 |
Расчет защитного заземления
|
|
|
|
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
В настоящее время широко используются трехфазные трехпроводные сети с изолированной нейтралью и трехфазные четырехпроводные сети с глухозаземленной нейтралью, в которых основной защитой от электротравм и нарушении изоляции служат защитное заземление и зануление.
Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей которые могут оказаться под напряжением.
Рабочее заземление – преднамеренное электрическое соединение металлических токоведущих частей для обеспечения нормальной работы установки.
Источником питания трехфазной сети является генератор напряжения с тремя одинаковыми обмотками или трансформатор с тремя первичными и тремя вторичными обмотками. Обычно обмотки имеют общую точку соединения (соединение “ звездой ”). Эта точка называется нейтральной, или “нейтралью“. Напряжения между концами обмоток и “нейтралью” называются фазными, а напряжения между концами разных обмоток называются линейными. Линейные напряжения больше фазных:
При фазном напряжении 220 В линейное равно 380 В.
Если через заземлитель протекает электрический ток, то ему приходится преодолевать сопротивление грунта с которым соприкасаются заземляющие электроды. Когда сопротивление растеканию тока в грунте влияет на распределение напряжений между различными элементами системы электроснабжения, его показывают на электрической схеме. Это сопротивление называют сопротивлением заземлителя. В сети с фазным напряжением 220В его величина должна быть не более 4 Ом.
Потребители электрической энергии соединены с источником питания воздушными или кабельными линиями электропередачи. В трехфазных электрических сетях при заземленной нейтральной точке источника питания имеется три фазных провода (жилы кабеля) и нулевой (четвертая жила кабеля). Фазные провода соединяют электрооборудование и электроприборы потребителей - электроприемники с концами обмоток источника питания. Фазные провода обозначаются буквами А, Б, С. Нулевой проводник соединяет электроприемники с заземленной нейтральной точкой источника питания. Благодаря ему потребители электроэнергии получают не только линейные напряжения, но и фазные. При включении однофазного электроприемника между фазным и нулевым проводником через них протекает ток нагрузки, поэтому такой нулевой проводник называют рабочим.
|
|
|
Некоторые неисправности элементов электрической сети и электроприемников приводят к возрастанию токов в фазных и нулевом проводе. Чтобы избежать возникновения еще больших неисправностей или пожара от больших токов в сетях применяют устройства защиты от перегрузок - автоматические выключатели или предохранители. При срабатывании автоматических выключателей или сгорания предохранителей разрывается цепь тока, превышающего допустимые значения. Автоматические устройства токовой защиты или предохранители устанавливают на распределительных щитках (на трансформаторных подстанциях, на вводе линии в здание, в коридорах, лабораториях и т. д.) и в электроприемниках.
Электрическая схема трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью выглядит следующим образом:
Рис. 1. Схема трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью.
В электрических сетях, применяемых для питания жилых и общественных зданий, а также большинства промышленных предприятий, нейтральную точку заземляют. Для создания электрического контакта с землей используют заземлитель. Обычно он представляет собой систему вбитых в землю металлических стержней (электродов), соединенных между собой горизонтальными металлическими полосами.
|
|
|
В качестве искусственных заземлителей используют: стальные трубы длиной 2,5…4 метра, диаметром 32…50 мм, с толщиной стенки 3,5 мм; угловую сталь длиной 2,5…4 метров, площадью поперечного сечения уголка 100 мм2, с толщиной полки 4мм; металлические стержни длиной 2,5…10м, диаметром 10 мм и 16 мм (в зависимости от вида стали); металлические полосы с площадью поперечного сечения 100 мм2.
Защитное заземление электроустановок в сетях с изолированной нейтралью необходимо выполнять: при напряжении выше 50 В переменного и 120 В постоянного тока.
Задача 1 ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОГО ФУНДАМЕНТА ЦЕХА В КАЧЕСТВЕ ЗАЗЕМЛИТЕЛЯ
В последнее время в качестве заземляющих устройств стали использовать фундаменты промышленных зданий, что позволяет снизить стоимость и повысить их долговечность.
В этом случае сопротивление растеканию тока заземляющего устройства, Ом,
, (1)
где 
– удельное электрическое сопротивление грунта, 
; S – площадь, ограниченная периметром здания, м2.
, (2)
где 
и 
- удельные электрические сопротивления соответственно верхнего и нижнего слоя земли, 
(задаются по варианту); a, b - безразмерные коэффициенты, зависящие от соотношения удельных электрических сопротивлений слоев земли; при 
a = 3,6, b = 0,1; при < a = 1,1. 102, b = 0,3 . 10-2; h1 – мощность (толщина) верхнего слоя земли, м (задается по варианту).
