
- •Р. Б. Скоков, г. С. Магай, и. А. Кремлев
- •1.1. Краткие теоретические сведения
- •1.2. Модель сопротивления грунта
- •1.3. Порядок выполнения работы
- •1.4. Контрольные вопросы
- •2.1. Краткие теоретические сведения
- •2.2. Порядок выполнения работы
- •2.3. Контрольные вопросы
- •3.1. Краткие теоретические сведения
- •3.2. Модель сопротивления растеканию тока с заземляющего устройства
- •3.3. Порядок выполнения работы
- •3.4. Контрольные вопросы
- •4.1. Краткие теоретические сведения
- •4.2. Модель прикосновения человека к поврежденной электроустановке
- •4.3. Порядок выполнения работы
- •4.4. Контрольные вопросы
- •Часть 2
- •644046, Г. Омск, пр. Маркса, 35
1.4. Контрольные вопросы
1) Как частота измерительного сигнала и сила тока в измерительной цепи влияют на результаты измерения сопротивления грунта?
2) Какие приборы используются для измерения сопротивления грунта?
3) Какие факторы влияют на изменение сопротивления грунта в течение года?
Лабораторная работа 2
РАСЧЕТ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ
Цель работы: изучить назначение, принцип действия, область применения защитного заземления и требования, предъявляемые к нему; освоить методику расчета защитного заземления в однородном грунте.
2.1. Краткие теоретические сведения
Защитное заземление– преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциала, разряд молнии и т. п.).
Назначение защитного заземления – устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.
Защитное заземление следует отличать от других видов заземления, например, рабочего заземленияизаземления молниезащиты.Рабочее заземление – преднамеренное соединение с землей отдельных точек электрической цепи, например, нейтральных точек обмоток генераторов, силовых и измерительных трансформаторов, дугогасящих аппаратов, реакторов поперечной компенсации в дальних линиях электропередачи, а также фазы при использовании земли в качестве фазного или обратного провода. Рабочее заземление предназначено для обеспечения надлежащей работы электроустановки в нормальных или аварийных условиях, осуществляется оно непосредственно (т. е. путем соединения проводником заземляемых частей с заземлителем) или через специальные аппараты – пробивные предохранители, разрядники, резисторы и т. п. Заземление молниезащиты – преднамеренное соединение с землей молниеприемников и разрядников в целях отвода от них токов молнии в землю.
Область применения защитного заземления:
электроустановки напряжением до 1 кВ в трехфазных трехпроводных сетях переменного тока с изолированной нейтралью (система IT);
электроустановки напряжением до 1 кВ в однофазных двухпроводных сетях переменного тока, изолированных от земли;
электроустановки напряжением до 1 кВ в двухпроводных сетях постоянного тока с изолированной средней точкой обмоток источника тока (система IT);
электроустановки в сетях напряжением выше 1 кВ переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали или средней точки обмоток источников тока.
Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжения прикосновения и шага, обусловленного замыканием на корпус и другими причинами. Это достигается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования (уменьшением сопротивления заземлителя), а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования (подъемом потенциала основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к значению потенциала заземленного оборудования).
Напряжение прикосновения и ток, протекающий через тело человека, при наличии заземления определяются по формулам [1, 3]:
;
(2.1)
,
(2.2)
где
–
ток
замыкания на землю, А;
– сопротивление
растеканию тока с защитного заземления,
Ом;
– сопротивление
тела человека, Ом;
1 – коэффициент напряжения прикосновения, характеризующий форму потенциальной кривой.
Уменьшая значение сопротивления заземлителя растеканию тока Rз, можно снизить напряжение корпуса электроустановки относительно земли, в результате чего уменьшаются напряжение прикосновения и ток, протекающий через тело человека. Заземление будет эффективным лишь в том случае, если ток замыкания на землю IЗ практически не увеличивается с уменьшением сопротивления заземлителя. Такое условие выполняется в сетях с изолированной нейтралью(типа IT) напряжением до 1 кВ, так как в них ток замыкания на землю в основном определяется сопротивлением изоляции проводов относительно земли, которое значительно больше сопротивления заземлителя.
