Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Электробезопасность. Расчет защитного заземления: Методические указания к выполнению практической работы

Голосов: 13

В работе изложена методика и порядок расчета защитного заземления. Методические указания предназначены для студентов всех специальностей дневной и заочной форм обучения.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
                    Министерство путей сообщения
            Департамент кадров и учебных заведений



                                     САМАРСКИЙ ИНСТИТУТ
                             ИНЖЕНЕРОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО
                                              ТРАНСПОРТА




        Кафедра безопасности жизнедеятельности и химии




                ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ.
             РАСЧЕТ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ



     Методические указания к выполнению практических работ
для студентов всех специальностей дневной и заочной форм обучения




                                      Составители: Анфилофьев Б.А.,
                                                     Скачкова Е.А.


                                      Самара 2002
УДК 628.518
      Электробезопасность. Расчет защитного заземления: Методические указания к
выполнению практической работы. - Самара: СамИИТ, 2002. - с
      Утверждено на заседании кафедры протокол № 5 от 4.02.02 г.


      Печатается по решению редакционно–издательского совета института.




      В работе изложена методика и порядок расчета защитного заземления.
      Методические указания предназначены для студентов всех специальностей
      дневной и заочной форм обучения.




      Составители: Анфилофьев Борис Алексеевич
                  Скачкова Елена Анатольевна




        Рецензенты: Начальник службы охраны труда КБШ ж/д,
                    Турченко Алексей Иванович;
                    доцент каф.БЖДХ СамИИТа Зигнаншин Рафик Закирович




   Подписано в печать 10.04.02 Формат 68х84 1/16
   Бумага писчая. Печать оперативная. Усл.п.л.2
   Тираж 100 экз. Заказ № 40


   © Самарский институт инженеров железнодорожного транспорта
                                          1.   Основные понятия

       Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение с землей или
ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под
напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное
влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциалов, разряд молнии, наведение
статического электричества и др.).
       Принцип действия защитного заземления можно уяснить на примере схемы
питания электроустановки (рис. 1). Человек, с сопротивлением тела Rчел., касаясь корпуса
электроустановки, на которой произошел пробой изоляции, оказывается под защитой
сопротивления заземления rз, которое включено параллельно Rчел. Так как Rчел.>rз, то ток
короткого замыкания протекает по пути наименьшего сопротивления, т.е. через
заземлитель и ток Iчел < Iзаз.




             Рис.1. Принцип действия защитного заземления:Rчел - электрическое
сопротивление человека;rз - сопротивление заземлителя; r1 и r2 - сопротивление изоляции
  проводов 1 и 2, соответственно;Iк.з. - ток короткого замыкания; Iк.з. =Iзаз + Iзаз. Iзаз - ток,
     протекающий через заземлитель; Iчел - ток, протекающий через тело человека

       В заземляющее устройство входит заземлитель - металлический проводник или
группа проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с грунтом, и
заземляющие проводники, соединяющие заземляемые части электроустановки с
заземлителем.
       В зависимости от расположения заземлителей по отношению к заземляемому
оборудованию заземление бывает выносным и контурным (рис.2). Заземлители
выносных заземлений располагают сосредоточенно на расстоянии свыше 20 м от
заземляемого оборудования, т. е. вне зоны растекания тока замыкания на землю.
Заземлители контурного заземления располагают по периметру и внутри площадки, на
которой установлено заземляемое оборудование. Все эти заземлители электрически
соединены друг с другом.
       Заземлители могут быть естественными и искусственными. Искусственные
заземлители выполняются в виде электродов (рис.3). В таблице 1 приведены
минимальные размеры стальных заземлителей и заземляющих проводников, в таблице
1.2 - наименьшие сечения медных и алюминиевых заземляющих проводников в


электроустановках напряжением до 1000 В, Наибольшие допустимые сопротивления
заземляющих устройств приведены в таблице 3.