Определив сопротивление растеканию тока железобетонного фундамента, необходимо сравнить полученное значение с допустимыми значениями сопротивления заземляющего устройства (таблица 1).
Таблица 1 Сопротивление защитного заземления электроустановок, питающихся от сетей с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В, Ом, не более
| Мощность источника питания сети 100 кВА и менее | Мощность источника питания сети свыше 100 кВА |
2 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ
2.1 Выбрать вариант (таблица 2).
2.2 Рассчитать площадь здания (произведение длины на ширину здания).
2.3 Определить удельное электрическое сопротивление грунта (формула 1)
|
|
|
2.4 Определить сопротивление растеканию тока в заземляющем устройстве (формула 2).
2.5 Сравнить полученное значение с нормативным сопротивлением заземляющих устройств (см. таблицу 1).
Таблица 2 ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ
| Вариант | Габаритные размеры цеха, м | Удельное электрическое сопротивление земли,
| Мощность (толщина) верхнего слоя земли, м | Мощность источника питания сети | ||
| длина | ширина | Верхнего слоя, n1 | Нижнего слоя, n2 | |||
| 3,5 3,5 3,5 | ||||||
| 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 |
Задача 2 РАСЧЕТ КОНТУРНОГО ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ В ЦЕХАХ С ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАМИ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 В.
2 МЕТОДИКА РАСЧЕТА
Определяют сопротивление растеканию тока, Ом, через одиночный заземлитель из труб диаметром 25…50 мм
Rтр = 0, 9(r / 
),
где 
- удельное сопротивление грунта, которое выбирают в зависимости от его типа, (для песка равно 400…700, для супеси – 150…400, для суглинка – 40…150, для глины – 8…70,для чернозема – 9…53); - длина трубы, м.
Ориентировочное число вертикальных электродов без учета коэффициента использования равно
= Rтр / r,
где r – допустимое сопротивление заземляющего устройства, Ом.
В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) на электрических установках напряжением до 1000 В допустимое сопротивление заземляющего устройства (r) равно не более 4 Ом.
Определив расстояния между вертикальными электродами, определяют коэффициент использования заземлителей (таблица 1).
Таблица 1 Коэффициенты использования заземлителей hтр
| Число труб (уголков) | Отношение расстояния между трубами (уголками) к их длине
а /
| hтр размещены по контуру | Отношение расстояния между трубами (уголками) к их длине
а /
| hтр размещены по контуру | Отношение расстояния между трубами (уголками) к их длине
а /
| hтр размещены по контуру |
| 0,69 0,61 0,56 0,47 0,39 0,36 | 0,78 0,73 0,68 0,63 0.58 0,55 | 0.85 0,80 0,76 0,71 0,66 0,64 |
Число вертикальных электродов с учетом коэффициента использования равно
|
|
|
= / hтр,
Длина соединительной полосы, м,
= 
. а,
где а – расстояние между электродами, м.
Если расчетная длина соединительной полосы получилась меньше периметра цеха (задается по варианту см. таблица 3), то длину соединительной полосы необходимо принять равной периметру цеха плюс 12…16 м. После этого следует уточнить значение hтр.
Сопротивление растеканию электрического тока через соединительную полосу, Ом,
Rп = 2,1 (r / ).
Результирующее сопротивление растеканию тока заземляющего устройства, Ом,
,
где hп – коэффициент использования соединительной полосы (таблица 2).
Таблица 2 Коэффициент использования соединительной полосы hп
| Отношение расстояния между заземлителями к их длине | Число труб | |||||
| 0,45 0,55 0,70 | 0,40 0,48 0,64 | 0,34 0,40 0,56 | 0,27 0,32 0,45 | 0,22 0,29 0,39 | 0,22 0,27 0,36 |
Полученное результирующее сопротивление растеканию тока всего заземляющего устройства сравнивают с допустимым.
3 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ
3.1 Выбрать вариант.
3.2 Определить ориентировочное число вертикальных электродов без учета коэффициента использования равно
3.3 Рассчитать результирующее сопротивление растеканию тока заземляющего устройства.
3.4 Сравнить результирующее сопротивление с допустимым сопротивлением.
Таблица 3 ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ.
| Вариант | Габаритные размеры цеха, м | Удельное сопротивление грунта, Ом. м | |
| длина | ширина | ||
|
|
|
