8.5 Расчет системы заземления

Защитное заземление  предусмотренное соединение с землей или ее эквивалентом металлических токоведущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус электроустановки.

Заземление на корпус или, точнее, электрическое соединение токоведущей части с металлическими нетоковедущими частями электроустановки может быть результатом, например, случайного касания токопроводящей части корпуса машины, повреждения изоляции, падение провода, находящегося под напряжением, на токоведущие металлические части и т. д.

Назначение защитного заземления  устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим токопроводящим металлическим частям электроустановки, которые оказываются под напряжением.

Заземлению подлежат металлические корпуса контрольно – измерительных приборов, регулирующих устройств, корпуса электродвигателей исполнительных механизмов, металлические щиты, металлические оболочки контрольных и силовых кабелей, стальные трубы электропроводок и т.д. [70]. Все эти элементы имеют место в данном проекте. Поэтому становится ясным необходимость проведения подобного рода мероприятий по защите обслуживающего персонала от поражения электрическим током. Для заземления электроустановок систем автоматизации должна использоваться заземляющая сеть системы электроснабжения, которую нам и предстоит рассчитать. Защитное заземление необходимо выполнить для оборудования, питающегося от сети 380 В, кроме того для всех щитов и пультов с контрольно - измерительной и регулирующей аппаратурой.

В электроустановках до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью или глухозаземленным выводом источника однофазного тока, а также с глухозаземленной средней точкой в трехпроводных сетях постоянного тока должно быть выполнено зануление. Применение в таких электроустановках заземления корпусов электроприемников без их зануления не допускается.

В обоснованных случаях рекомендуется выполнять защитное отключение (для переносного электроинструмента, некоторых жилых и общественных помещений, насыщенных металлическими конструкциями, имеющими связь с землей).

В качестве естественных заземлителей рекомендуется использовать:

1) проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих и взрывчатых газов и смесей, канализации и центрального отопления;

2) обсадные трубы скважин;

3) металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей;

4) металлические шунты гидротехнических сооружений, водоводы, затворы и т. п.;

5) свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле. Алюминиевые оболочки кабелей не допускается использовать в качестве естественных заземлителей. Если оболочки кабелей служат единственными заземлителями, то в расчете заземляющих устройств они должны учитываться при количестве кабелей не менее двух;

6) заземлители опор ВЛ, соединенные с заземляющим устройством электроустановки при помощи грозозащитного троса ВЛ, если трос не изолирован от опор ВЛ;

7) нулевые провода ВЛ до 1 кВ с повторными заземлителями при количестве ВЛ не менее двух;

8) рельсовые пути магистральных неэлектрофицированных железных дорог и подъездные пути при наличии преднамеренного устройства перемычек между рельсами.

Заземлители должны быть связаны с магистралями заземлений не менее чем двумя проводниками, присоединенными к заземлителю в разных местах. Это требование не распространяется на опоры ВЛ, повторное заземление нулевого провода и металлические оболочки кабелей.

Для искусственных заземлителей следует применять сталь. Искусственные заземлители не должны иметь окраски. Наименьшие размеры стальных искусственных заземлителей приведены ниже:

- Диаметр круглых (прутковых) заземлителей, мм:

- Неоцинкованных - 10

- Оцинкованных - 6

- Сечение прямоугольных заземлителей, мм² - 48

- Толщина прямоугольных заземлителей, мм - 4

- Толщина полок угловой стали, мм - 4

Сечение горизонтальных заземлителей для электроустановок напряжением выше 1 кВ выбирается по термической стойкости (исходя из допустимой температуры нагрева 400°С).

Не следует располагать (использовать) заземлители в местах, где земля подсушивается под действием тепла трубопроводов и т. п.

Траншеи для горизонтальных заземлителей должны заполняться однородным грунтом, не содержащим щебня и строительного мусора.

В случае опасности коррозии заземлителей должно выполняться одно из следующих мероприятий:

- увеличение сечения заземлителей с учетом расчетного срока их службы;

- применение оцинкованных заземлителей;

- применение электрической защиты.

В качестве искусственных заземлителей допускается применение заземлителей из электропроводящего бетона.

