11.2 Расчет системы заземления щита управления

Произведем расчет системы заземления на щит управления разрабатываемой системы автоматизации парового котла ДЕ-16-14ГМ, т.к. 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. [11, с. 253]. 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.

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

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

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

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

По определяем сопротивление заземлителей не более 4 Ом.

Удельное сопротивление грунта определяем по:

_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; (11.2)

_П = _Т*К_П, (11.3)

где К_Э и К_П – повышающие коэффициенты.

_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:

_, (11.4)

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 [11, рис. 24, c. 206] это значение R_Э равно 50 Ом.

При вычислении по приближенной формуле сопротивление одной трубы равно:

R_Э = 0,00302 * _Э; (11.5)

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, (11.6)

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); (11.7)

L_n = 1.05*(13-1)*7.5 = 95 м.

Определяем сопротивление полосы Rn, Ом

_, (11.8)

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 рассчитаем по формуле:

_, (11.9)

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; (11.10)

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.

На рисунке 11.1 изображена схема расположения заземлителей в грунте.

Полученная величина результирующего сопротивления R_c удовлетворяет нормам [11, табл.10, с. 199] и, следовательно, его можно принять в качестве исходного при проектировании защитного заземления.

Проведенный расчет заземления и полученная схема расположения заземлителей, которая будет реализована на реальном объекте, устранит опасность поражения электрическим током обслуживающего персонала и уменьшит процент аварий техногенного типа.

h_П

a

l _m

d

h_M

Рисунок 11.1 - Схема расположения заземлителей