«Розрахунок системи захисного заземлення»

Лабораторна робота №5

«Розрахунок системи захисного заземлення»

Мета виконання лабораторної роботи: дослідити основні характеристики, умови застосування та функціонування системи захисного заземлення. Розрахувати систему захисного заземлення обладнання напруженням до 1000В методом коефіцієнта використання електродів.

Завдання:

- згідно зі своїм варіантом (за списком в журналі академгрупи) вибрати початкові параметри для розрахунку;

- ознайомитись з теоретичними положеннями;

- розрахувати систему захисного заземлення методом коефіцієнта використання електродів;

- накреслити план розташування заземлювачів.

1. Теоретичні положення.

Захисним заземленням називається навмисне електричне з¢єднання із землею металевих неструмопровідних частин, які можуть бути під напругою.

Принцип дії захисного заземлення – зниження напруги між корпусом, який опинився під напругою, та землею до безпечного значення. Якщо корпус електрообладнання не заземлений і він опинився в контакті з фазою, то дотик до такого корпусу рівносильний дотику до фази. В цьому випадку струм, який проходить крізь людину може досягти небезпечних значень.

Заземлювальним пристроєм називають сукупність конструктивно об'єднаних заземлювальних провідників та заземлювача. Заземлювач - це провідник або сукупність електрично з'єднаних провідників, які перебувають у контакті із землею, або її еквівалентом. Заземлювачі бувають природні та штучні. Як природні заземлювачі використовують електропровідні частини будівельних і виробничих конструкцій, а також комунікацій, які мають надійний контакт із землею (водогінні та каналізаційні трубопроводи, фундаменти будівель і т. п.). Для штучних заземлювачів використовують сталеві труби діаметром 35-50 мм (товщина стінок не менше 3,5 мм) та кутники (40x40 та 60x60 мм) довжиною 2,5-3,0 м, а також сталеві прути діаметром не менше ніж 10 мм та довжиною до 10 м. В більшості випадків штучні вертикальні заземлювачі знаходяться у землі на глибині 0,5-0,8 м. Вертикальні заземлювачі з'єднують між собою штабою з поперечним перерізом не менше ніж 4x12 мм або прутком з діаметром не менше ніж 6 мм за допомогою зварювання. Приєднання заземлювального провідника до корпуса устаткування здійснюється зваркою або болтами. Об'єкти, що підлягають заземленню приєднуються до магістралі заземлення виключно паралельно за допомогою окремого провідника.

По розташуванню заземлювачів відносно заземлених корпусів заземлення поділяють на виносне та контурне.

Виносне заземлення. Заземлювачі розташовують на деякому віддаленні від заземлює мого обладнання. Тому заземлені корпуса знаходяться зовні поля розтікання струму на землі, і людина, яка доторкається до корпуса, попадає під повну напругу відносно землі. Виносне заземлення захищає тільки за рахунок малого опору заземлювача.

Контурне заземлення. Заземлювачі розташовують по контуру навколо заземленого обладнання на невеликої відстані один від одного. Поля розтікання заземлювачів накладаються, і будь-яка точка поверхні ґрунту всередині контуру має значний потенціал. Внаслідок цього різниця потенціалів між точками, що знаходяться всередині контуру, знижується.

Опір захисного заземлення в електроуста­новках напругою до 1000 В і потужністю понад 100 кВА не повинен перевищувати 4 Ом. Ця норма обумовлена величиною напруги, яка виникає між корпусом заземленого устаткування та землею у випадку пробою ізоляції, при якій струм, що проходить через людину, якщо вона дотор­кається до устаткування, є безпечним. Такою напругою замикання U_з прийнято вважати напругу до 42 В, а оскільки найбільший можливий струм замикання на землю в електроустановках до 1000 В становить 10 А, то максимально допустимий опір заземлення дорівнює

Відповідно до Правил улаштування електроустановок (ПУЕ) захисне заземлення належить виконувати: при напрузі змінного струму 380 В і вище та 440 В і вище для постійного струму — у всіх електроустановках; при номінальних напругах змінного струму вище 42 В та постійного струму вище 110 В - лише в електроустановках, що знаходяться в приміщеннях з підвищеною небезпекою, особливо небезпечних, а також у зовнішніх електроустановках; при будь-якій напрузі змінного та постійного струму - у вибухонебезпечних установках.

2. Порядок виконання.

Для визначення напруги дотику або кроку скористаємося наступними формулами:

U_кр.гр = U_дот.гр. = І_л.гр.×R_л

де U_дот.гр. – гранична напруга дотику, В;

U_кр.гр. – гранична напруга кроку, В;

І_л.гр. – граничний струм, який протікає через людину, А

(таблиця 1);

R_л – опір людини, Ом.

Опір людини приймається R_л=1000 Ом.

Найбільший допустимий струм, який протікає через людину при частоті 50 Гц і при його дії не більше t сек (час спрацьовування захисних систем) приймається по табл. 1.

Як розрахунковий опір заземлювача в однорідному ґрунті R_з (по методу коефіцієнта використовування електродів) по напрузі дотику і кроку вибирають менше значення, одержане при розрахунку по формулах:

R_з1 = U_дот.гр./(I_з×α₁×α₂);

R_з1 = U_кр.гр./(I_з×β₁×β₂)

де I_з – розрахунковий струм замикання на землю, А;

α₁, α₂ – коефіцієнти напруги дотику;

β₁, β₂ - коефіцієнти напруги кроку.

