Пример расчета заземляющего устройства

Из паспорта на заземляющее устройство цеха выявлено, что оно выполнено контурным, трубами длиной l = 2,5 м, диаметром d = 0,05 м, количество труб n = 15, длина и ширина соединительной полосы соответственно равны l_п =70 м, b= 0,012 м, глубина заложения полосы t₀ = 0,8 м. Следует оценить соответствие сопротивления растеканию тока существующего заземляющего устройства действующим нормам, т.е. R_з.у. 4 Ом (табл. П.5.10).

Рассчитаем сопротивление растеканию тока одиночного заземлителя (трубы) R_тр, соединительной полосы R_п и общее сопротивление растеканию тока всего заземляющего устройства R_з.у.

Предположим, что в зоне расположения заземляющего устройства грунт суглинистый. По табл. П.5.7 находим измеренное удельное сопротивление грунта _изм = 10² Омм.

С учетом коэффициента сезонности  расчетное удельное сопротивление грунта равно

_р = _изм.

Для вертикальных заземлителей по табл. П.5.4 коэффициент сезонности  = 1,4 для третьей климатической зоны. После подстановки коэффициента сезонности в формулу получим

_р = _изм = 10² 1,4 Омм.

Расстояние t от поверхности земли до середины трубы равно

t = t₀ +0,5 l = м.

Подставляя численные значения в формулу 2 табл. П 5.1 получим:

Ом.

С учетом коэффициента сезонности, найденного по табл. П.5.4, для горизонтально расположенной соединительной полосы

_р = 2 10² Омм.

Подставляя численные значения в формулу 3 табл. П.5.1, получим

Ом.

Сопротивление растеканию тока R_з.у. заземляющего устройства, состоящего из вертикальных электродов и соединяющей их полосы, равно

,

где _в – коэффициент использования вертикальных электродов в групповых заземлителях без учета влияния полосы связи. По табл. П.5.5 определяем, что при контурном размещении электродов при = 2 и п = 15 коэффициент _в = 0,63.

_г – коэффициент использования горизонтального полосового электрода. По табл. П.5.6 при контурном заземлении _г = 0,4.

Подставляя полученные значения в формулу для R_з.у., получим

Ом.

Расчет показал, что сопротивление заземляющего устройства не превышает нормы и при анализе технической безопасности производственного оборудования можно сделать вывод, что защитное заземление электрооборудования соответствует требованиям безопасности труда.

Если бы при расчете оказалось, что R_з.у.> 4 Ом, то это свидетельствовало бы о том, что электрооборудование не соответствует требованиям безопасности труда и при разработке второго вопроса раздела «Охрана труда» проекта следовало бы определять дополнительное, параллельно подключенное к существующему заземляющее устройство, чтобы выполнить условие R_з.у.  4,0 Ом.

Пример расчета зануления

Трехфазная линия напряжением 380/220 В питается от трансформатора мощностью 400 кВА и выполнена медными проводами сечением S = 25 мм². К линии подключены два потребителя: один на расстоянии l₁ = 200 м, а другой на расстоянии l₂ = 450 м. Корпуса потребителей присоединены к нулевому медному проводу сечением S₂ = 10 мм². Первый потребитель защищен предохранителем ПР-2 с плавкими вставками на 125 А, второй – предохранителями ПР-2 с плавкими вставками на 60 А.

Определить:

1. Величину тока короткого замыкания зануленных потребителей и проверить выполнение требования

I_к.з.  3 I_н

2. Напряжение на корпусах потребителей относительно земли за период прохождения тока короткого замыкания (нулевой провод не заземлен).

3. Напряжение на корпусах потребителей относительно земли, если нулевой провод заземлен в начале линии r₀ = 4 Ом и в конце линии устроено повторное заземление нулевого провода r_п = 10 Ом.

Величина тока короткого замыкания определяется фазным напряжением и полным сопротивлением цепи короткого замыкания

, А (1)

где U_ф – фазное напряжение сети, В;

z_т – полное сопротивление обмоток трансформатора, Ом. Из табл. П.5.8 z_т = 0,195 Ом;

z_п – полное сопротивление петли фаза-ноль, Ом.

Полное удельное сопротивление петли фаза-ноль z_п равно

z_п , (2)

r_ф, r_н – активное удельное сопротивление фазного и нулевого проводов, Ом/км;

х_п – внешнее удельное индуктивное сопротивление фаза-ноль, Ом/км;

х – внутренне удельное индуктивное сопротивление проводников, Ом/км.

При устройстве линии из медных проводников принимаем, что внутренним индуктивным сопротивлением можно пренебречь, тогда получаем

Ом/км; (3)

Ом/км.

В приближенных расчетах можно принимать индуктивное сопротивление петли фаза-ноль х_п = 0,3 Ом/км для внутренней проводки и х_п = 0,6 Ом/км при отдельно проложенных нулевых и фазных проводах; при прокладке кабелем или в стальных трубах значением х_п можно пренебречь.

Подставляя численные значения в формулу (2), получим

Ом/км.

Полное сопротивление петли фазу-ноль на участке до первого потребителя

Ом.

Ток короткого замыкания при пробое на корпус первого потребителя

А.

Полное сопротивление петли фаза-ноль на участке до второго потребителя

Ом.

Ток короткого замыкания при пробое на корпус второго потребителя

А.

Необходимый для отключения электроустановки ток короткого замыкания определяется из условия I_кз  3I_н:

при пробое на корпус первого потребителя I_кз = 3  125 = 375 А, а при пробое на корпус второго потребителя I_кз = 3  60 = 180 А.

Сравнивая токи короткого замыкания при пробое на корпуса первого и второго потребителей с необходимыми для отключения потребителей токами короткого замыкания, убеждаемся, что выбранные сечения проводов удовлетворяют условию срабатывания максимальной токовой защиты.

Напряжение на корпусах потребителей относительно земли за период прохождения тока короткого замыкания (нулевой провод не заземлен) определяется по формуле

В, (4)

где z_н – полное сопротивление нулевого провода, Ом.

Полное удельное сопротивление нулевого провода из расчета на 1 км равно

Ом. (5)

После подстановки численных значений получим

Ом/км.

Полное сопротивление нулевого провода на участке до первого потребителя

Ом

Полное сопротивление нулевого провода на участке до второго потребителя

Ом

Подставляя численные значения в формулу (4) получим:

напряжение на корпусе первого потребителя относительно земли

В,

напряжение на корпусе второго потребителя относительно земли

В.

Такое напряжение опасно для обслуживающего персонала. Снижение напряжения на корпусах электрооборудования может быть достигнуто заземлением нулевого провода сопротивлению заземляющих устройств, к которым присоединены нейтрали трансформаторов или генераторов, должны быть не более r₀ = 2,4 Ом, повторных заземлений – не более r_п = 8 Ом.

В четырехпроводных сетях с глухозаземленной нейтралью напряжение прикосновения на зануленном оборудовании можно определить из выражения

В. (6)

Напряжение прикосновения на корпусе первого потребителя

В

Напряжение прикосновения на корпусе второго потребителя

В

Эти напряжения не представляют опасности для человека.

Примечания:

1. Полное сопротивление трансформатора мощностью до 1000 кВА можно определить по эмпирической формуле

Ом (7)

где U – линейное напряжение трансформатора, В, S – мощность трансформатора, кВА

2. Если электрическая линия выполнена из стальных проводников, то их активное и внутреннее индуктивное сопротивление можно определить по табл. П.5.9.

ПРИЛОЖЕНИЕ 6