2.13 Расчет заземляющего устройства
Воздействие электрического тока на организм человека может вызвать поражения вплоть до его гибели. Тяжесть поражения зависит в основном от силы тока и продолжительности его действия.
Сила тока определяется приложенным к человеку напряжением и общим сопротивлением его тела.
Это сопротивление складывается из внутреннего сопротивления (примерно равно 1000 Ом) и сопротивления кожи человека (сухая, неповреждённая кожа поднимает сопротивление тела человека до нескольких сотен тысяч Ом).
Сила тока зависит не только от сопротивления самого тела, но и сопротивления всей цепи, в которую оказывается включённым человек. Опасным для жизни считаются токи 25-30 мА, эти токи способны вызвать паралич дыхания и нарушения деятельности сердца.
При обслуживании электроустановки опасность представляет не только неизолированные токоведущие части, находящиеся под напряжением, но и те конструктивные части электрооборудования, которые нормально не находятся под напряжением, но могут оказаться под напряжением при повреждении изоляции (корпуса электродвигателей, пускателей, баки трансформаторов, кожухи шинопроводов, металлические каркасы щитов и т.п.)
Правила устройства электроустановок устанавливают термин “зануление” для определения защитной меры безопасности от поражения электрическим током в электроустановках до 1 кВ с заземлённой (глухозаземлённой) нейтралью, а термин “заземление” предназначен для определения защитной меры безопасности в электроустановках с изолированной нейтралью.
Любая система автоматического управления и контроля технологического процесса имеет в своей структуре сеть зануления или заземления.
Для защиты людей от поражения электрическим током применяются следующие меры электpобезопасности: заземление, зануление, защитное отключение, разделительный трансформатор, двойная изоляция, малое напряжение, выравнивание потенциалов.
Заземлением какой-либо части установки или другой установки называется преднамеренное электрическое соединение этой части с заземляющим устройством.
Занулением в электроустановках напряжением до 1 кВ называется преднамеренное соединение частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением, с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, с глухозаземленной средней точкой источника в сетях постоянного тока.
Для защиты персонала от попадания под опасное для жизни напряжение, проектом предусмотрено устройство защитного заземления. Заземлению подлежат все металлические нетоковедущие части электрооборудования, нормально не находящиеся под напряжением, но могущие оказаться под таковым вследствие неисправности изоляции. Проектом предусмотрено устройство внутрицехового контура заземления, выполненного из полосовой стали размером 4х2,5 мм и ответвлениями – 3х20 мм.
В сетях освещения – используется нулевой рабочий проводник.
Расчет защитного заземления производится методом коэффициента использования следующим образом:
1) В соответствии с ПУЭ устанавливается необходимое сопротивление заземления RЗ;
2) Определяется расчетное сопротивление грунта для вертикальных и горизонтальных заземлителей ρЗ.В и ρЗ.Г по формулам:
, (2.41)
, (2.42)
где
- расчетное удельное сопротивление
грунта, Ом∙м;
КСЕЗ.В – коэффициент сезонности для вертикальных заземлителей, учитывающий промерзание и просыхание грунта и зависящий от климатической зоны [9] ;
КСЕЗ.Г – коэффициент сезонности для горизонтальных заземлителей, учитывающий промерзание и просыхание грунта и зависящий от климатической зоны [9] ;
3) Определяется сопротивление одного вертикального заземлителя Rв.о. При применении вертикального заземлителя из стального уголка Rв.о определяется по формуле:
, (2.43)
где l – длина вертикального заземлителя, м;
b – ширина вертикального заземлителя, м;
t – расстояние от поверхности земли до центра вертикального заземлителя, м.
4) Определяется примерное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования вертикальных заземлителей Ки.в по формуле:
. (2.44)
5) Определяется сопротивление горизонтального заземлителя Rг. При применении горизонтального заземлителя из стальной полосы Rг определяется по формуле:
, (2.45)
где l – длина горизонтального заземлителя, м;
b – ширина горизонтального заземлителя, м;
t – расстояние от поверхности земли до центра горизонтального заземлителя, м (глубина заложения);
Ки.г – коэффициент использования горизонтального заземлителя.
6) Определяется необходимое сопротивление вертикальных заземлителей с учетом сопротивления горизонтальных заземлителей по формуле:
. (2.46)
7) Уточняется число вертикальных заземлителей при уточненном коэффициенте использования вертикальных заземлителей Ки.в по формуле:
. (2.47)
Произведу расчет заземляющего устройства для проектируемой КТП в указанной последовательности. Для контура заземления буду использовать в качестве вертикальных электродов стальной уголок 50х50х5 мм длиной 2,5м и погруженный ниже уровня земли на 0,7м, соединенных горизонтальной стальной полосой 40х4 мм.
Согласно ПУЭ (п.1.8.39, табл.1.8.38) для электроустановок напряжением до 1кВ в электрических сетях с глухозаземленной нейтралью сопротивление заземления должно составлять не более 2/4/8 Ом при линейных напряжениях 660/380/220 В соответственно, в электрических сетях с изолированной нейтралью – не более 4 Ом .
Принимаю
требуемое сопротивление заземления:
.
Для суглинка принимаю по таблицам [6] расчетное удельное сопротивление грунта =100 Ом∙м. Коэффициент сезонности для климатической зоны III принимаю КСЕЗ.В = 1,4 и КСЕЗ.Г = 2,0.
Определю расчетное сопротивление грунта по формулам (2.41) и (2.42):
,
.
Определяю сопротивление одиночного вертикального заземлителя по (2.43):
.
Определяю примерное число вертикальных заземлителей при предварительно принятом коэффициенте использования вертикальных заземлителей Ки.в = 0,6 по формуле (2.44):
шт.
Принимаю расстояние между вертикальными заземлителями равным их двойной длине, тогда Ки.г = 0,58, l =19 ∙ 5= 95 м. Определяется сопротивление горизонтального заземлителя по (2.45):
Ом.