергоснабжение умного дома

• Название: Темой дипломного проекта является энергоснабжение умного дома
• Дата: 19.01.2022
• Размер: 1.46 Mb.
• Имя файла: ДИплом изм.1. (2).docx
• Тип: Диплом; #335730
• страница: 6 из 7

Расчет контура заземления

Расчет заземляющего контура производиться для определения типов заземлителей их конструкции, количества и место размещения.

Основные условия, которых необходимо придерживаться при сооружении заземляющих устройств это размеры заземлителей.

В зависимости от используемого материала (уголок, полоса, круглая сталь) минимальные размеры заземлителей должны быть не меньше:

а) полоса 12х4 - 48 мм²;

б) уголок 4х4 см;

в) круглая сталь - 10мм²;

г) стальная труба (толщина стенки) - 3.5 мм.

Минимальные размеры арматуры, применяемые для монтажа заземляющих устройств рисунок 2.

Рисунок 2- Заземляющий стержень

Длина заземляющего стержня должна быть не меньше 1.5 - 2 м.

Расстояния между заземляющими стержнями берется из соотношения их длины, то есть: a=1хL; a= 2хL; a= 3хL.



Рисунок 3- Расстояние между стержнями

В зависимости от позволяющей площади и удобства монтажа заземляющие стрежни можно размещать в ряд, либо в виде фигуры (треугольник, квадрат и т.п.).Цель расчета защитного заземления

Основной целью расчета заземления является определить число заземляющих стержней и длину полосы, которая их соединяет.

Пример расчета заземления

Сопротивление растекания тока одного вертикального заземлителя (стержня):

𝑅<sub>0

=</sub> ^𝜌экв

2𝐿

∗ �ln �

� + 0.5 ln �

4Т+𝐿

��, (15)

2𝜋∗𝐿 𝑑 4𝑇−𝐿

где 𝜌_экв - эквивалентное удельное сопротивление грунта, Ом·м;

L- длина стержня, м;

𝑑- его диаметр, м;

Т- расстояние от поверхности земли до середины стержня, м.

В случае установки заземляющего устройства в неоднородный грунт (двухслойный), эквивалентное удельное сопротивление грунта находится по формуле:

^𝜌экв

₌ 𝜓∗𝜌₁∗𝜌₂∗𝐿 _{, (16)}

�𝜌₁⁽𝐿−𝐻+𝑡_𝑟⁾+𝜌₂⁽𝐻−𝑡_𝑟⁾�

где 𝜓 - сезонный климатический коэффициент ;

𝜌₁, 𝜌₂-удельное сопротивления верхнего и нижнего слоя грунта соответственно, Ом·м (таблица 5);

Н- толщина верхнего слоя грунта, м;

t- заглубление вертикального заземлителя (глубина траншеи) t = 0.7 м.

Так как удельное сопротивление грунта зависит от его влажности, для стабильности сопротивления заземлителя и уменьшения на него влияния климатических условий, заземлитель размещают на глубине не менее 0.7 м.

Таблица 5 - Удельное сопротивление грунта

Грунт	Удельное сопротивление грунта, Ом·м
Торф	20
Почва (чернозем и др.)	50
Глина	60
Супесь	150
Песок при грунтовых водах до 5 м	500
Песок при грунтовых водах глубже 5 м	1000

Заглубление горизонтального заземлителя можно найти по формуле:

𝐿

𝑇 = � � + 𝑡 . (17)

2

Монтаж и установку заземления необходимо производить таким образом, чтобы заземляющий стержень пронизывал верхний слой грунта полностью и частично нижний.

Таблица 6 - Значение климатического коэффициента сопротивления грунта

Тип заземляющих электродов	Климатическая зона
	I	II	III	IV
Стержневой (вертикальный)	1.8 ÷ 2	1.5 ÷ 1.8	1.4 ÷ 1.6	1.2 ÷ 1.4
Полосовой (горизонтальный)	4.5 ÷ 7	3.5 ÷ 4.5	2 ÷ 2.5	1.5
Климатические признаки зон
Средняя многолетняя низшая температура (январь) по С	от -20+15	от -14+10	от -10 до 0	от 0 до +5
Средняя многолетняя высшая температура (июль) по С	от +16 до +18	от +18 до +22	от +22 до +24	от +24 до +26

Количество стержней заземления без учета сопротивления горизонтального заземления находится по формуле:

𝑛₀

= ^𝑅0∗𝜓, (18)

𝑅_𝐻

где 𝑅_𝐻 - нормируемое сопротивление растеканию тока заземляющего устройства, определяется исходя из правил ПТЭЭП (Таблица 7).