       Рис. 2. Схема защитного заземления:1, 6 - заземлители, 2 - электроустановки, 3 -
заземляющие проводники, 4 -внешний контур заземления, 5 - помещение с размещенным
                               электрооборудованием




                                     Рис.3. Заземлители

                                                       Таблица 1
              Минимальные размеры стальных заземлителей и заземляющих
                              проводников, мм
               Заземлитель                   Место расположения

                                           В зданиях    В наружных      в земле
                                                        установках
     1. Круглые, диаметром, мм                 5             6            10
     2. Прямоугольные,
                      сечением, мм2           24            48            48
                      толщиной, м              3             4            4
     3. Угловая сталь с толщиной
        полос, мм                              2            2,5            4
     4. Стальные водогазопроводные
        (некондиционные) трубы с
        толщиной стенок, мм                   2,5           2,5           3,5


                                                           Таблица 2
            Наименьшие сечения медных и алюминиевых заземляющих
             проводников в электроустановках напряжением до 1000 В
                   Проводники                          Сечением, мм
                                                   медь      Алюминий
 1.   Без изоляции при открытой прокладке            4               6
 2.   Изолированные                                 1,5            2,5
 3.   Заземляющие       жилы     кабелей   или
      многожильных проводов, находящихся в
      общей защитной оболочке со средними
      жилами                                         1             1,5

        Заземляющий проводник присоединяется к заземлению сваркой внахлестку не
менее чем в двух местах. Длина нахлестки должна быть равна двойной ширине
проводника при прямоугольном сечении, а при круглом - шести диаметрам. Болты
(винты, шпильки) для крепления заземляющего проводника должны изготовляться из
стойкого в отношении коррозии металла.
                                                                             Таблица 3
              Наибольшие допустимые сопротивления заземляющих устройств
                         Установка                            Сопротивление
                                                        заземляющего устройства,
                                                                     Ом
   1. Электроустановки напряжением 3-35 кВ и опоры
   воздушных линий, на которых установлены силовые и       125/Iз, но не более 10
   измерительные трансформаторы, при одновременном
   использовании заземляющих устройств для установок
   напряжением 1000 В
   2. То же, для установок выше 1000 В                    250/Iз, но не более 10
  3. Электроустановки напряжением до 1000 В с
  заземленной и изолированной нейтралью или при
  мощности установок более 10 кВ⋅А                                    4
  4.    То    же,    при    мощности   генераторов    и              10
  трансформаторов, электроустановок не более100 кВ⋅А
  5. Железобетонные и металлические опоры воздушных
  линий напряжением 3-35 кВ при удельном
  сопротивлении земли, Ом⋅м (в населенной местности).
  до 100                                                             10
  от 100 до 500                                                      15
  от 500 до 1000                                                     20
  более 1000                                                         30

  6. Железобетонные и металлические опоры воздушных
  линий напряжением до 1000 В:
  при изолированной нейтрали,                                        50


  при заземленной нейтрали                                Опоры         заземляются
                                                          присоединением к нулевому
                                                          проводу.
  7. Повторное заземление нулевого провода в сети
  380/220 В.                                                         30
  8. Защитное заземление от статического электричества          Не более 100
  (металлическое и неметаллическое оборудование).
  9. Защитное заземление от электростатической                      Не более 10
  индукции
  10. Молниезащита от прямых ударов молнии:
  для каждого токоотвода на объектах 1 -2 категории,                    10
  для наружных установок 2 категории,                                   50
  для каждого токоотвода на объектах 3 категории,                       20
  для труб, водонапорных башен, насосных башен и                        50
  пожарных вышек

                                       2. Расчет заземления

      Расчет производится в следующей последовательности:
      1) Определяется норма сопротивления заземления Rн по таблице 3;
      2) Определяется расчетное удельное сопротивление грунта, в котором
предполагается размещать электроды заземления, по данным таблиц 4 и 5;

                             ρрасч = ρ⋅k;                     (1)

