Павленко Расчет защитного заземления Методичка - файл n1.doc

приобрести
Павленко Расчет защитного заземления Методичка
скачать (292.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc293kb.07.07.2012 01:47скачать

n1.doc





5. Расчет защитного заземления
Цель работы – приобретение практических навыков в определении основных параметров заземления и самостоятельном решении инженерной задачи расчета защитного заземления электроустановки.


    1. . Защитное заземление в электроустановках, назначение, принцип действия, область применения.


5.1.1. 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 потенциала, разряд молнии и т.п.).
5.1.2. Защитное заземление предназначено для устранения опасности поражения электрическим током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.
5.1.3. Область применения защитного заземления – электроустановки по напряжением до 1000 В в сетях с изолированной централью и выше 1000В в сетях с любым режимом нейтрали источника тока (как с изолированной, так и с глухозаземленной).

В соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.030-81 [1] защитное заземление электроустановки следует выполнять:

Примечание: Характеристики этих условий приведены в обязательном приложении к ГОСТ 12.1.013-78 [2].
5.1.4. Принцип действия защитного заземления в электроустановках напряжением до 1000В:

Это достигается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования за счет малого сопротивления заземляющего устройства, а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек и заземленного оборудования за счет увеличения потенциала основания до значений, близких к потенциалу заземленного оборудования.
В электроустановках напряжением выше 1000В:

Q= Ih50..65 мАс.

Примечание: предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов через тело человека с учетом длительности воздействия приведены в ГОСТ 12.1.038-82 [3].
5.1.5. Принципиальная схема защитного заземления приведена на рис. 5.1.


Rh







Рис. 5.1. Принципиальная схема защитного заземления,

где:

1 - заземленное электрооборудование; 2 – заземлитель защитного заземления;

Rз, Rh – сопротивление защитного заземления и тела человека соответственно, Ом;

Iз – ток замыкания, А; Ih – ток через тело человека, mA;

ZA, ZB, ZC – полное сопротивление изоляции фаз.
5.1.6. Заземление осуществляется с помощью специальных устройств — заземлителей. Заземлители бывают одиночные и групповые. Груповой заземлитель состоит из вертикальных стержней и соединяющей их горизонтальной полосы. Вертикальные электроды закладывают вместе с фундаментом зданий на определенном расстоянии друг от друга. С целью экономии средств ПУЭ [7] рекомендует использовать естественные заземлители.

В качестве естественных заземлителей рекомендуется использовать:

- проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывчатых газов и смесей;

Естественные заземлители соединяются с магистралями заземления не менее, чем двумя проводниками в разных местах.


    1. . Методика и алгоритм расчета защитного заземления.


Цель расчета – определение основных, конструктивных параметров заземления (числа, размеров, порядка размещения вертикальных стержней и длины соединительной полосы, объединяющей их в груповой заземлитель), при которых сопротивление растеканию тока выбранного группового заземлителя (Rгр) не превзойдет нормативного значения (Rзн).

Расчет производится методом коэффициентов использования в нижеприведенной последовательности:


      1. Уточнить исходные данные. Для расчета защитного заземления необходимы следующие сведения:




      1. Определить расчетный ток замыкания на землю и соответствующее ему нормативное значение сопротивления растеканию тока защитного заземления.

Расчетный ток замыкания – это наибольший возможный в данной электроустановки ток замыкания на землю. Для электроустановок напряжением до 1000В ток однополюсного замыкания на землю не превышает 10А, т.к. даже при самом плохом состоянии изоляции и значительной емкости сопротивление фазы относительно земли не бывает менее 100 Ом. Нормативное значение сопротивления защитного заземления практически не зависит от этого тока и согласно ПУЭ [7] и ГОСТ 12.1.030-81 [1] не должно превышать значений, приведенных в табл. 5.1.

В электроустановках напряжением свыше 1000В с изолированной нейтралью расчетное значение тока замыкания на землю может быть определено по следующей полуэмпирической формуле:


(5.1)
где – линейное напряжение сети (на высокой стороне трансформаторной подстанции), кВ;

– длина электрически связанных соответственно кабельных и воздушных линий, км;
Соответствующее полученному расчетному тока замыкания на землю нормативные значения сопротивления заземляющего устройства (ЗУ) выбираются по табл. 5.1.