Для установок напряжением до 1 кВ сопротивление заземляющего устройства должно соответствовать условию:
,
(2.3)
где Rз – сопротивление заземляющего устройства, Ом;
– допустимое
значение напряжения
прикосновения, которое принимается
равным 50 В [1];
Iз – полный ток замыкания на землю, А.
Для установок напряжением выше 1 кВ сопротивление заземляющего устройства должно соответствовать
0,5 Ом при эффективно заземленной нейтрали (т. е. при больших токах замыкания на землю);
250/Iз , но не более 10 Ом при изолированной нейтрали (т. е. при малых токах замыкания на землю) и условии, что заземлитель используется только для электроустановок напряжением выше 1000 В.
Расчет защитного заземления проводится с целью определения основных параметров заземления – числа, размеров и порядка размещения одиночных заземлителей и заземляющих проводников, при которых напряжение прикосновения и шага в период замыкания фазы на заземленный корпус не превышает допустимых значений.
Расчет заземления для случая размещения заземлителя в однородной земле производится в следующем порядке.
1. Рассчитывается ток замыкания на землю
,
(2.4)
где
– номинальное напряжение электроустановки,
В;
lк.л и lв.л – протяженность питающих кабельных и воздушных линий, км.
2.
Определяется требуемое сопротивление
растеканию заземляющего устройства .
При этом сопротивление заземляющего
устройства, к которому присоединены
нейтрали трансформаторов, в любое время
года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом при
линейных напряжениях источника
трехфазного тока 660, 380 и 220 В соответственно.
Для сетей с изолированной нейтралью
напряжением 6 – 35 кВ сопротивление
заземляющего устройства определяется
по формуле (2.3), оно не должно превышать
10 Ом.
3. При наличии естественного заземлителя рассчитывается требуемое сопротивление искусственного заземляющего устройства
,
(2.5)
где
–требуемое
сопротивление растеканию заземляющего
устройства, Ом;
–сопротивление
естественного заземлителя, Ом.
4. Выбирается схема расположения электродов – в ряд (по периметру и внутри защищаемой территории) или по контуру (по периметру защищаемой территории).
5. Определяется отношение расстояние между электродами (а) к длине вертикального электрода (lв). Начальное отношение обычно выбирается равным трем.
6. Рассчитывается сопротивление растеканию одиночного вертикального электрода
,
(2.6)
где
– удельное сопротивление грунта в месте
установки заземления, Омм;
–коэффициент
сезонности для вертикальных электродов.
Выбирается из табл. 2.1;
–длина
вертикального электрода, м;
–расстояние
от центра вертикального электрода до
верхнего уровня грунта, м,
,
(2.7)
здесь
– глубина заложения вертикального
электрода, м.
Таблица 2.1
Характеристики климатических зон
Данные, характеризующие климатические зоны и тип применяемых электродов |
Климатические зоны | |||
1 |
2 |
3 |
4 | |
Климатические признаки зоны | ||||
Средняя температура января, С |
-15 -20 |
-10 -14 |
0 -10 |
0 6 |
Средняя температура июля, С |
16 – 18 |
18 – 22 |
22 – 24 |
24 – 26 |
Продолжительность замерзания воды, дн. |
170 – 190 |
150 |
100 |
0 |
Значение коэффициента сезонности | ||||
Для
вертикальных электродов
|
1,65 |
1,45 |
1,3 |
1,1 |
Для
горизонтального электрода
|
4,5 |
3,0 |
2,0 |
1,4 |
7. Определяется требуемое количество вертикальных электродов
,
(2.8)
где
– коэффициент использования вертикальных
электродов, зависящий от их числа и
отношения а / lв
(табл. 2.2).