Изучается возможность использования естественных заземлителей. Если такая возможность есть, то делают отвод от них. Отвод делают только посредством сварки. В качестве заземляющего проводника используют полосовую сталь сечением не менее 48 мм² при толщине не менее 4 мм, или угловую сталь с толщиной полки не менее 2,5 мм. Полосу или уголок заводят в помещение, где можно развести или контур заземления (стальная полоса сечением не менее 24 мм², толщиной не менее 3 мм), или, приварив к полосе (уголку) болт, заводят на него медный проводник (от 2,5 мм²), который и будет РЕ-проводником.

Для заземления можно использовать трубы диаметром 45 мм (с толщиной стенок 2,5 мм), длиной 2500 мм и полосовую сталь сечением 48х4 мм. Заземлители разместим в ряд. Характер грунта в месте установки заземлителей – суглинок.

В соответствии с [28] трубчатые заземлители погружают в землю на глубину 0,8 м, расстояние между заземлителями примем равным трем длинам заземлителей а = 7500 мм.

По [28] определяем сопротивление заземлителей не более 4 Ом.

Удельное сопротивление грунта определяем по [28]:

_т =110⁴ Омсм.

Учитывая возможность высыхания грунта летом и промерзания зимой, определяем расчетное значение удельных сопротивлений электродов и полос.

_э = _тК_э; (1)

_п = _тК_п, (2)

где К_э и К_п – повышающие коэффициенты, они находятся по [28]:

_э = 110⁴ 1,9 = 1,910⁴ Омсм;

_п = 110⁴5 = 510⁴ Ом см;

Определяем величину сопротивления одной забитой в землю трубы:

, (3)

где _э – удельное расчетное сопротивление грунта для электрода, Омсм; L_м – длина трубы, см; d – наружный диаметр трубы, см; h_м – глубина заложения трубы в землю, равная расстоянию от поверхности земли до середины трубы, см;

.

По номограмме на [28] значение R_э = 50 Ом.

При вычислении по приближенной формуле [28] сопротивление одной трубы равно:

R_э = 0,00302_Э; (4)

R_э = 0,003021,910⁴ = 57,4 Ом.

Принимаем R_э = 59 Ом.

Определим потребное число трубчатых заземлителей по формуле

N = R_э/r_з, (5)

где r_з – величина сопротивления заземляющего устройства, предусмотренная по норме, Ом; R_э – сопротивление растеканию одиночного заземлителя в наихудших условиях;

N = 59/4 = 14,7 шт.

Учитывая, что трубы соединяются заземляющей полосой, которая выполняет роль заземлителей, уменьшим полученное число труб до 13 шт.

Определяем длину L_п соединительной полосы, м:

L_п = 1,05а(n – 1); (6)

L_п = 1,05(13 – 1)7,5 = 95 м.

Определяем сопротивление полосы R_п, Ом:

, (7)

где _п – удельное расчетное сопротивление грунта для полосы, Омсм; L_п – длина полосы, cм; В – ширина полосы, см; h_п – глубина заложения полосы в землю, см;

R_п = 510⁴ln((295²)/40,48)/(6,289500) = 7,64 Ом.

Результирующее сопротивление растеканию системы с учетом коэффициента использования труб и полосы [28] рассчитаем по формуле:

, (8)

где R_э – сопротивление заземления одной трубы, Ом; n – число труб – заземлителей; _э – коэффициент использования труб контура; R_п – сопротивление заземления соединяющих полос, Ом; _п – коэффициент использования соединительной полосы.

_э = 0,82; _п =0,76,

R_с = 597,64/(590,76 + 7,640,8213) = 3,57 Ом.

Произведем уточняющий расчет.

Число труб составляет

N' = N/_э; (9)

N' = 14,7/0,82 = 17,93  18 шт.

Длина полосы L'_п, м:

L'_п = 134 м.

Сопротивление полосы R'_п, Ом:

R'_п = 510⁴ln((2134²)/40,48)/(6,2813400) = 5,85 Ом.

Сопротивление системы R'_c, Ом:

R'_c =3,2 Ом.

Полученная величина результирующего сопротивления удовлетворяет нормам [28] и, следовательно, его можно принять в качестве исходного при проектировании защитного заземления. Проведенный расчет можно считать выполненным правильно.

На рис. 45 изображена схема расположения заземлителей в грунте.

h_П

a

l _m

d

h_M

Рис. 45 Схема расположения заземлителей