       3) Определяется предварительно конфигурация заземлителя (в ряд или по
контуру) с учетом возможности размещения его на отведенной территории, участке.
       4) Выбирается тип и размеры заземлителей.
       6) Определяется сопротивление растеканию тока одного заземлителя RB по
соответствующим формулам таблицы 6.
       8) Определим необходимое количество вертикальных заземлителей n методом
подбора
                                     RB
                             n=            ,                  (2)
                                  η B ⋅ RН

где η В - коэффициент использования вертикальных заземлителей, при помощи которого
учитывают явление взаимного экранирования электрических полей отдельных
электродов, зависит от числа заземлителей и от отношения расстояния между
вертикальными заземлителями к их длине - а;
По η В = 1 находят исходное число n1, для n1 по таблице 7 находят η В 1 , подставляют в
формулу 2 находят n2, и т.д. до получения разницы ni − ni −1 < 1 ;
        9) Определяется сопротивление Rг растеканию тока горизонтального электрода
по соответствующей формуле, табл. 6.
          Lг - длина горизонтального электрода, м Lг = 1,05 ⋅ a ⋅ n ;
        10) Определяется сопротивление растеканию тока искусственных заземлителей:


                                                   Rв ⋅ R г
                                      ′
                                     Rи =                            ,
                                            R в ⋅η г + R г ⋅ η в ⋅ n
где ?г - коэффициент использования горизонтального электрода с учетом вертикальных
электродов, определяется по табл. 8;
        ηв - коэффициент использования вертикальных электродов (по табл. 7);
        n - число вертикальных электродов;
        Полученное сопротивление электродов не должно превышать нормативное
сопротивление R'и< Rн .
        Если это условие не удовлетворяется, то необходимо выбрать другие параметры
заземлителей или изменить их количество и провести перерасчет.
        В заключение расчета приводится схема размещения заземлителей.
                                                                             Таблица 4

                             Удельные сопротивления грунта

     Грунт, вода           Удельное                                        Удельное
                        сопротивление,             Грунт, вода           сопротивление,
                            Ом⋅м                                             Ом⋅м

 Торф                        20             Гравий,                          2000
                                            щебень
 Чернозем                    30             Каменистый грунт                 4000
 Садовая земля               50             Скалистый грунт                 104-107
 Глина                       60             Вода морская                     0,2-1
Суглинок                     100            Вода речная                     10-100
Лесс                         250
Супесок                      300            Вода прудовая                    40-50
Песок                        500            Вода грунтовая                   20-70

                                                                                      Таблица 5
                   Значение сезонных повышающих коэффициентов К


    Данные, характеризующие                   Климатические зоны
    климатические зоны и тип
    применяемых электродов             1         2       3          4

                        1. Климатические признаки зон
Средняя температура января           -15÷-20 -10÷-14    0÷-10       0÷6
Средняя температура июля              16-18   18-22     22-24      24-26
Продолжительность замерзания        170-190    150       100         0
воды, дней
                        2. Значение коэффициента К
1. При применении вертикальных
электродов длиной 3 м и глубиной
заложения t=0,7-0,8 м                 1,65      1,45    1,3         1,1
2. То же при длине электродов 5 м     1,35      1,25    1,15        1,1
3. То же при применении
горизонтальных электродов длиной
20 м и t=0,7-0,8 м                     5,5      3,5      2,5        1,5
4. То же при длине электродов 50 м     4,5      3,0      2,0        1,4


                                                              Таблица 6
       Формулы для вычисления сопротивления единичных заземлителей


                                                                        Таблица 7
       Коэффициенты использования вертикальных электродов ηВ группового
       заземления (труб, уголков и т.п.) без учета влияния полосы связи

     Число        Отношение расстояний между электродами к их длине
 заземлителей n       1         2        3        1         2           3
                   электроды размещены в ряд    электроды размещены по
                           (рис. 1.4, а)           контуру (рис. 1.4, б)