Значення α₁, β₁ вибираються виходячи з типу заземлителя. Задаємося як тип заземлителя – груповий вертикальний. Стрижньові електроди, розташовані в ряд і сполучені смугою. Тоді α₁=1, β₁=0,6.

Коефіцієнти α₂, β₂ визначаються з рівнянь:

α₂=R_л/(R_л+1,5×ρ_р);

β₂=R_л/(R_л+6×ρ_р)

де ρ_р – розрахунковий питомий опір підстави, на якій стоїть людина, Ом·м.

З розрахованих двох значень R_з вибираємо якнайменше значення.

Оскільки електроустановки мають ізольовану нейтраль, то доцільно встановити виносні заземлители. Виносні заземлители складаються з вертикальних електродів, сполучені горизонтальними електродами. Оскільки будівля окремо стоячі то вони будуть розташовані на відстані близько 1 м від стіни будівлі. В результаті укладається горизонтальний електрод з вертикальними електродами. Корпуси заземлюємого устаткування приєднуватимуться до магістралей заземлення, прокладеної усередині будівлі, і приєднаної до заземлителю за допомогою заземлюючих пристроїв не менше ніж в двох місцях.

Для розрахунку заземлювача скористаємося методом коефіцієнта використовування електродів.

Визначаємо розрахунковий питомий опір землі, в якому будуть розміщені електроди заземлителя з урахуванням кліматичного коефіцієнта:

ρ= ρ_р.· ψ

де ψ – розрахунковий кліматичний коефіцієнт землі (табл.2).

З врахуванням опору природних заземлювачів розрахунковий опір штучного заземлювача R_з буде дорівнювати:

Як тип вертикального електроду вибираємо стрижневий електрод круглого перетину в землі.

Визначаємо опір розтіканню струму одного заземлителя по формулі:

,

де d – діаметр електроду, м;

l – довжина електроду в землі, м;

t = t₀ + l/2

Визначимо необхідну кількість вертикальних електродів по формулі:

n = R_в / (R_з.· η_в.);

де η_в – коефіцієнт використовування вертикальних електродів.

Приймаємо найближче найбільше ціле значення n.

Довжина горизонтального електроду, який використовується для зв'язку вертикальних електродів по контуру – L, м; визначимо по формулі:

L=1,05·a·n

де а – відстань між вертикальними електродами, м;

n – кількість вертикальних електродів.

Опір розтікання струму горизонтального електроду – R_г., м; визначаємо по формулі:

,

Еквівалентний опір протіканню струму штучного заземлювача визначається по формулі:

,

де η_г - коефіцієнт використання горизонтального електроду.

Повинна виконуватися нерівність R_шт < R_з.

Накреслити план розташування заземлювачів.

Таблиця 1

Рід струму	Граничне значення струму, мА при тривалості його дії, сек.
0,1	0,3	0,5	0,7
50 Гц

Питомий електричний опір ґрунтів та кліматичні коефіцієнти

Таблиця 2

Грунт	Питомий опір rр, Ом×м	Кліматичний коефіцієнт y
Суглинок		1,5
Глина		1,3
Садова земля		1,3
Чорнозем		1,32
Супесь		1,5

3. зміст звіту з практичного завдання.

Звіт з виконання практичного завдання повинен містити:

- теоретичні положення;

- основні розрахункові формули;

- розрахунок системи захисного заземлення;

- план розташування заземлювачів.

Параметри	Варіанти
Розміри території підприємства, м: А В
Струм замикання на землю, А
Час спрацьовування захисних систем, t сек	0,1	0,3	0,5	0,7	0,1	0,3	0,5	0,7	0,1	0,3	0,5	0,7	0,1	0,3	0,5	0,7	0,1	0,3	0,5	0,7
Вид ґрунту	Сугли- нок	Глина	Садо-ва земля	Чорно- зем	Супесь	Сугли-нок	Садо-ва земля	Чорно- зем	Сугли- нок	Глина	Садо-ва земля	Чорно- зем	Супесь	Сугли-нок	Чорно-зем	Глина	Сугли- нок	Глина	Чорно- зем	Супесь
Опір природних заземлювачів Rпр, Ом
Вертикальні електроди: Довжина стрижня l, м Діаметр стрижня d, мм			4,5	3,5	4,2	4,4	4,6			4,5	3,8	4,2	4,4	4,6		4,2	4,4	4,6		5,2
Глибина закладення електродів t0, м	0,8	0,7	0,6	0,85	0,75	0,65	0,8	0,7	0,6	0,85	0,75	0,65	0,8	0,7	0,6	0,85	0,75	0,65	0,7	0,6
Розмір горизонтальних електродів b, мм
Коефіцієнт використання вертикальних електродів hв	0,45	0,52	0,56	0,68	0,48	0,54	0,42	0,64	0,58	0,6	0,7	0,65	0,72	0,5	0,48	0,56	0,62	0,65	0,68	0,7
Коефіцієнт використання горизонтальних електродів hг	0,7	0,75	0,8	0,85	0,72	0,74	0,76	0,78	0,8	0,82	0,84	0,68	0,7	0,75	0,8	0,78	0,74	0,75	0,8	0,7

Дата добавления: 2015-09-29