Наибольшие допустимые сопротивления защитных заземляющих устройств в соответствии с требованиями ПУЭ [7] и ГОСТ 12.1.030-81 [1] приведены а таблице 5.1.

При совмещении ЗУ различных напряжений или назначений принимается меньшее из требуемых правилами значение сопротивлений.
5.2.3. Определить требуемое сопротивление искусственного заземлителя.

При использовании естественных заземлителей RИ определяется по формуле:


, Ом (5.2)
где:

- сопротивление растеканию тока естественных заземлителей, Ом;

- требуемое сопротивление искусственного заземлителя, Ом;

- расчетное нормированное сопротивление ЗУ, Ом; (табл. 5.1.)

При отсутствии естественных заземлителей требуемое сопротивление искусственного заземлителя равно рассчитанному нормируемому сопротивлению ЗУ:

Таблица 5.1 Допустимые сопротивления защитных заземляющих устройств


№ п/п

Характеристика электроустановки

Наибольшие, допустимые сопротивления заземляющего устройства, Ом

1

2

3

1

Электроустановки напряжением до 1000В

Защитные заземляющие устройства сети с изолированной нейтралью при мощности генератора или трансформатора

до 100 кВ·А

более 100 кВ·А


10

4

2

Электроустановки напряжением выше 1000В

Защитные заземляющие устройства электроустановок сети с эффективно заземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю). Заземляющее устройство выполняется с соблюдением требований к его сопротивлению
Защитные заземляющие устройства электроустановок сети с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю).


  • если заземляющее устройство используется только для электроустановок выше 1000В


  • если заземляющее устройство используется только для электроустановок до 1000В


0.5

250/I, но не более 10 (I – расчетный ток замыкания на землю, А)
125/ I, но не более 10


5.2.4. Определить расчетное удельное сопротивление земли по формуле:
, Омм, (5.3)

где

– расчетное удельное сопротивление земли, Ом·м;

– удельное сопротивление земли, полученное в результате измерений, Ом·м;

?– коэффициент сезонности, учитывающий промерзание или высыхание грунта (выбирается по приложение Б, таблица Б.1

5.2.5. Вычислить сопротивление растеканию тока одиночного вертикального заземлителя Rв, Ом. Расчетная формула выбирается по табл. 1.17 [6] в завимости от типа, геометрических размеров и условий залегания. В случае стержневого круглого сечения (трубчатого) заземлителя, заглубленного в землю (рис. 5.2), расчетная формула имеет вид:




0,8м t

Ом, (5.4)

l


d
где

расчетное удельное сопротивление грунта, определенное по формуле 5.3, Ом·м;

длина вертикального стержня, м;

диаметр сечения, м;

расстояние от поверхности грунта до середины длины вертикального стержня, м.
5.2.6. Рассчитать приближенное (минимальное) количество вертикальных стержней:

(5.5)

где

– сопротивление растекание тока одиночного вертикального заземлителя, Ом;

– требуемое сопротивление искусственного заземлителя, Ом;

Полученное число стержней округляют до справочного значения [5].
5.2.7. Определить конфигурацию группового заземлителя – ряд или контур — с учетом возможности его размещения на отведенной территории и соответствующую длину горизонтальной полосы:

по контуру , м (5.6)

ряд , м (5.7)

где:

а – расстояние между вертикальными стержнями, м, определяемое из соотношения:

(5.8)
где коэффициент кратности, равный 1, 2, 3;

длина вертикального стержня.

количество вертикальных стержней.
5.2.8. Вычислить сопротивление растеканию тока горизонтального стержня Rr, Ом. Расчетные формулы приведены в табл. 1.17 [6]. В случае горизонтального полосового заземлителя (рис. 5.3) расчет выполняется по формуле:




0,8 t

b Ом (5.9)


где

расчетное удельное сопротивление грунта, Ом·м;

длина горизонтальной полосы, м;

ширина полосы, м;

расстояние от поверхности грунта до середины ширины горизонтальной полосы.
5.2.9. Выбирать коэффициенты использования вертикальных стержней и горизонтальной полосы с учетом числа вертикальных стержней и отношения расстояния между стержнями к их длине (Приложение Б, таблицы Б.2, Б.3).
5.2.10. Рассчитать эквивалентное сопротивление растеканию тока группового заземлителя:

, (5.10)

где

– соответственно сопротивления вертикального стержня и горизонтальной полосы, Ом;

