13.1 Расчет системы заземления

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

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. [6, стр. 353]. 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.

Для заземления можно использовать трубы диаметром 45 мм (с толщиной стенок 2,5 мм), длиной 2500 мм и полосовую сталь сечением 48*4 мм. Заземлители разместим в ряд. Характер грунта в месте установки заземлителей – суглинок.

В соответствии с [17, стр. 7] трубчатые заземлители погружают в землю на глубину 0,8 м, расстояние между заземлителями примем равным трем длинам заземлителей а=7500 мм.

По [17, табл. 1, стр. 3] определяем сопротивление заземлителей не более 4 Ом.

Удельное сопротивление грунта определяем по [17, табл. 4, стр. 6]:

_Т =1*10⁴ Ом*см.

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

_Э = _Т*К_Э; (1)

_П = _Т*К_П, (2)

где К_Э и К_П – повышающие коэффициенты, находятся по [17, табл. 5, стр. 7].

_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_M – длина трубы, см;

d - наружный диаметр трубы, см;

h _M – глубина заложения трубы в землю, равная расстоянию от поверхности земли до середины трубы, см.

.

По номограмме на [17, рис. 4, стр. 11] это значение R_Э равно 50 Ом.

При вычислении по приближенной формуле [17, табл. 7, стр. 10] сопротивление одной трубы равно:

R_Э = 0,00302 * _Э; (4)

Rэ = 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_n соединительной полосы, м

L_n = 1,05*а*(n - 1); (6)

L_n = 1.05*(13-1)*7.5 = 95 м.

Определяем сопротивление полосы Rn, 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_n = 5*10⁴*ln((2*95²)/4*0.48) / (6.28*9500) = 7.64 Ом.

Результирующее сопротивление растеканию системы с учетом коэффициента использования труб [17, табл. 8, стр. 15] и полосы [17,табл. 9, стр. 15] 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.

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

Произведём уточняющий расчёт.

Число труб составляет

N’ = N/_Э; (9)

N’= 14,7 / 0,82 = 17,9318 шт.

Длина полосы L’n, м

L’n = 134 м.

Сопротивление полосы R’n, Ом

R’n = 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 [17,табл.1, стр. 3] и, следовательно, его можно принять в качестве исходного при проектировании защитного заземления. Проведенный расчет можно считать выполненным правильно.

На рисунке 1 изображена схема расположения заземлителей в грунте.

h_П

a

l _m

d

h_M

Рисунок 1 - Схема расположения заземлителей