Розрахунок захисного заземлення

1 Тема роботи:

Оцінка можливості використання залізобетонного фундаменту цеху в якості заземлювача захисного заземлення.

 

2 Мета роботи: Вивчити методику і виконати розрахунок опіру струму розтікання природних заземлювачів.

 

3 Теоретичний матеріал.

Захисне заземлення – це навмисне з’єднання з землею або її еквівалентом металевих неструмопровідних частин електроустановок, які можуть опинитися під напругою. Його застосовують у мережах з ізольованою нейтраллю напругою до 1000 В і при будь-якому режимі нейтралі в мережах понад 1000 В. Захисне заземлення призначене для усунення небезпеки ураження електричним струмом у випадку дотику до корпуса електроустановки й інших неструмоведучих металевих частин, які можуть бути під напругою внаслідок замикання на корпус і з інших причин. Захисне заземлення зменшує напругу на корпусі відносно землі до безпечного значення, тим самим зменшує струм, що протікає через тіло людини. Послідовне заземлення устаткування не допускається.

Конструктивно захисне заземлення включає заземлюючий пристрій і провідник, що з’єднує цей пристрій з обладнанням, яке заземлюється – заземлюючий провідник. Заземлювачі бувають одиночні і групові. Груповий заземлювач складається з вертикальних стрижнів і горизонтальної смуги, яка їх з’єднує. Вертикальні електроди закладають разом з фундаментом будинків на визначеній відстані один від одного.

Заземлюючі пристрої можуть бути природними і штучними.

Як природні заземлювачі рекомендується використовувати:

· прокладені в землі водопровідні й інші металеві трубопроводи за винятком трубопроводів пальних рідин, пальних чи вибухових газів і сумішей;

· обсадні труби свердловин;

· металеві і залізобетонні конструкції будинків і споруд, що знаходяться в зіткненні з землею;

· свинцеві оболонки кабелів, прокладених у землі;

· інші металоконструкції, розташовані в ґрунті.

Природні заземлювачі з’єднуються з магістралями заземлення не менше, ніж двома провідниками в різних місцях.

Штучні заземлюючі пристрої – це спеціально закладені в землю металоконструкції за допомогою яких здійснюють надійне з’єднання із землею і створюють малий опір розтіканню струму.

Штучні заземлювачі виконують у вигляді електродів. По розташуванню в ґрунті і по формі електродів заземлювачі поділяють на:

· заглиблені, що складаються із смуг або круглої сталі, укладені глибоко на дно котловану горизонтально по периметру фундаментів;

· вертикальні, що складаються з електродів, верхній кінець яких заглиблюється на 0,5-0,7м від поверхні землі, якими стальні вертикально закладені в землю стержні діаметром 10-16 мм, і довжиною 2,5-5 м, а також кутова сталь довжиною 2-3 м;

· горизонтальні електроди укладають розбіжними променями на однаковій глибині. Горизонтальні (протяжні) складаються з електродів, які застосовують для зв’язку між собою вертикальних заземлювачів з’єднаних зварюванням. Горизонтальні електроди укладені паралельно на однаковій глибині.

З метою економії засобів Правила устрою електроустановок рекомендують використовувати природні заземлювачі

В якості заземлювачів застосовується сталь. Найменші розміри заземлювачів:

діаметр круглих (пруткових) заземлювачів, мм:

неоцинкованих – 10;

оцинкованих – 6;

переріз прямокутних заземлювачів – 48 мм²;

товщина прямокутних заземлювачів, полок кутової сталі – 4;

довжина вертикальних заземлювачів – 5 м.

Захисному заземленню підлягають металеві неструмопровідни частини устаткування, які із-за несправності ізоляції можуть опинитися під напругою до яких можливий дотик людей або тварин. При цьому в приміщеннях з підвищеною небезпекою і в особливо небезпечних за умовами ураження струмом, а також в зовнішніх установках заземлення обов'язкове при номінальній напрузі електроустановки більше 42 В змінного і більше 110 В постійного струму, а в приміщеннях без підвищеної небезпеки — при напрузі 380 В і вище за змінний струм; 440 В і вище — постійного струму. Тільки у вибухонебезпечних приміщеннях заземлення виконується незалежно від значення напруги установки.

