 |
Потенциал и сопротивление растеканий одиночных заземлителей
|
|
|
|
Лабораторная работа № 16
по дисциплине «Охрана труда»
Исследование и расчет параметров заземляющих устройств
Преподаватель
Ассистент преподавателя
уч. степень, звание
Шевцова В.С.
“ ” 2004 г.
Студент
Специальность 2502
Группа ДиПм-01-2
Алматы 2004
Защитное заземление
Защитное заземление - это основная, старейшая и наиболее широко применяемая мера защиты от поражения электрическим током.
Защитным заземлением называют специальное устройство, которое соединяет с грунтом токопроводящие конструкции, могущие оказаться под напряжением, и способное понизить их потенциал.
При замыкании на корпус, не имеющий связи с землёй (например, в случае повреждения изоляции обмотки электродвигателя), потенциал его по отношению к земле достигает величины фазного, а при двойном замыкании - линейного напряжения сети.
Если в тех же условиях корпус заземлен, то его потенциал понизится до потенциала заземлителя, благодаря чему напряжение прикосновения может быть уменьшено до безопасной величины.
Кроме того, при наличии заземления, человек, прикасающийся к корпусу, находящемуся под напряжением, включается параллельно цепи между корпусом и землей. Если в этом случае сопротивление заземлителя растекание тока во много раз меньше сопротивления тела человека, то основная часть тока замыкания будет проходить через землю, а ток, проходящий через тело, будет мал, и опасность поражения при этом не возникает.
Таким образом, назначение защитного заземления состоит в том, чтобы создать между корпусом защищаемого устройства и землей электрическое соединение с достаточно малым сопротивлением для того, чтобы при замыкании на корпус этого устройства прикосновение к нему человека, не могло вызвать прохождения через его тела тока такой величины, которая угрожала бы жизни или здоровью.
|
|
|
Величины максимально допустимых сопротивлений заземляющих устройств приведены в таблице 1 (ПТЭ и ПТЧ 1975 г.).
Таблица 1. Максимально допустимые сопротивления защитного заземления.
| Характеристика установки | Наивысшее допустимое сопротивление в период наименьшей проводимости почвы (Ом) | Примечание |
| Электроустановки напряжением выше 1000 В с токами замыкания более 500 А | 0,5 с учетом естественного заземления | Сопротивление искусственного заземляющего устройства не более 1 Ом |
| Электроустановки напряжением выше 1000 В с токами замыкания 500 А и ниже | 125 J | Для заземляющего устройства одновременно используемого для электроустановок на напряжением менее 1000 В |
| Электроустановки напряжением выше 1000 В с токами замыкания 500 А и ниже | 250 J | Для заземляющего устройства, используемого только для электроустановок напряжением выше 1000 В |
| Отдельно стоящий молниеотвод | ||
| Электроустановки напряжением до 1000 В, кроме генераторов и трансформаторов мощностью 100 кВА и менее | ||
| Генераторы и трансформаторы суммарной мощностью 100 кВА и менее | При сопротивлении заземления нейтрали 10 Ом сопротивление каждого из повторно заземляющих устройств нулевого провода не более 30 Ом при числе их не менее 3 | |
| Электроустановки напряжением до 1000 В с глухим заземлением нейтрали | При сопротивлении заземления нейтрали 10 Ом сопротивление каждого из повторно заземляющих устройств нулевого провода не более 30 Ом при числе их не менее 3 |
Заземлять необходимо корпуса электродвигателей, металлические кожуха печей и агрегатов, станины скачков, металлические конструкции здания цеха, подкрановые пути и т.п., иначе говоря, все то, что оказавшись под напряжением, может проводить электрический ток.
|
|
|
Соединение заземляемых устройств с грузом осуществляют с помощью заземлителей и заземляющих проводников.
Заземлители - это стальные проводники-электроды; полосы, прутки, уголки, трубы, укладываемые в земле в определенном порядке. Заземляющие проводники электрически соединяют заземляемые устройства с заземлителями. Заземлители и заземляющие проводники в целом образуют защитное заземление. Для обеспечения механической прочности заземлителей, электроды согласно ПУЭ должны иметь размеры не менее приведенных в таблице 2.
