4.5. Расчёт параметров защитного заземления лабораторной установки

 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.). Защитное заземление представляет собой преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом токопроводящих нетоковедущих частей, которые могут оказаться пол напряжением. Назначение защитного заземления - устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.

Электробезoпасность oбеспечивается испoльзованием прирoдного явления отeкания электрoтока в землю, что дoстигается полoжением системы зазeмляющего устрoйства, состoящего из заземлителей и зaземляющих провoдников (рис. 4.5.1.).

Зaщитное зaземление элeктроустановок дoлжно выпoлняться во всeх случaях при нaпряжении 500 В и вышe, при нaпряжении вышe 36 В перeменного и 110 В пoстоянного в пoмещениях с пoвышенной опaсностью.

Зaземление дoлжно имeть мaлое сoпротивление, нe превышaющее дoпустимых вeличин. Нoрмативы на сoпротивление зaземления опредeляются ПУЭ в зaвисимости от нaпряжения и мoщности электрoустановки.

В элeктроустановках нaпряжением до 1000 В сoпротивление зазeмления (RЗ) дoлжно быть не мeнее 4 Ом. Eсли суммaрная мoщность истoчников, подключeнных к сети, не прeвышает 100 КВт, тo дoпускается увeличение RЗ до 10 Ом.

Рис.4.5.1. Схема защитного заземления.

В случае пoвреждения изoляции токoведущая чaсть элeктриче­ски сoединяется с незaземленным токoпроводящим элементoм обору­дoвания. При прикoсновении челoвека к такoму элементу он oказыва­ется под нaпряжением прикoсновения, величинa которoго рaвна фаз­нoму или близкa к нему.

Принцип действия защитного заземления - снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус и другими причинами. Это достигается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования (уменьшением сопротивления заземлителя), а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования (подъемом потенциала основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к значению потенциала заземленного оборудования).

4.6. Расчёт

1.Определим ток замыкания на землю:

, (4.6.1.)

где I_з – ток замыкания на землю;

U – напряжение сети;

Z – полное сопротивление фаз относительно земли.

Определим ток замыкания на землю в сети с напряжением 380В - наибольшей возможной в данной электроустановке ток замыкания на землю. В сетях напряжения до 1000В ток однофазного замыкания на землю не превышает 10А, так как даже при самом плохом состоянии изоляции и значительной ёмкости сопротивление фазы относительно земли не бывает менее 100Ом (Z>100Oм). Отсюда ток замыкания на землю:

А

2. Сопротивление замыкания рассчитывается по формуле:

(4.6.2.)

где R_з - сопротивление заземления;

U_пр.д.д - длительное допустимое напряжение прикосновения (20 Ом);

α₁ -коэффициент напряжения прикосновения при контурном заземлении.

Принимая =0,5; получаем:

Oм

3. Определим расчётное удельное сопротивление грунта по формуле:

(4.6.3.)

где - удельное сопротивление грунта, полученное из справочника;

- климатический коэффициент;

- расчётное удельное сопротивление грунта с учётом климатического коэффициента.

При сухом грунте, типа суглинок, при влажности 10 - 12% к массе грунта =1,4; =100 Ом.

Приближенные значения удельных электрических сопротивлений различных грунтов и воды, Ом м Таблица 4.5.1.

Грунт, вода	Возможные пределы колебаний	При влажности 10 – 20% к массе грунта
1	2	3
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	-

Таблица 4.5.2.

Коэффициенты сезонности ψ для однородной земли

Климатическая зона по таблице 4	Состояние земли во время измерений ее сопротивления при влажности
	Повышенной	Нормальной		Малой
1	2	3		4
	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

Продолжение таблицы таблицы 4.5.2.

1	2		3	4
	Вертикальный электрод длиной 5 м
I	1,5	1,4			1,3
Климатическая зона по таблице 4	Состояние земли во время измерений ее сопротивления при влажности
	Повышенной	Нормальной			Малой
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

Определим расчётное удельное сопротивление грунта:

Ом×м

4. Примем сопротивление естественных заземлителей равным:

R_e= 12 Ом.

5. Рассчитаем сопротивление искусственного заземления, считая, что искусственные и естественные заземления соединены параллельно, и общее их сопротивление не должно превышать норму R_з, по формуле:

(4.6.4.)

где R_u- сопротивление искусственного заземлителя;

Сопротивление искусственного заземлителя будет равняться:

Ом

6. Выберем заземлитель типа трубчатый или стержневой у поверхности грунта.

Длина заземлителя L=2,0м, а диаметр d=0,1м. Тогда сопротивление одиночного стержневого заземлителя у поверхности грунта будет вычисляться по формуле:

_(4.6.5.)

где R_cт.од.- сопротивление одиночного заземлителя:

Ом

Примем длину соединительной шины L_ш=8х4=32(м); расстояние между стержнями 2м; необходимое число стержней определяется как:

n= 32/2=16.

Найдём коэффициент использования заземлителя. Он будет равен:

Примем: =0,63.

Определим сопротивление соединительной шины на поверхности грунта по формуле:

_(4.6.6.)

где R_ш -сопротивление соединительной шины.

Сопротивление соединительной шины на поверхности грунта:

Ом

Сопротивление шины с учётом коэффициента использования определяется по формуле:

(4.6.7.)

R_шф – сопротивление с учетом коэффициента использования;

η_ш - коэффициент использования.

Коэффициент использования заземлителя ( = 0,32), определим сопротивление соединительной шины с учётом коэффициента использования:

Ом

Определим сопротивление стержней (вертикальных заземлителей) с учётом шин по формуле:

_(4.6.8.)

где R_ст -сопротивление стержней с учётом шин.

Сопротивление стержней:

Ом

Учитывая коэффициент использования вертикальных заземлителей, определим их число по формуле:

_(4.6.9.)

где n - число вертикальных заземлителей.

Число заземлителей:

шт.

Примем число стержней n = 20 шт.

Схема защитного контурного заземления представлена на рис. 4.6.1.

Рис. 4.6.1. Схема защитного контурного заземления высокотемпературной печи