Предварительно
определяется по уравнению (2.8) без учета
коэффициента использования. По известному
значению
определяется
и повторно производится расчет по
выражению (2.8) с учетом коэффициента
использования, таким образом, получается
уточненное значение
Далее опять
определяется
для уточненного значения
и т. д. до того момента, пока полученное
значение
не будет отличаться от предыдущего
менее чем на единицу. Полученное значение
округляется в большую сторону до
ближайшего целого числа.
Таблица 2.2
Коэффициенты использования вертикальных электродов в группового
заземления (труб, уголков и т. п.) без учета влияния полосы связи
Число заземлителей nв
|
Отношение расстояний между электродами (а) к их длине (lв) | |||||
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
3 | |
электроды размещены в ряд |
электроды размещены по контуру | |||||
2 4 6 10 20 40 60 |
0,85 0,73 0,65 0,59 0,48 – – |
0,91 0,83 0,77 0,74 0,67 – – |
0,94 0,89 0,85 0,81 0,76 – – |
– 0,69 0,61 0,56 0,47 0,41 0,39 |
– 0,78 0,73 0,68 0,63 0,58 0,55 |
– 0,85 0,80 0,76 0,71 0,66 0,64 |
8.
Рассчитывается необходимая длина
соединительной полосы
При расположении в ряд
,
при расположении электродов по контуру
.
9. Определяется расчетное сопротивление растеканию горизонтального электрода
,
(2.9)
где
– коэффициент сезонности для
горизонтального электрода (выбирается
из табл. 2.1);
–коэффициент
использования горизонтального электрода,
зависящий от числа вертикальных
электродов и отношения а / lв
(табл. 2.3 и
2.4);
–ширина
соединительной полосы, м.
10. Определяется результирующее сопротивление искусственного группового заземляющего устройства
.
(2.10)
Таблица 2.3
Коэффициенты использования г горизонтального полосового электрода,
соединяющего вертикальные электроды (трубы, уголки и т. п.)
группового заземлителя (электроды размещены в ряд)
Отношение расстояний между вертикальными электродами к их длине |
Число вертикальных электродов nв | |||||
2 |
4 |
6 |
10 |
20 |
40,60,100 | |
Вертикальные электроды размещены в ряд 1 2 3 |
0,85 0,94 0,96 |
0,77 0,80 0,92 |
0,72 0,84 0,88 |
0,62 0,75 0,82 |
0,42 0,56 0,68 |
– – – |
Таблица 2.4
Коэффициенты использования г горизонтального полосового электрода
группового заземлителя (электроды размещены по контуру)
Отношение расстояний между вертикальными электродами к их длине |
Число вертикальных электродов nв
| |||||||
2 |
4 |
6 |
10 |
20 |
40 |
60 |
100 | |
Вертикальные электроды размещены по контуру 1 2 3 |
– – – |
0,45 0,55 0,70 |
0,40 0,48 0,64 |
0,34 0,40 0,56 |
0,27 0,32 0,45 |
0,22 0,29 0,39 |
0,20 0,27 0,36 |
0,19 0,23 0,33 |
11. Рассчитывается сопротивление растеканию принятого группового заземляющего устройства
.
(2.11)
12.
Полученное значение сравнивается с
его требуемым значением. Если полученное
значение больше требуемого, то необходимо
увеличить
и повторить расчет. Если полученное
значение много меньше требуемого, то
необходимо уменьшить
и повторить расчет.
13. В заключение расчета приводится схема размещения заземлителей (рис. 2.1). В случае если на схеме нельзя разместить все электроды, нужно уменьшить отношение а / lв с трех до двух (с двух до одного) и повторить расчет.
а б
Рис. 2.1. План (а) и схема (б) размещения заземлителей
14. Рассчитывается максимальное напряжение прикосновения при замыкании на заземленный корпус трансформатора
.
(2.12)
Полученное
значение сравнивают с его
предельно допустимыми значениями [5].
По результатам сравнения делается вывод
об эффективности защитного заземления.
Для самостоятельной теоретической подготовки по данному вопросу рекомендуется литература [1, 3 – 5].