Таблица 2. Минимальные размеры электродов-заземлителей.
| Электрод | Минимальный размер |
| Круглый | Диаметр 10 мм |
| Круглый оцинкованный | Диаметр 6 мм |
| Прямоугольный | Сечение 48 мм2, толщина 4 мм |
| Угловая сталь | Толщина 4 мм |
| Водопроводная труба | Толщина стенок 3,5 мм |
Наиболее распространен контурный тип заземления. При этом по периметру здания в траншее на глубине 0,7 - 1 м укладывают горизонтальный электрод из прутка или полосы, к нему на определенном расстоянии друг от друга приваривают вертикальные электроды из труб, прутков или полосы, к нему на определенном расстоянии друг от друга приваривают вертикальные электроды из труб, прутков или угловой стали, уходящие вглубь грунта на 2-3, а иногда и до 15 м. Образованный таким образом групповой заземлитель соединяют заземляющими проводниками с соответствующим оборудованием.
|
| Рисунок 1. Схема защитного заземления в сети с изолированной нейтралью. 1 - электродвигатель; 2 - заземлитель; I, II, III - провода. |
Выносное заземление устраивают тогда, когда грунт под цехом не обладает достаточной электропроводностью. В этом случае заземлители располагают вне цеха, в месте, где может быть обеспечено требуемое ПУЭ сопротивление защитного заземления.
Заземляющее устройство сооружается в соответствии с проектом требованиями ПУЭ, СНиП и инструкциями монтажных организаций.
Защитное заземление, как мера обеспечения электробезопасности используется в сочетания с трёхфазными трехпроводными сетями напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и с любыми сетями напряжением выше 1000 В, но в последнем случае с обязательным выравниванием потенциалов (Рисунок 1).
|
|
|
В сетях напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью заземление, как самостоятельная мера защиты, электробезопасность не обеспечивает. Однако совместно с занулением оно применяется и условия безопасности улучшает. (Рисунок 2).
Потенциал и сопротивление растеканий одиночных заземлителей
|
| Рисунок 2. Схема защитного заземления в сети с заземленной нейтралью. 1 - электродвигатель; 2 - заземлитель; 3 - заземлитель нейтрали; I, II, III, 0 - фазовые и нулевой провода. |
При стекании электрического тока в грунт через заземлитель, возникает потенциал на самом заземлителе, а также на находящихся в контакте с ним металлических частях и на поверхности грунта вокруг места стекания тока в землю. Этот потенциал достигает максимума на поверхности заземлителя и практически равен нулю на расстояния 20 м от места стекания тока.
Ток, стекающий в землю, встречает сопротивление, которое слагается из сопротивления заземляющих проводников, сопротивления самого заземлителя, переходного сопротивления между заземлителем и грунтом и, наконец, сопротивления грунта. Три первые составляющие в сравнении с четвертой весьма малы и в практических расчетах во внимание не принимаются. Сопротивление заземляющего устройства растеканию тока, или просто сопротивление растеканию называют сопротивление грунта растеканий тока. Оно для заземления защитного слагается из сопротивлений одиночных заземлителей, зависящих от их формы, размеров и расположения.
Потенциал какой-либо точки на поверхности земли, отстоящей на расстоянии х от точечного заземлителя, равен падению напряжении в грунте на участка от x до бесконечности, т.е.
и, поскольку, сопротивление току, стекающему с заземлителя, оказывает вся земля, начиная от участка, прилегаюцего к поверхности заземлителя, сопротивление заземлителя растеканию тока
где 
- потенциал точки на поверхности земли; 
- падение напряжения на элементарном участке грунта; 
- ток стекания; 
- сопротивление заземлителя; 
- удельное сопротивление грунта; 
- поверхность, через которую происходит растекание тока.
|
|
|
Сопротивление растеканию полушарового заземлителя на поверхности земли.
|
| Рисунок 3 – Схема к расчету сопротивления растекания полушарового зазелителя поверхности земли. |
Заземлитель представляет собой погруженное в грунт и выходящее на поверхность земли полушарие (Рисунок 3).