- соответственно коэффициенты использования вертикальных стержней и горизонтальной полосы, Ом;

n – количество вертикальных стержней.
5.2.11 Полученное сопротивление растеканию тока группового заземлителя не должно превышать требуемое сопротивление, определенное в пункте 5.2.3:
(5.11)
Если полученное сопротивление группового заземлителя удовлетворяет условию 5.9, расчет считается выполненным. Если больше или значительно меньше требуемого (20%), необходимо внести поправки в предварительную схему ЗУ:


Таким образом, защитное заземление рассчитывается путем последовательных приближений.
5.2.12. Рассчитанные параметры ЗУ привести в таблице 5.2.

Таблица 5.2. Рассчитанные параметры ЗУ.


гр

Ом·м

lв,

м

К

n,

шт

lг,

м

в

г

Rв, Ом

Rг, Ом

Rгр, Ом

Rи, Ом





































    1. Контрольные вопросы




  1. Назначение защитного заземления;

  2. Принцип действия защитного заземления;

  3. Область применения защитного заземления;

  4. Цель расчета защитного заземления;

  5. Нормирование значений сопротивления заземляющего устройства;

  6. Физический смысл коэффициента использования заземлителя.



Литература





  1. ГОСТ 12.1.030.-81. ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление. Введ. 01.07.82г.

  2. ГОСТ 12.1.013.-78. ССБТ. Строительство. Электробезопасность. Общие требования. Введ. 01.01.80г.

  3. ГОСТ 12.1.038.-82. ССБТ. Предельнодопустимые уровни напряжений прикосновения и токов. Введ. 01.07.83г.

  4. П.А. Долин. Основы техники безопасности в электроустановках. – М.: Энергия.- 1984.-448 с.

  5. М.О. Найфельд. Заземление, защитные меры электробезопасности. –М.: Энергия.- 1971.

  6. П.А. Долин. Справочник по технике безопасности. –М.: Энергоатомиздат 1984.-824 с.

  7. Правила устройства электроустановок. -М.: Энергоатомиздат.- 1987.-648 с.


Приложение Б

К расчету защитного заземления



Таблица Б.1 - Приближенные значения удельных электрических сопротивлений различных грунтов и воды, Ом  м

Грунт, вода


Возможные пределы колебаний

При влажности 10 – 20% к массе грунта

Глина

8 – 70

40

Суглинок

40 – 150

100

Песок

400 – 700

700

Супесок

150 – 400

300

Торф

10 – 30

20

Чернозем

9 – 53

20

Садовая земля

30 – 60

40

Каменистый

500 – 800

-

Скалистый

104 – 107

-

Вода:






Морская


0,2 – 1

-

Речная

10 – 100

-

Прудовая

40 – 50

-

Грунтовая

20 – 70

-

в ручьях

10 – 60

-


Примечания: 1. Удельное электрическое сопротивление грунта есть сопротивление куба грунта с ребром 1 м.

2. При малом процентном содержании влаги в грунте возможны большие значения сопротивлений.

3. Удельные сопротивления грунтов колеблются в течение года, что учитывается при расчетах введением так называемых сезонных коэффициентов сопротивления грунта (см. табл. 4- 6).

4.В таблице приведены приближенные значения удельных сопротивлений грунтов и воды. Пользоваться этими значениями, как и значениями, взятыми из других литературных источников, для расчетов заземлений нельзя, так как они могут отличаться от истинных в десятки и сотни раз. Для расчетов должны использоваться значения удельных сопротивлений грунтов, полученные натурными измерениями сопротивления грунта на том участке, где будет сооружаться заземлитель.


Таблица Б.2 - Коэффициенты использования в вертикальных электродов группового заземлителя (труб, уголков, и т. п.) без учета влияния полосы связи


Число заземлителей

Отношение расстояний между электродами к их длине




















Электроды размещены в ряд (рис. 1.6, а)

Электроды размещены по контуру (рис. 1.6, 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

0,8

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 Б.3 - Коэффициенты использования г горизонтального полосового электрода, соединяющего вертикальные электроды (трубы, уголки и т. п.) группового заземлителя


Отношение расстояний между вертикальными электродами к их длине

Число вертикальных электродов


2


4


6


10


20


40


60


100




Вертикальные электроды размещены в ряд

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

-

-

-




Вертикальные электроды размещены по контуру

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 Б.4 - Признаки климатических зон для определения коэффициентов сезонности 


