Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Безопасность жизнедеятельности. Практикум-1
.pdf
RR
RR
′
⋅
сс п
R
=
сс п
,
(5.5)
′
+
и проверяют, соответствует ли оно нормативному значению
, Ом. В случае превышения нормативного значения следует
R
н
выполнить повторный расчет, корректируя исходные данные.
Пример 5.1
Спроектировать защитное заземление оборудования лаборатории, находящейся в I климатической зоне. Заземляющее
устройство заглублено на 0,8 м. Грунт – суглинок. Для вертикальных заземлителей длиной 3,0 м использовать стальные трубы диаметром 30 мм, для соединительной полосы –
стальную шину сечением 40×4 мм. Заземлители расположить
в ряд. Источник тока (трансформатор) мощностью 40 кВ ⋅ А
подает в лабораторию напряжение 380 В.
Решение
1. Определим нормативное значение сопротивления за-
земления R
. В помещении лаборатории электроустановки ра-
н
ботают при напряжении 380 В, поэтому они относятся к электроустановкам напряжением до 1000 В. Поскольку мощность
трансформатора невелика – 40 кВ ⋅ А – сопротивление защит-
ного заземления должно быть не более 10 Ом (см. п. 1 методики расчета защитного заземления), поэтому в расчете примем
= 10 Ом.
R
н
2. Определим расчетное удельное сопротивление грун-
та для вертикальных элементов заземляющего устройства
(стержней) r
п
сы) r
расч
r
= 100 Ом ⋅ м. По табл. 5.2, зная климатическую зону – I,
табл
с
и для горизонтальных элементов (поло-
расч
. По табл. 5.1, зная тип грунта – суглинок, найдем
и с учетом типа заземлителя, найдем климатические коэффициенты – yс = 2, yп = 7. Тогда расчетное удельное сопротивление стержней r
п
r
= 100 ⋅ 7 = 700 Ом ⋅ м.
расч
с
= 100 ⋅ 2 = 200 Ом ⋅ м, а для полосы –
расч
3. Рассчитаем сопротивление одиночного вертикально-
го заземлителя R
по формуле (5.1), зная диаметр стержня
с
121
dc = 30 мм = 0,03 м, длину стержня lс = 3 м и определив глубину
.
59, 8 4
5, 9 8 6
10
штn = =
cc
59, 8 4
9,71
8 0,.77
Ом
R = =
⋅
залегания центра вертикального стержня H = 0,8 + 3 / 2 = 2,3 м:
200 2 3 1 4 2.,3 3
=⋅+ =
c
⋅p⋅ ⋅ -
2 3 0, 03 2 4 2,3 3
⋅ ⋅+
ln ln 59,84
ОмR
4. Учитывая норму сопротивления заземления Rн, опре-
делим число вертикальных заземлителей по формуле (5.2):
5. Поскольку в условии задачи не приведен план, в соответствии с которым необходимо разместить заземляющее
устройство, примем следующее допущение: расстояние между одиночными заземлителями в два раза больше их длины, т.е. S = 2 ⋅ l = 6 м. Тогда отношение расстояния между
одиночными заземлителями S к их длине l
составит h = 2.
с
По табл. 5.3, с учетом расположения заземлителей – в ряд,
получаем значение коэффициента использования вертикальных стержней h
тов заземлителя n
= 0,77. Число вертикальных элемен-
с
= 6 / 0,77 = 7,8 ≈ 8 шт. (округление про-
1
изводится в большую сторону до целого числа). Поскольку
план расположения заземлителей не задан, корректировать
число вертикальных элементов необходимости нет, поэтому
= n1 = 8 шт.
n
2
Сопротивление заземлителей без учета соединительной
полосы рассчитаем по формуле (5.3):
по формуле (5.4) с учетом длины соединительной полосы
= 1,05 ⋅ (8 – 1) ⋅ 6 = 44,1 м, ее ширины b = 40 мм = 0,04 м и
l
п
глубины заложения H
6. Рассчитаем сопротивление соединительной полосы Rп
= H0 = 0,8 м:
1
122
2
9,71 36,99
7 .,69
9,71 36,99
Ом
R⋅= =
+
700 2 44,.1
= =
п
⋅p⋅ ⋅
2 4 4,1 0,04 0,8
⋅
ln 29,59
ОмR
По табл. 5.4, зная n2 = 8 шт., отношение расстояния меж-
ду заземлителями к их длине h = 2 и их расположение – в ряд,
определим значение коэффициента использования полосы
= 0,8 (используем метод интерполяции, так как в табл. 5.4
h
п
приведены значения коэффициента использования для
= 6 шт. и n2 = 10 шт.). Уточним R
n
2
′
= 29,59 / 0,8 = 36,99 Ом.