Поверхность растекания является полусферой радиуса х и равна:
Потенциал на поверхности земли изменяется по следующему закону:
Сопротивление растеканию равно:
Сопротивление растеканию стержневого вертикального заземлителя у поверхности земли.
|
| Рисунок 4 – Схема к расчету сопротивления растеканию стержневого заземлителя у поверхности земли. |
Заземлитель представляет собой стержень длиной 
с диаметром пренебрежимо малым по сравнению с длиной, вертикально погруженный в грунт и выходящий на поверхность земли (Рисунок 4).
Поверхностью растекания является цилиндр радиуса х с образующей, длина которой изменяется по закону равнобочной гиперболы. Эта поверхность равна:
Потенциал на поверхности земли выражается следующей зависимостью:
Сопротивление растеканию тока:
Сопротивление растеканию стержневого горизонтального заземлителя у поверхности земли
|
| Рисунок 5 – Схема к расчету сопротивления растеканию стержневого горизонтального эаземлителя у поверхности земли. |
Заземлитель представляет собой стержень длиной с диаметром пренебрежимо малым по сравнению с длиной, горизонтально погруженный в грунт и выходящий на поверхность земли (Рисунок 5).
Поверхностью растекания являются два полуцилиндра радиуса х с образующими, длины которых изменяются по гиперболическому закону. Эта поверхность равна:
Потенциал на поверхности земли:
Сопротивление растеканию тока:
Сопротивление растеканию стержневого вертикального заземлителя, заглубленного в землю
|
| Рисунок 6 – Схема к расчету сопротивления растеканию стержневого вериткального заземлителя, заглубленного в землю. |
Заземлитель представляет собой стержень длиной с диаметром пренебрежимо малым по сравнению с длиной, вертикально погруженный в землю на глубину t до его средины (Рисунок 6).
Поверхность растекания вначале представляет собой два цилиндра радиуса х с образующими, длины которых изменяются по закону равнобочной гиперболы пока длина образующей не достигнет 2t. Затем один такой цилиндр. Эти поверхности равны соответственно:
Потенциал на поверхности земли:
|
|
|
Сопротивление растеканию тока:
Сопротивление растеканию стержневого горизонтального заземлителя, заглубленного в землю
|
| Рисунок 7 – Схема к расчету сопротивления растеканию стержневого горизонтального заземлителя, заглубленного в землю. |
Заземлитель представляет собой стержень длиной с диаметром много меньшим длины, горизонтально погруженный в землю на глубину t до его оси (Рисунок 7).
Поверхностью растекания вначале являются два цилиндра радиуса х образующим, длины которых изменяются по закону разнобочной гиперболы пока радиус не достигнет 2t. Затем один такой заземлитель. Эти поверхности равны соответственно:
Потенциал на поверхности земли:
Сопротивление растеканию тока:
Сопротивление растеканию пластинчатого вертикального заземлителя, заглубленного в землю
|
| Рисунок 8 – Схема к расчету сопротивления растеканию пластинчатого вертикального заземления заглубленного в землю |
Заземлитель предсталвляет собой плоскую пластину площадь F равновеликую кругу радиуса r, вертикально погруженный в землю на глубину t до ее центра (Рисунок 8).
Поверхностью растекания вначале являются два цилиндра радиуса х с образующими, длины которых изменяются по закону равнобочной гиперболы пока длина образующей не достигнет 2t. Затем один такой цилиндр. Эти поверхности равны соответственно:
Потенциал на поверхности земли:
Сопротивление растеканию тока:
Расчетные формулы, для вычисления сопротивлений растеканию одиночных, наиболее распространенных заземлителей приведены в Таблице 3.
Таблица 3. Формулы для расчета сопротивлений растеканию тока.
| Заземлитель | Расчетная формула |
| Стержневой вертикальный у поверхности земли |
|
| Стержневой вертикальный, заглубленный в грунт |
|
| Стержневой горизонтальный у поверхности земли |
|
| Стержневой горизонтальный, заглубленный в грунт |
|
|
|
|