Таблица 7 - Наибольшее допустимое значение сопротивления заземляющих устройств (ПТЭЭП)

Характеристика электроустановки	Удельное сопротивление грунта ρ, Ом·м	Сопротивление Заземляющего устройства, Ом
Искусственный заземлитель к которому присоединяется нейтрали генераторов и трансформаторов, а также повторные заземлители нулевого провода (в том числе во вводах помещения) в сетях с заземленной нейтралью на напряжение, В:
660/380	до 100	15
	свыше 100	0.5·ρ
380/220	до 100	30
	свыше 100	0.3·ρ
220/127	до 100	60
	свыше 100	0.6·ρ

Как видно из таблицы нормируемое сопротивления для нашего случая должно быть не больше 30 Ом. Поэтому Rн принимается равнымRн = 30 Ом.

Сопротивление растекания тока для горизонтального заземлителя:

𝑅 = 0.366 � _{𝐿 ∗𝑦}
𝜌_экв∗𝜓

𝑟

𝑟 𝑟
2


2∗𝐿
� ∗ lg �^𝑟�, (19)

𝑏∗𝑡

где 𝐿_𝑟, b- длина и ширина заземлителя;

𝜓- коэффициент сезонности горизонтального заземлителя;

𝜂_𝑟- коэффициент спроса горизонтальных заземлителей .

Длину самого горизонтального заземлителя найдем исходя из количества заземлителей:

𝐿_𝑟 = 𝑎 ∗ ⁽𝑛₀ − 1⁾ - в ряд;𝐿_𝑟 = 𝑎 - по контуру.

а- расстояние между заземляющими стержнями.

Определим сопротивление вертикального заземлителя с учетом сопротивления растеканию тока горизонтальных заземлителей:

𝑅_в

= ^{𝑅𝑟∗𝑅𝐻} . (20)

⁽𝑅_𝑟−𝑅_𝐻⁾

Полное количество вертикальных заземлителей определяется по формуле:

𝑛 =^𝑅0 , (21)

𝑅_в∗𝑦_в

где 𝜂_в- коэффициент спроса вертикальных заземлителей (таблица 8). Таблица 8 - Коэффициент используемых заземлителей

Для горизонтальных заземлителей				Для вертикальных заземлителей
Число электродов	По контуру			Число электродов	По контуру
	Отношение расстояния между электродами к их длине a/L				Отношение расстояния между электродами к их длине a/L
1	2	3	4	5	6	7	8
4	0,45	0,55	0,65	4	0,69	0,78	0,85
5	0,4	0,48	0,64	6	0,62	0,73	0,8
8	0,36	0,43	0,6	10	0,55	0,69	0,76
10	0,34	0,4	0,56	20	0,47	0,64	0,71
20	0,27	0,32	0,45	40	0,41	0,58	0,67
30	0,24	0,3	0,41	60	0,39	0,55	0,65
50	0,21	0,28	0,37	100	0,36	0,52	0,62
70	0,2	0,26	0,35	-	-	-	-
Числоэлектродов	В ряд			Числоэлектродов	В ряд
	Отношение расстояния между электродами к их длине a/L				Отношение расстояния между электродами к их длине a/L
4	0,77	0,89	0,92	2	0,86	0,91	0,94
5	0,74	0,86	0,9	3	0,78	0,87	0,91
8	0,67	0,79	0,85	5	0,7	0,81	0,87
10	0,62	0,75	0,82	10	0,59	0,75	0,81

Окончание таблицы 8

20	0,42	0,56	0,68	15	0,54	0,71	0,78
30	0,31	0,46	0,58	20	0,49	0,68	0,77
50	0,21	0,36	0,49	-	-	-	-
65	0,2	0,34	0,47	-	-	-	-

Коэффициент использования показывает, как влияют друг на друга токи растекания с одиночных заземлителей при различном расположении последних. При соединении параллельно, токи растекания одиночных заземлителей оказывают взаимное влияние друг на друга, поэтому, чем ближе расположены друг к другу заземляющие стержни, тем общее сопротивление заземляющего контура больше.