п
7. Определим общее сопротивление заземляющего устройства и соединяющей полосы по формуле (5.5):
Проверим, соответствует ли полученное значение нор-
мативному значению. В данном случае R
= 10 Ом, следова-
н
тельно, заземляющее устройство будет обеспечивать защиту
от поражения электрическим током.
Вывод. Параметры заземляющего устройства: вертикаль-
ные элементы – трубы диаметром 30 мм и длиной по 3 м,
в количестве 8 шт., расположены в ряд. Расстояние между
вертикальными элементами – 6 м. Горизонтальный элемент – полоса сечением 40×4 мм, длиной 44,1 м. Заземляющее устройство заглублено на 0,8 м. Сопротивление заземляющего устройства 7,69 Ом, что не превышает нормативного
значения 10 Ом.
Задача 5.1
Спроектировать защитное заземление оборудования лаборатории. Заземляющее устройство заглублено на 0,8 м.
Для вертикальных заземлителей длиной 3,0 м использовать
стальные трубы. Для соединительной полосы использовать
стальную шину сечением 40×4 мм. Источник тока (трансформатор) подает в лабораторию напряжение 380 В.
Варианты исходных данных приведены в табл. 5.5.
123
Исходные данные к задаче 5.1
Таблица 5.5
Номер
варианта
Мощность
трансформа-
тора, кВ ⋅ А
1 100 III Чернозем В ряд 35
2 630 I Супесок По контуру 40
3 40 IV Песок По контуру 40
4 63 III Суглинок По контуру 35
5 250 II Глина В ряд 45
6 100 I Чернозем В ряд 50
7 250 III Суглинок В ряд 45
8 400 II Суглинок В ряд 40
9 250 III Супесок По контуру 40
10 63 II Глина В ряд 35
11 100 II Супесок По контуру 50
12 630 IV Суглинок В ряд 35
13 40 II Глина В ряд 30
14 160 IV Суглинок В ряд 30
15 400 II Глина По контуру 40
16 63 I Чернозем В ряд 45
17 100 IV Суглинок В ряд 35
18 40 III Супесок В ряд 40
19 630 III Супесок По контуру 40
20 100 III Песок По контуру 40
21 400 II Глина В ряд 35
22 63 III Чернозем По контуру 40
23 100 II Суглинок В ряд 40
24 400 II Чернозем По контуру 45
25 160 IV Супесок По контуру 50
26 100 I Чернозем По контуру 45
27 630 II Суглинок В ряд 40
28 63 III Песок По контуру 40
29 400 IV Глина По контуру 40
30 160 I Чернозем По контуру 45
31 100 II Глина В ряд 30
32 630 III Чернозем По контуру 50
Клима-
тическая
зона
Грунт
Расположение
вертикальных
заземлителей
Диаметр верти-
кальных зазем-
лителей, мм
124
Окончание табл. 5.5
Номер
варианта
Мощность
трансформа-
тора, кВ ⋅ А
33 63 IV Глина В ряд 35
34 40 I Суглинок В ряд 45
35 250 II Чернозем По контуру 50
Клима-
тическая
зона
Грунт
Расположение
вертикальных
заземлителей
Диаметр верти-
кальных зазем-
лителей, мм
5.3. Расчет зануления
Цель расчета зануления – определение сечения защитного
нулевого провода, удовлетворяющего условию срабатывания
максимальной токовой защиты, при известных остальных
параметрах сети и заданных параметрах автоматического
выключателя или плавкой вставки.
Методика расчета зануления
1. Определяют сопротивление трансформатора Z
чения Z
в зависимости от мощности трансформатора P, кВ ⋅ А,
т
и схемы соединения обмоток «звезда – звезда» Y / Y
угольник – звезда» Δ / Y
с четвертым нулевым защитным про-
н
водником, находящимся с низкой стороны трансформатора,
приведены в табл. 5.6.
Расчетные значения сопротивления трансформаторов
при вторичном напряжении 380 / 220 В
, Ом. Зна-
т
или «тре-
н
Таблица 5.6
1
Мощность
трансформа-
тора Р, кВ ⋅ А
25 3,110 0,906 250 0,312 0,090
40 1,950 0,562 400 0,195 0,056
63 1,240 0,360 630 0,129 0,042
100 0,800 0,266 1000 0,081 0,029
160 0,487 0,141 1600 0,054 0,017
1
Для трансформаторов с вторичным напряжением 220 / 128 В значе-
следует уменьшить в 3 раза.
