Практическая работа с примером. Практическая работа. Расчет защитного заземления. Цель работы

• Название: Практическая работа. Расчет защитного заземления. Цель работы
• Дата: 25.01.2022
• Размер: 186 Kb.
• Имя файла: Практическая работа с примером.doc
• Тип: Практическая работа; #342190

Практическая работа.

Расчет защитного заземления.
Цель работы: ознакомиться с алгоритмом расчета защитного заземления методом коэффициентов использования заземлителей (электродов) по допустимому сопротивлению системы заземления растеканию тока.
Цель расчета: определение основных парамертров заземления (количества, размеров и размещения одиночных вертикальных заземлителей и горизонтальных заземляющих проводников)
1. Краткие теоретические сведения.
Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Назначение защитного заземления – устранение опасности поражения людей электрическим током при появлении напряжения на конструктивных частях электрооборудования, т.е. при замыкании на корпус.

Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус. Это достигается уменьшением потенциала заземленного оборудования, а также выравниванием потенциалов за счет подъема потенциала основания, на котором стоит человек, до потенциала, близкого по назначению к потенциалу заземленного оборудования.

Заземляющим устройством называется совокупность вертикальных заземлителей – металлических проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей, и горизонтальных заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем.

Внутри помещений выравнивание потенциала происходит естественным путем через металлические конструкции, трубопроводы, кабели и подобные им проводящие предметы, связанные с разветвленной сетью заземления.

Защитному заземлению подлежат металлические нетоковедущие части оборудования, которые из-за неисправности изоляции могут оказаться под напряжением и к которым возможно прикосновение людей. При этом в помещении с повышенной опасностью и особо опасных по условиям поражений током, а также в наружных установках заземление является обязательным при номинальном напряжении электроустановки выше 42В переменного и выше 110В постоянного тока, а в помещениях без повышенной опасности – при напряжении 380В и выше переменного 440В и выше постоянного тока. Лишь во взрывоопасных помещениях заземление выполняется независимо от назначения установки.

Различают заземлители искусственные, предназначенные исключительно для целей заземления, и естественные – находящиеся в земле металлические предметы для иных целей (проложенные в земле металлически водопроводные трубы; трубы артезианских скважин; металлические каркасы зданий и сооружений и т.п.). Запрещается использовать в качестве естественных заземлителей трубопроводы горючих жидкостей, горючих и взрывоопасных газов, а также трубопроводы, покрытые изоляцией для защиты от коррозии. Естественные заземлители обладают, как правило, малым сопротивлением растеканию тока, и поэтому использование их для целей заземления дает большую экономию. Недостатками естественных заземлителей является их доступность и возможность нарушения непрерывности соединения протяженных заземлителей.

По форме расположения заземлителей заземление бывает контурное и выносное.

В контурном заземлении все электроды располагают по периметру защищаемой территории. В выносных ( сосредоточенное или очаговое) –заземлители располагают на расстоянии друг от друга не менее длины электрода.

В соответствии с требованиями механической прочности и допустимого нагрева токами замыкания на землю в установках напряжением свыше 1000В заземляющие стальные магистральные проводники должны иметь сечение не менее 120 мм² , а в установках до 1000В – не менее 100 мм².
Дополнительная информация (извлечения из ПУЭ – «Правила устройства электроустановок», 2000г.) приведена в Приложении 2.
2. Порядок расчета.

2.1 Определяют расчетный ток короткого замыкания по формуле:

I₃ = U_л ∙ (35 l_к+l_в)/350 , А , (1)
2.2 Рассчитывают необходимое сопротивление заземляющего устройства R_з в соответствии с табл. 1¹. В случае, если R_з больше допустимого значения, то в дальнейших расчетах R_зпринимают равным допустимому значению.
2.3 Определяют расчетное удельное сопротивление грунта ρ_р:

ρ_р = ρ_изм ∙  , Ом∙ м (2)

где ρ_изм – удельное электрическое сопротивление грунта, полученное измерением или из справочной литературы (табл.2); - коэффициента сезонности, значение которого зависит от климатической зоны; (для четвертой климатической зоны со средними низшими температурами в январе от 0 до – 5 ⁰С и высшими в июле от +23 до +26 ⁰С = 1,3).