Полученное при расчете число заземлителей округляется до ближайшего большего.

В нашей работе принимаем к установке 4 вертикальных заземлителей, общая длина горизонтального заземлителя 70 м при среднем расстоянии между вертикальными заземлителями 5 м. Длинна вертикального заземлителя 3метра.

6. Выбор аппаратов защиты электрической цепи

1. 
   Конструктивные особенности УЗИП.
   

УЗИП - Устройства защиты от импульсных перенапряжений представляет собой платформу (С) со сменным модулем (В), внутри которого находятся варисторы. При их выходе из строя индикатор (А) изменит цвет на красный. Устройство УЗИП показано на рисунке 4.

УЗИП достаточно защищен от удара молнии электрической сети и электрических устройств, а так же от удаленного короткого замыкания. УЗИПы обладают различными названиями: ограничитель перенапряжений сети - ОПС, ограничитель импульсных напряжений - ОИН, но каждый из них обладают одинаковые возможностями и принципом работы.

В естественном режиме работы в цепи с напряжением составляющем 220 Вольт, при таком значение ОИН имеет высокий показатель сопротивления измеряющимся тысячами МегаОм, такое высокое сопротивление варистора мешает протеканию тока через ОИН.



Рисунок 4 - Устройства защиты от импульсных перенапряжений.

Особенностью УЗИП является необходимость замены модулей при выходе варисторов из строя (что довольно просто). Конструкция модулей выполнена таким образом, что установить их на платформу с другим номиналом невозможно. Единственный серьезный недостаток связан с характерными особенностями варисторов. Им необходимо время, чтобы остыть, многократное попадание грозового разряда существенно усложняет этот процесс.

Защита должна быть организована таким образом, чтобы после

срабатывания можно было оперативно привести ее в рабочее состояние. Этому

24

требованию, как нельзя лучше отвечают УЗИП. На их основе организуется многоуровневая система защиты внутренних линий дома.

2. 
   Расчет и выбор автоматических выключателя Условия выбора автоматического выключателя:
   

По напряжению установки: U_н.авт≥U_н.уст; По роду тока и его значению: I_н.авт≥I_н.уст;

По коммутационной способности: I_ср.авт≥k'·I_пик,

где U_н.авти U_н.уст - номинальное напряжение автоматического выключателя и установки, В;

I_н.авти I_н.уст- номинальный ток автоматического выключателя и установки, А;

I_ср.авт- ток срабатывания автоматического выключателя, А;

k' - поправочный коэффициент, k'=1,4 (при ‚ I_пик<100 А) и k'=1,25 (при I_пик>100 А);

I_пик - пиковый ток установки, А.

Выбор вводного автоматического выключателя IОпределить номинальные токи устоновки:

I_н=1000·Р_н/1,73·U_н, (1.1)

где Р_н - мощность умного дома, кВт; Р_н1=1 кВт; U_н - питающее напряжение, В; U_н1=220 В;

I_н1=1000·1/1,73·220=2,62 А

IIОпределить номинальный ток установки:

^Iн.уст^=Iн.дв1 ^(1.2)

I_н.уст=2,62=2,62 А

III Определить пиковый ток линии:

I_пик=I_н.уст-I_н.б·(1-k_п), (1.3)

где I_н.б - номинальный ток наибольшей установки. Принимаем равным за I_н.б=0,5А;

k_п - кратность пусковом тока наибольшей установки. k_п=0,8 А

I_пик=2,62-0,5·(1-0,8)=0,42 А

IVОпределить коммутационную способность автоматического выключателя:

I_ср.авт=k'·I_пик, (1.4)

I_ср.авт=1,4·0,42=0,58 А

Исходя из расчетной выбираем автоматический выключатель марки УЗИ ПОИН напряжением на 220 В, номинальным током 5 А, ток мгновенного срабатывания 1 А, степень защиты ограничителя IP20, срок службы не менее10 лет .

220 В=220 В

0,42А<5 А

0,58 А<1 А