ние Z
т
Сопротивление транс-
форматора Z
Y / Y
н
, Ом
т
Δ / Y
н
Мощность
трансформа-
тора Р, кВ ⋅ А
Сопротивление транс-
форматора Z
Y / Y
н
125
, Ом
т
Δ / Y
н
2. Рассчитывают ток однофазного короткого замыкания
к ном
,I kI=
к
н
н
,
I
iS=
, А, по формуле
I
к
где I
– номинальный ток срабатывания устройства защи-
ном
(5.6)
ты (плавкой вставки П или автоматического выключателя АВ), А;
k – коэффициент кратности номинального тока.
Согласно ПУЭ [1], значение тока I
должно превышать в
к
3 раза значение номинального тока срабатывания плавкой
вставки предохранителя (k = 3 для П). При защите сети автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель, коэффициент кратности тока выключателей с номинальным током до 100 А следует принимать
равным 1,4, а для прочих – 1,25 (k = 1,4 или 1,25 для АВ).
3. Выбирают площадь сечения нулевого провода по
табл. 5.7. При этом следует обеспечить плотность тока в нулевом проводе i
Значения r
Размеры
сечения, мм
20×4 80 5,24 3,14 4,20 2,52 3,48 2,09 2,97 1,78
30×4 120 3,66 2,20 2,91 1,75 2,38 1,43 2,04 1,22
30×5 150 3,38 2,03 2,56 1,54 2,08 1,25 1,60 0,98
40×4 160 2,80 1,68 2,24 1,34 1,81 1,09 1,54 0,92
50×4 200 2,28 1,37 1,79 1,07 1,45 0,87 1,24 0,74
50×5 250 2,10 1,26 1,60 0,96 1,28 0,77 – –
60×5 300 1,77 1,06 1,34 0,80 1,08 0,65 – –
= 0,5…2,0 А / мм2, определяя ее по формуле
н
(5.7)
и x1, Ом / км, стальных проводников
1
при переменном токе f = 50 Гц
Sн,
мм
2
Плотность тока в проводнике iн, А / мм
0,5 1,0 1,5 2,0
r
x
r
x
r
1
1
1
1
x
1
1
Таблица 5.7
2
r
x
1
1
126
4. По табл. 5.7 устанавливают значения активного r1,
R rl= ⋅
X xl= ⋅
r⋅
22
Z RX= +
Ом / км, и внутреннего индуктивного x
, Ом / км, сопротивле-
1
ния одного километра стального проводника. Они зависят от
профиля проводника и площади его сечения S
от ожидаемой плотности тока в нулевом проводнике i
, мм2, а также
н
, А / мм2.
н
5. Определяют значения активного и индуктивного сопротивления нулевого защитного проводника. Если нулевой защитный проводник прямоугольного или круглого сечения выполнен из стали, то активное сопротивление нулевого провода
,
(5.8)
1н
а индуктивное сопротивление
и x1 – соответственно активное и внутреннее индуктив-
где r
1
,
(5.9)
1н
ное сопротивление одного километра стального проводника, Ом / км.
6. Для медных и алюминиевых проводников фаз по известным данным – сечению S
сопротивлению проводника r, Ом ⋅ мм
, мм2, длине l, м, и удельному
ф
2
/ м (для меди r = 0,018,
а для алюминия r = 0,028) – определяют активное сопротивление фазы R
, Ом:
ф
l
R
ф
.
= (5.10)
S
ф
Значение внутреннего индуктивного фазного сопротивле-
ния X
поэтому им можно пренебречь: Х
, Ом, для медных и алюминиевых проводников мало,
ф
= 0.
ф
7. По формуле полного сопротивления проводников
127
(5.11)
определяют полное сопротивление фазного Zф, Ом, и нулево-
нф
2,ZZ≤⋅
Xl
2.
( ) ( )
22
п фн ф н п
,Z RR XXX= + + ++
го защитного Z
, Ом, проводника.
н
8. Материал и сечение нулевого защитного проводника
должны удовлетворять условию
и Zф – полное сопротивление соответственно нулевого
где Z
н
(5.12)
и фазного проводника, Ом.
9. Внешнее индуктивное сопротивление X
, Ом, петли
п
«фаза – нуль», в случае если используется воздушная линия
электропередачи при частоте тока f = 50 Гц, можно определить по формуле
⋅
2
= ⋅⋅
0,1256 ln ,
п
D
(5.13)
d
где l – длина линии, км;
D – расстояние между проводниками линии, м;
S
d – диаметр проводников, м,
d = ⋅
ф
p
Для грубых расчетов используют формулу Xп = 0,6 ⋅ l, что
соответствует D = 1 м. Для уменьшения значения X
нулевой
п
защитный проводник следует прокладывать рядом с фазным.
Если нулевой проводник является четвертой жилой кабеля
или металлической трубой, в которой расположены фазные
проводники, то X
мало по величине и им можно пренебречь.
п
10. Полное сопротивление проводников петли «фаза –
нуль» Z
, Ом, определяют по формуле
п
где R
, Rн – активное сопротивление соответственно фазного
ф
и нулевого провода, Ом;
(5.14)
128
Xф, Xн – внутреннее индуктивное сопротивление соответ-
ф
н
т
п
,
3
U
I
Z
Z=+
нк
,II≥
ственно фазного и нулевого провода, Ом;
X
– внешнее индуктивное сопротивление петли «фаза –
п
нуль», Ом.
11. Расчетный ток петли «фаза – нуль» равен отношению
напряжения в этой цепи к полному сопротивлению цепи:
где U
Z
Z
– фазное напряжение сети, В;
ф
– сопротивление трансформатора, Ом (см. табл. 5.6);
т
– полное сопротивление петли «фаза – нуль», Ом.
п
(5.15)
12. Далее необходимо проверить выполнение условия на
срабатывание выключателя. Если в результате расчета условие
(5.16)
выполняется, то расчет окончен, в противоположном случае
его повторяют, выполнив одно из мероприятий: утолщение
нулевого защитного проводника, изменение параметров выключателя, изменение параметров фазных проводников.
Пример 5.2
Подобрать площадь сечения нулевого провода, удовлетворяющую условию срабатывания максимальной токовой защиты, распределительного щитка лаборатории, к которому
подведена линия длиной 200 м от понижающего трансформатора с вторичным напряжением 380 В, мощностью 400 кВ ⋅ А,
схема соединения обмоток Y / Y
пряжение 220 В, площадь сечения провода из меди 10 мм
. Параметры «фазы» – на-
н
2
Расстояние между проводниками линии 0,6 м. Параметры
устройства защиты – тип АВ, номинальный ток 63 А.
.
129
Решение
ф
0,018 200
.0,36
10
Ом
R⋅= =
22
22
н
ф
0,56 0,336 0,653 ;
0,36 0 0, 36 .
Ом
Ом
ZZ=+=
= +=
1. Сопротивление обмоток трансформатора Z
определим
т
по табл. 5.6, зная напряжение трансформатора 380 В, мощность 400 кВ ⋅ А и схему соединения обмоток трансформатора
: Zт = 0,195 Ом.
Y / Y
н
2. По формуле (5.6), зная, что I
чение тока I
(для АВ номинальным током до 100 А коэффи-
к
циент кратности тока k = 1,4). Тогда I
3. Плотность тока в нулевом проводнике i
= 63 А, рассчитаем зна-
ном
= 63 ⋅ 1,4 = 88,2 А.
к
рассчитаем по
н
формуле (5.7), выбрав из табл. 5.7 значение площади сече-
2
ния нулевого провода 160 мм
обходимости обеспечения значения i
(при этом следует помнить о не-
от 0,5 до 2 А / мм2; если
н
не «попадаем» в этот диапазон, то необходимо корректировать
выбор площади сечения нулевого провода): i
2
55 А / мм
, следовательно, менять выбранное значение площа-
= 88,2 / 160 = = 0,
н
ди сечения необходимости нет.
4. Определим по табл. 5.7 значения r
таблицы значение i
, ближайшее к рассчитанному в п. 3 зна-
н
чению, например в данном случае выбираем i
= 2,8 Ом / км и x1 = 1,68 Ом / км.
r
1
и x1 (выбирая из
1
= 0,5 А / мм2):
н
5. Рассчитаем значения активного и внутреннего индуктивного сопротивления нулевого проводника, подставляя в
формулы (5.8) и (5.9) длину линии в километрах: R
× 0,2 = 0,56 Ом и X
= 1,68 ⋅ 0,2 = 0,336 Ом.
н
= 2,8 ×
н
6. Определим по формуле (5.10) активное сопротивление фазного проводника при заданных значениях l = 200 м и
= 10 мм2 с учетом r = 0,018 Ом ⋅ мм2 / м для медного провода:
S
ф
7. Определим полное сопротивление нулевого и фазного
проводников по формуле (5.11):
130
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]