При высоком удельном сопротивлении земли применяют способы искусственного снижения ρ_измв целях уменьшения размеров и количества используемых электродов и площади территории, занимаемой заземлителем. Существенного результата достигают химической обработкой области вокруг заземлителей с помощью электролитов, либо путем укладки заземлителей в котлованы с насыпным углем, коксом, глиной.
2.4 При использовании искусственных заземлителей вначале выбирают материал, тип и размеры заземлителей.

В качестве заземлителей применяют стальные трубы с толщиной стенок 35 – 50 мм, длиной 2 – 3 м; угловую сталь толщиной не менее 4 мм; прутковую сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м. Заземлители размещают в земле вертикально на глубине 0,5 – 0,8 м и соединяют при помощи сварки горизонтальной металлической полосой шириной 20-40 мм.


       





в)
Рис.1 Схематическое изображение заземлителей: а – стержневой (трубчатый); б – уголковый.
Примечание 1 - все таблицы приведены в Приложении 1

Сопротивления одиночного вертикального стержневого заземлителя, заглубленного ниже уровня земли на t₀ ,м определяется по формуле:
, Ом (3)
где: ρ_р – расчетное удельное сопротивление грунта, Ом м;

l – длина стержня, м;

d – диаметр стержня, м;

t – расстояние от поверхности земли до середины заземлителя, м;

t₀ – глубина забивки заземлителя, м.
2.5 Определяют приближенное число заземлителей:

, шт (4)

где R_з – допустимое сопротивление защитного заземления

(по табл. 2.), Ом
2.6 По приближенному числу заземлителей – n и по отношению расстояния между заземлителями а к длине вертикального заземлителя l, определяют коэффициент использования заземлителей η_из (табл. 3); а/ l принимают равным 1; 2; З.
2.7 Предварительное определение количества заземлителей:

, шт. (5)

2.8 Сопротивление полосы (без учета коэффициента использования полосы), соединяющей одиночные вертикальные стержни заземлителя определяется по формуле:

, Ом (6)

где: b– ширина полосы, равная 20– 40 мм; l₁– длина полосы, соединяющей заземлители по контуру равна периметру Р=a· n_з, м.

Если предварительное количество заземлитетей n_з ≤ 20, то заземлители располагаются в ряд. В этом случае длина соединительной полосы определяется по формуле :

(7)

где a – расстояние между заземлителями ;

а = (1÷3)×l; l – длина вертикального заземлителя.

2.9 Сопротивление соединительной полосы с учетом коэффициента использования (табл. 4):

, Ом (8)


2.10 Уточняется необходимое сопротивление вертикальных стержневых заземлителей с учетом сопротивления полосы:

, Ом (9)
2.11 Уточненное количество заземлителей с учетом коэффициента использования заземлителей, определяется по формуле:

, шт (10)
2.12 Определяем суммарное (общее) сопротивление группового заземлителя по формуле:
Ом (11)
Расхождение между значениями общего сопротивления (R_общ) и допустимого сопротивления (R_доп) не должно превышать 20%. Для уменьшения разницы корректируют количество заземляющих электродов.
3. Примеры расчета
Пример 1.

1. Допустимое сопротивление заземляющего устройства R_доп =4 Ом

2. Тип заземления – контурное, выполнено из стальных стержней диаметром d=0,013м, длинной l=3м.

3. Горизонтальный проводник выполнен из стальной полосы b=0,04 м, l=3м.

4. Расстояние между одиночными вертикальными заземлителями а=3м, глубина заземления Н₀ =0,5м.

5. Определяем величину расчетного удельного сопротивления грунта:

Ом*м,

где Ом*м (значение берем из таблицы)

- климатический коэффициент.

6. Рассчитаем сопротивление растекания тока одиночного стержневого заземлителя:

Ом,

где l_сm – длина стержня = 2м

7. Определяем ориентировочное число заземлителей:

,

где R_доп – допустимое сопротивление защитного заземления.

8. Определяем коэффициент использования вертикальных заземлителей.



9. Уточняем количество заземлителей.



10. Определяем сопротивление соединительной полосы.

Ом,

где b_л – ширина полосы,

Н _л – глубина заложения,

а – количество заземлителей,

l _л – длина соединительной полосы.