Характеристика климатической зоны

Климатические зоны СССР


I

II

III

IV

Средняя многолетняя низшая температура (январь), 0С

От – 20 до – 15


От – 14 до – 10

От – 10 до 0

От 0 до + 5

Средняя многолетняя высшая температура (июль), 0С

0т + 16 до + 18

От + 18 до + 22

От + 22 до +24

От + 24 до + 26

Среднегодовое количество осадков, см


 40


 50


 50


30 – 40

Продолжительность замерзания вод, дни


190 – 170


 150


 100


0


Таблица Б.5 - Коэффициенты сезонности  для слоя сезонных изменений в многослойной земле


Климатическая зона по табл.4

Условная толщина слоя сезонных изменений, м

Влажность земли во время измерений ее сопротивления

Повышенная

Нормальная

Малая

I

2,2

7,0

4,0

2,7

II

2,0

5,0

2,7

1,9

III

1,8

4,0

2,0

1,5

IV

1,6

2,5

1,4

1,1

Таблица Б.6 - Коэффициенты сезонности  для однородной земли


Климатическая зона по

табл. 4




Состояние земли во время измерений ее сопротивления при влажности

Повышенной

Нормальной

Малой




Вертикальный электрод длиной 3 м

I

1,9

1,7

1,5

II

1,7

1,5

1,3

III

1,5

1,3

1,2

IV

1,3

1,1

1,0




Вертикальный электрод длиной 5 м

I

1,5

1,4

1,3

II

1,4

1,3

1,2

III

1,3

1,2

1,1

IV

1,2

1,1

1,0




Горизонтальный электрод длиной 10 м

I

9,3

5,5

4,1

II

5,9

3,5

2,6

III

4,2

2,5

2,0

IV

2,5

1,5

1,1




Горизонтальный электрод длиной 50 м

I

7,2

4,5

3,6

II

4,8

3,0

2,4

III

3,2

2,0

1,6

IV

2,2

1,4

1,12



Таблица Б.7 - Перечень индивидуальных заданий


№п/п

Трансформаторная подстанция напряжением U, кВ

Размеры здания

Расчетное сопротивление естественного заземлителя, Rе, Ом

Протяженность линии электропередач

Параметры вертикального электрода

Параметры горизонтального электрода

Удельное сопротивление земли  измеренное, Ом  м

Климатическая зона

Длина L, м

Ширина В, м

lК.Л. ,км

LВ.Л., км

Длина lВ, м

Диаметр d, м

Сечение полосы, мм2

1

6/ 0,4

24

12

15

70

65

5

12

4 х 40

120

I

2

10/ 6

24

12

18

45

70

3

14

4 х 40

110

II

3

10/ 0,4

18

6

17

50

60

3

12

6 х 56

130

III

4

6/ 0,4

12

12

19

85

75

5

14

8 х 60

70

IV

5

10/ 6

24

18

13

92

63

5

12

4 х 32

80

I

6

10/ 6

18

12

16

75

54

5

14

6 х 60

110

II

7

6/ 0,4

12

18

18

84

65

3

12

6 х 50

90

III

8

10/ 0,4

30

12

16

73

68

5

14

4 х 48

114

IV

9

10/ 0,6

30

18

14

82

74

5

16

4 х 32

70

I

10

6/ 0,4

18

12

12

91

69

3

12

6 х 48

160

II

11

10/ 0,4

18

12

-

49

38

5

16

4 х 50

162

III

12

10/ 6

24

12

14

94

65

5

17

6 х 56

90

IV

13

10/ 0,4

24

18

-

78

65

3

18

8 х 50

80

I

14

6/ 0,4

12

6

18

73

62

5

19

4 х 56

162

II

15

10/ 6

18

12

10

86

63

5

20

8 х 48

150

III

16

10\ 0,4

12

18

11

93

54

3

22

4 х 56

122

IV

17

6/ 0,4

18

12

12

99

86

5

14

8 х 25

160

I

18

10/ 0.4

24

12

17

75

53

5

15

4 х 56

120

II

19

10/6

12

6

19

73

54

5

16

8 х 32

110

III

20

6/ 0,4

18

12

13

92

68

5

18

4 х 48

190

IV


5. Расчет защитного заземления
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации