Размещено на http://www.allbest.ru/

14

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Томский политехнический университет

Расчет устройства защитного заземления

Методические указания к выполнению самостоятельной работы

по дисциплине "Безопасность жизнедеятельности"

для студентов всех специальностей

Составитель

Анатолий Григорьевич Дашковский

Томск 2008

Введение

Для расчета заземления необходимы следующие сведения:

1) характеристика электроустановки - тип установки, виды основного оборудования, рабочие напряжения, способы заземления нейтралей трансформаторов и генераторов и т.п.;

2) план электроустановки с указанием основных размеров и размещения оборудования;

3) формы и размеры электродов, из которых предполагается соорудить проектируемый групповой заземлитель, а также предполагаемая глубина погружения их в землю. Вертикальные (стержневые) электроды, забиваемые вертикально в землю, выполнены обычно из стальных труб диаметром 5-6 см с толщиной стенки не менее 3,5 мм или из угловой стали с толщиной полок не менее 4 мм (обычно от 40х40 до 60х60 мм) длиной 2,5-3,0 м. Широко для стержневых электродов применяется прутковая сталь диаметром не менее 10 мм и длиной до 10 м. Для горизонтальных электродов применяется полосовая сталь сечением не менее 4х12 мм и сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм;

4) данные измерений удельного сопротивления грунта на участке, где предполагается сооружение заземлителя, а также характеристика климатической зоны (в соответствии с табл.1).

Таблица 1. Удельные сопротивления грунта растеканию тока короткого замыкания

5) данные о естественных заземлителях: какие сооружения могут быть использованы для этой цели и сопротивление их растеканию, тока, полученные непосредственным измерением; если по каким-либо причинам измерение сопротивления естественного заземлителя произвести невозможно, должны быть даны сведения, позволяющие определить это сопротивление расчетом: Сопротивление естественных заземлителей можно вычислять по формулам, выведенным для искусственных заземлителей аналогичной формы (см. [1], табл.1-17), или специальным формулам, встречающимся в технической литературе. Например, сопротивление растеканию системы "грозозащитный трос - опоры" (при числе опор с тросом более 20) определяется приближенной формулой

где, r_{оп -} расчетное, т.е. наибольшее (с учетом сезонных колебаний) сопротивление заземления одной опоры, [Ом];

r_т - активное сопротивление троса на длине одного пролета, [Ом];

n_т - число тросов на опоре.

Для стального троса сечением s, мм², при длине пролета ?, м, активное сопротивление, 0м,

Поскольку на сопротивление естественных заземлителей влияют многие факторы, которые не учитываются этими формулами (наличие антикоррозийной изоляции на трубах или резиновых прокладок в стыках труб, различная глубина заложения протяженного заземлителя в земле и т.п.), указанные вычисления дают, как правило, очень большую ошибку. Поэтому сопротивления естественных заземлителей следует определять непосредственно измерениями. Если заземлители при этом находятся на глубине промерзания, то результат измерения умножается на коэффициент сезонности (см. табл.2).

Таблица 2. Признаки климатических зон и значения коэффициентов

защитное заземление электроустановка ток

6) расчетный ток замыкания на землю; если ток неизвестен, его вычисляют обычными способами, при этом следует учитывать указания, приведенные в п. "2";

2. Определение расчетного тока замыкания на землю

Током замыкания на землю называется ток, проходящий через место замыкания на землю, т.е. в месте случайного электрического соединения токоведушей части непосредственно с землей или нетоковедущими проводящими конструкциями или предметами, не изолированными от земли.

Электроустановки по значению тока замыкания на землю условно разделяются на две группы:

а. Установки с большими токами замыкания на землю, в которых однофазный ток замыкания на землю больше 500 А. К ним относятся установки трехфазного тока напряжением 110 кВ и выше с глухозаземленной нейтралью, т.е. присоединенной к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (трансформатор тока и др.).

б. Установки с малыми токами замыкания на землю, в которых однофазный ток замыкания на землю не превышает 500 А. К ним относятся установки трехфазного тока напряжением до 35 кВ включительно с изолированной нейтралью, т.е. не присоединенной к заземляющему устройству или присоединенной через аппараты, компенсирующие емкостный ток в сети, трансформаторы напряжения и другие аппараты, имеющие большое сопротивление.

В установках с большими токами замыкания на землю расчетным током является наибольший из токов однофазного замыкания (установившееся значение), проходящих через рассчитываемое заземляющее устройство. При определении этого тока должны быть учтены: возможность замыкания фазы на землю как в пределах проектируемой электроустановки, так и вне ее; распределение тока замыкания на землю между заземленными нейтралями сети; различные варианты схем работы сети.

Покажем это на примере сети с несколькими подстанциями, приведенной на рис.1

а) нейтрали трансформаторов заземлены на всех подстанциях Тогда при замыкании одной из фаз на землю ток Iз, стекающий в землю, будет равен сумме токов, посылаемых к месту замыкания каждой подстанцией, т.е. Iз = I_А + I_В + I_С

Если замыкание произошло а пределах одной подстанции, например А, то токи, проходящие через заземления подстанций, будут: для подстанции А - Iз, а для других - соответственно I_В и I_С.

б) если замыкание фазы на землю произошло вне подстанций, то через заземления подстанций будут проходить токи I_А, I_В и I_С соответственно.

Рис. 1. К определению тока замыкания на землю в установках выше 1000 В с большими токами замыкания на землю.

в) если на подстанциях А и С нейтрали изолированы, то при замыканий фазы на землю на подстанции А через заземляющие устройства подстанций А и В пройдет полный ток замыкания на землю Iз = I_В, который посылается подстанцией В. Очевидно, при этой схеме во всех случаях замыкания наибольшим током для каждой подстанции будет ток I_В; он и будет расчетным током.

В установках с малыми токами замыкания на землю расчетный ток зависит от наличия аппаратов, компенсирующих емкостный ток сети. В установках, не имеющей компенсирующих аппаратов, расчетным является полный ток замыкания на землю. Для сети с изолированной нейтралью он приближенно определяется выражением:

где, U - линейное напряжение, кВ;

L_КЛ, L_ВЛ - длины электрически связанных кабельных и воздушных линий электропередачи.

Для установки с малыми токами замыкания на землю в целях упрощения допускается принимать в качестве расчетного ток срабатывания релейной защиты от междуфазных замыканий или ток плавления предохранителей, если эта защита обеспечивает отключение от замыкания на землю. В этом случае ток замыкания на землю должен быть не менее 1,5 - кратного тока срабатывания релейной защиты или 3-кратного номинального тока предохранителя.

В установках с компенсацией емкостных токов в качестве расчетного принимается ток равный 125 % номинального тока аппарата:

3. Определение требуемого сопротивления заземляющего устройства

Расчет заземлителя производится по заранее заданным наибольшим допустимым значениям сопротивления заземлителя растеканию тока R_з или напряжения прикосновения (и шага) U_пр.

Наибольшие допустимые значения R_з, установленные Правилами устройства электроустановок, составляют:

для установок до 1000 В

10 Ом - при суммарной мощности генераторов или трансформаторов, питающих данную сеть, не более 100 кВА;

4 Ом - во всех остальных случаях;

для установок выше 1000В

0,5 Ом - при больших токах замыкания на землю (т.е. больше 500 А);

250/I_З 10 Ом - при малых токах замыкания на землю и при условии, что заземлитель используется только для электроустановок напряжением выше 1000 В;

250/I_З 10 Ом - при малых токах замыкания на землю и при условии, что заземлитель используется одновременно для установок напряжением до 1000 В.

В этих выражениях I_З - расчетный ток замыкания на землю, А.

Примечание: при удельном сопротивлении более 100 Омм допускается увеличивать указанные выше нормы в 0,01· раз, но не более десятикратного.

4. Определение требуемого сопротивления искусственного заземлителя

При использовании естественных заземлителей (а это дает значительную экономию средств и предписывается ПУЭ сопротивление искусственного заземлителя R_И [Ом], меньше требующегося R_Н [Ом], и определяется из выражения

где, R_Е - сопротивление растеканию естественного заземлителя, Ом.

5. Выбор типа заземлителя и составление предварительной схемы заземляющего устройства

На основании данных о территории, на которой возможно размещение искусственного заземлителя, и значений I_З, R_И,, и др. выбирается тип заземляющего устройства - выносной или контурный.

Если значения R и R_И совпадают или, по крайней мере, отличаются незначительно, это свидетельствует о том, что все основные параметры принятого нами заземлителя - форма, размеры, размещение электродов в земле и относительно друг друга выбраны правильно и, следовательно, напряжения прикосновения и шага находятся в допустимых пределах.

При значительных расхождениях в значениях R и R_И необходимо внести поправки в предварительную схему заземлителя - изменить количество и размещение электродов, а иногда их размеры, площадь, занимаемую заземлителем, и т.п. и вновь произвести вычисление R.

Таким образом, вычисление R_И является поверочным и производится путем постепенного приближения.

При расчете сложного заземлителя, состоящего из вертикальных и горизонтального электродов, в однородной земле способом коэффициентов использования вычисление R_И производится в следующем порядке для конструкции УЗЗ (рис. 2):

Рис. 2. Схема устройства искусственного группового заземления:

L_э, м - длина электрода;

d_э, м - диаметр электрода;

h_э, м - глубина заложения электрода;

a, м - расстояние между электродами;

b, см - ширина соединительной полосы;

h_п, см - глубина заложения соединительной полосы;

L_п, см - длина соединительной полосы.

Длина соединительной полосы определяется по формуле:

L_п = a· (n-1), если электроды расположены в ряд,

L_п = a·n, если электроды расположены по контуру, где n - количество электродов.

Таким образом, расчет защитного заземления сводится к определению потребного количества электродов, чтобы общее сопротивление защитного заземления не превышало допустимого по нормам.

Рис. 3. План размещения УЗЗ

Порядок расчета.

1. Определяем сопротивление стержневого электрода

, Ом либо

Примечание: если электрод из уголковой стали, то dэ=0,95·b.

где b - ширина полки уголка.

2. Определяем предварительно количество электродов - n`

3. Зная расположение электродов (в ряд или по контуру), отношение расстояния между электродами к их длине и предварительное количество электродов, определяем коэффициент использования электродов (таблица 4).

4. Определяем окончательно потребное количество электродов - n,

5. Определяем длину соединительной полосы,

если электроды расположены ряд: , м

если электроды расположены по контуру: , м

Предпочтительно длину соединительной полосы определять согласуя ее с размерами помещения, где установлено оборудование

6. Определяем сопротивление соединительной полосы:

7. Определяем общее сопротивление контура защитного заземления

где , коэффициент использования полосы (таблица 3).

8. Производим проверку выполнения условия

Таблица 3. Коэффициент использования электродов (), при отношении

Таблица 4

Коэффициент использования полосы (), при отношении

Расчет сопротивление контурного заземлителя, состоящего только из горизонтальных электродов (решетка), в однородной земле может быть определено по приближенной формуле Оллендорфа - Лорана, 0м,

где, L - суммарная длина всех проводников, образующих решетку, м;

d - диаметр прутков круглого сечения, из которых выполнена решетка, м;

t - глубина размещения решетки, м;

m - коэффициент, зависящий от конфигурации решетки (см табл.5).

Таблица 5

Литература

1. Долин П.А. Справочник по технике безопасности. - М.: Энергоиздат, 1982

2. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. - М.: Энергия, 1979. - 408 с.

Размещено на Allbest.ru