11. Определяем общее сопротивление защитного заземления

Ом,

где η_л =0,55 – коэффициент использования полосы.

но 20%.

Следовательно, расчет выполнен верно.

Пример 2.
Допустимое сопротивление заземляющих устройств Rдоп = 4 Ом.

Выберем в качестве искусственных заземлителей стальные стержни диаметром 12 мм и длиной Lа = 3 м; в качестве соединительного контура - стальную полосу шириной 40 мм.

Расстояние между одиночными вертикальными заземлителями принимаем равным 2м, то есть а=2м; глубина заложения Н₀= 0.8 м; расстояние между параллельными полосами L=2.5м.

Р еальное заземляющее устройство представляет собой систему вертикальных электродов, соединенных горизонтальным проводником. Расположим электроды в ряд по контуру .

Рисунок 3.1.2.1 – Заземляющий контур: 1 – заземлитель; 2 – заземляющие проводники; 3 – заземленное оборудование.

Определим сопротивление грунта (q_изм.) и значение климатического коэффициента :

грунт – чернозем, q_изм. = 30 Ом_*м;

средняя влажность,  = 1,32.

Величина расчетного удельного сопротивления грунта:

q_расч. = q_изм._*  = 30_*1.32 = 39.6 Ом_*м
Сопротивление растекания тока одиночного стержня заземлителя:





где L_ст - длина стержня, см;

H – глубина заложения стержня, см;

q_расч. – расчетное удельное сопротивление грунта, Ом_*см.



Ориентировочное число заземлителей:

n = R_CT / R_доп = 220/4 = 55 штук.

По ориентировочному числу заземлителей определяем коэффициент использования вертикальных заземлителей _в, и уточняем их количество.

Сопротивление соединительной полосы :





где q_расч. – расчетное сопротивление, Ом_*см;

Ln – длина контура, см;

d – расстояние между заземлителями, см;

n – количество заземлителей, штук;

в_п – ширина полосы.





Общее сопротивление защитного заземление:

где _п – коэффициент использования горизонтального заземления.

_ст - коэффициент использования вертикального заземления

Так как R_общ. = 3,19 Ом < R_доп. = 4 Ом, произведенный расчет выполнен верно.
4. Рабочее задание
4.1 Исходные данные:

1. 
   Напряжение в трехфазной сети с изолированной нейтралью – 220/380 В.
   
2. 
   Искусственные заземлители могут быть выполнены из:
   
   • 
     стальных стержней диаметром d = 12-14 мм и длиной l = 5-10 м.;
     
   • 
     уголка стороной b = 40 x 40 мм или b = 60 x 60 мм, l = 2,5-3 м;
     
   • 
     стальных труб с диаметром d = 35 – 40 мм, l = 2,5-3 м;
     
   • 
     стальной полосы b = 20-40мм, l = 15; 25; 50м
     
3. 
   Расстояние между одиночными вертикальными заземлителями - a, м; при этом a / l =1, 2 или 3
   
4. 
   Глубина заложения (расстояние от поверхности грунта до середины вертикальных стержней) H = 0,5-0,8 м.
   
5. 
   Расстояние между параллельными полосами l = 1; 2,7; 5; 10; 15 м.
   
6. 
   Заземляющее устройство представляет систему вертикальных электродов, соединенных горизонтальным проводником.
   
7. 
   Стержни размещают по периметру P,м (контурное заземление);
   

4.2 Варианты заданий приведены в таблице.

Исходные данные	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Lв, км	10	20	15	10	10	15	15	20	15	10
Lк, км	50	60	60	60	50	60	55	60	50	60
ρизм, Ом*м	500	300	150	700	160	400	200	150	200	400
Р,м	350	230	85	150	100	350	160	130	380	250

4.3 Выполнить расчет, сформулировать выводы.
Литература

1. 
   Правила устройства электроустановок(ПУЭ), 2000 г.
   
2. 
   Безопасность жизнедеятельности/Белов С.В. и соавт., 1999 г.
   
3. 
   Методические указания по расчету вентиляции и защитного заземления в разделе «Безопасность жизнедеятельности» в дипломных проектах /Кобзарь Л.А., Трубников Ю.В. – Ростов-на-Дону: ДГТУ, 1995.