Заземленню не підлягають корпуси електроустаткування, апаратів і електромонтажних конструкцій, встановлені на заземлених металевих конструкціях, розподільних пристроях, в щитах, шафах, на станинах верстатів, машин і механізмів, за умови надійного електричного контакту із заземленою підставою, арматура ізоляторів всіх типів, розтяжки, кронштейни і освітлювальна арматура при установці їх на дерев'яних опорах повітряних ліній електропередач або на дерев'яних конструкціях відкритих підстанцій.

Мета розрахунку заземлення це – визначення основних конструктивних параметрів заземлення (числа, розмірів, порядку розміщення вертикальних стрижнів і довжини сполучної смуги, що поєднує їх у груповий заземлювач), при яких опір розтіканню струму обраного групового заземлювача не перевищить нормативне значення.Згідно вимогам Правил устрою електроустановок опір захисного заземлення у будь-який час року не повинен перевищувати:

— 4 Ом — в установках напругою до 1000 В;

— якщо потужність джерела струму (генератора або трансформатора) 100 кВА і менше, то опір заземляючого пристрою допускається до 10 Ом:

— 0,5 Ом — в установках напругою більше 1000 В з ефективно заземленою нейтраллю;

— , але не більше 10 Ом — в установках напругою більше 1000 В з ізольованою нейтраллю;

— якщо заземляючий пристрій одночасно використовують для електроустановок напругою до 1000 В, то опір заземляючого пристрою не повинен перевищувати , але не більше 10 Ом (або 4 Ом, якщо це потрібно для установок до 1000 В). Iз — струм замикання на землю, А.

Опір струму розтікання природних заземлювачів визначається шляхом виміру, або розрахунковим шляхом.

Розрахунок опіру току металоконструкцій, використовуваних для природних заземлювачів, проводиться по тим же формулам, що використовуються для розрахунку штучних заземлювачів.

Останнім часом як заземляючі пристрої почали використовувати фундаменти промислових будівель, що дозволяє знизити вартість і підвищити їх довговічність. В цьому випадку опір розтіканню струму заземляючого пристрою визначається по формулі:

R_Ф=0,5(), (4.1)

де ñ_Є — питомий електричний опір грунту, Ом*м;

S— площа, обмежена периметром будівлі, м² (обчислюють як множення довжини на ширину будівлі).

=ñ₁ (1-2,7 ^{─ /} ) + (ñ₂ (1-2,7^{( ─} ) (4.2)

 

де ñ_1, ñ₂ — питомі електричні опори відповідно верхнього і нижнього шару землі, Ом • см (задаються по варіанту);

α, β — безрозмірні коефіцієнти, залежні від співвідношення питомих електричних опорів шарів землі;

при ñ₁≥ñ₂ а = 3,6, β =0,1;

при ñ₁<ñ α = 1,1 • 10², β = 0,3 • 10^-2;

h₁— потужність (товщина) верхнього шару грунту, м (задається по варіанту).

Вихідні дані до роботи

Розрахувати опір розтіканню струму залізобетонного фундаменту та порівняти набутого значення з допустимими значеннями опору заземляючого пристрою. Вихідні дані приведені в табл. 4.1.

 

 

Таблиця 4.1 – Вихідні дані

 

Варіант	Габарітны розміри цеху, м	Питомий електричний опір шару грунту, Ом м	Потужність (толщина) верхнього шару землі, (h1 ), м	Тип мережі	Напру га мережі, В
длина (а)	ширина (в)	Верх-нього (ñ1)	Ниж-него| (ñ2)
						Трифаз- на з ізольованою нейтраллю
					3,5
					3,5
					3,5
						Трифаз- на з глухозаземленной нейтраллю

Продовження таблиці 4.1

						Трифаз- на з глухозаземленной нейтраллю
					3,5	Однофазная
					3,5
					3,5
					3,5
					3,5