      2             0,85      0,91      0,94       -         -         -
      4             0,73      0,83      0,89     0,69      0,78      0,85
      6             0,65      0,77      0,85     0,61      0,73      0,80
      10            0,59      0,74      0,81     0,56      0,68      0,76
      20            0,48      0,67      0,76     0,47      0,63      0,71
      40              -         -         -      0,41      0,58      0,66
      60              -         -         -      0,39      0,55      0,64
      100             -         -         -      0,36      0,52      0,62


                                                                     Таблица 8
      Коэффициенты использования ηг горизонтального полосового электрода,
  соединяющего вертикальные электроды (трубы, уголки и т. п.) группового
                              заземлителя
                          (электроды размещены в ряд)
 Отношение расстояний          Число вертикальных электродов
 между вертикальными    2        4       6       10      20      40,60,
электродами к их длине                                            100
Вертикальные электроды
   размещены в ряд
       (рис.1.4)
          1            0,85     0,77    0,72    0,62    0,42       -
          2            0,94     0,80    0,84    0,75    0,56       -
          3            0,96     0,92    0,88    0,82    0,68       -
                       (электроды размещены по контуру)
 Отношение расстояний между           Число вертикальных электродов
вертикальными электродами к их
            длине                2    4    6    10 20 40 60         100
   Вертикальные электроды
    размещены по контуру
         (рис. 1.4, б)
                   1             -   0,45 0,40 0,34 0,27 0,22 0,20   0,19
                   2             -   0,55 0,48 0,40 0,32 0,29 0,27   0,23
                   3             -   0,70 0,64 0,56 0,45 0,39 0,36   0,33



                                                                        Таблица 9


       Коэффициенты использования ηг.п. параллельно уложенных горизонтальных
   полосовых электродов группового заземлителя (ширина полосы L=20÷40 мм;
                   глубина заложения tо=0,3-0,8 м) (рис. 4, в)
   Длина       Число        Расстояние между параллельными полосами, м
  каждой параллельных
                            1         2,5         5           10    15
 полосы (м)    полос
     15          2         0,63      0,75       0,83         0,92  0,96
                 5         0,37      0,49       0,60         0,73  0,79
                10         0,25      0,37       0,49         0,64  0,72
                20         0,16      0,27       0,39         0,57  0,64
     25          5         0,35      0,45       0,55         0,66  0,73
                10         0,23      0,31       0,43         0,57  0,66
                20         0,14      0,23       0,33         0,47  0,57
     50          2         0,60      0,69       0,78         0,88  0,93
                 5         0,33      0,40       0,48         0,58  0,65
                10         0,20      0,27       0,35         0,46  0,53
                20         0,12      0,19       0,25         0,36  0,44




           Рис. 4. Пример схемы размещения заземлителей при контурном заземлении
                                        ЗАДАНИЕ
        В целях защиты от поражения электрическим током необходимо заземлить
электрооборудование, питающееся от низковольтного щита подстанции. Электрическая
сеть с изолированной нейтралью с напряжением 380/220 В.
          Исходные данные                                Вариант
                                      1    2    3    4    5    6    7    8    9  0
 Климатическая зона                   I    II III IV      I    II III IV      I  II
 Глубина заложения заземлителя от
 поверхности земли, м                100 95 90 85 80 75 70 75 80 85
 Длина вертикального электрода, см 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285
 Наружный диаметр электрода, см       5    6    5    6    5    6    5    6    5  6
 Род грунта                           п    с    г    ч    г    т    п    с    г  ч
                                      е    у    л    е    р    р    е    у    л  е
                                      с    г    и    р    а    ф    с    г    и  р
                                      о    л    н    н    в         о    л    н  н
                                      к    и    а    о    и         к    и    а  о
                                           н         з    й              н       з
                                           о         е                   о       е
                                           к         м                   к       м

Расчет заземления можно произвести с помощью ЭВМ. Ниже представлена программа,



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика