Работа №5 Защитное заземление

Цель работы:

Изучить теорию и получить навыки расчета устройства защитного заземления

Задание:

1. Ознакомиться с общими сведениями о заземляющих устройствах

2. Провести расчет количества вертикальных заземлителей, необходимых для обеспечения защитного заземления электросети.

3. Проверить расчетные результаты путем моделирования на ПО «Расчет устройства заземления»

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Общие сведения о заземляющих устройствах

Защитное заземление - преднамеренное электрическое соедине­ние с землей металлических нетоковедущих частей электроустановок, которые нормально не находятся под напряжением, но могут оказать­ся под ним (прежде всего вследствие нарушения изоляции).

При замыкании фазы на металлический корпус электроустанов­ки он приобретает электрический потенциал относительно земли. Ес­ли к корпусу такой электроустановки прикоснется человек, стоящий на земле или токопроводящем полу (например, бетоном), он немед­ленно будет поражен электрическим током.

Посредством защитного заземления ток замыкания перераспре­деляется между заземляющим устройством и человеком обратно про­порционально их сопротивлениям. Поскольку сопротивление телачеловека в сотни раз превышает величину сопротивления растеканию тока заземляющего устройства, через тело человека, прикоснувшего­ся к поврежденному заземленному оборудованию, пройдет ток, не превышающий предельно допустимого значения (10 мА), а основная часть тока уйдет в землю через контур заземления. При этом напря­жение прикосновения на корпусе оборудования не превысит 42 В.

Контур заземления выполняют из стальных стержней, уголков, некондиционных труб и др. В траншее глубиной до 0,7 м вертикально забиваются стержни (трубы, уголки и др.), а выступающие из земли верхние концы соединяются сваркой внахлест стальной полосой или прутком.

При этом необходимо соблюдать следующие условия.

1. Сечение соединительной полосы должно быть не менее 48 мм, толщина - не менее 4 мм (рис 5.1, а); минимальный диаметр прутка - 10 мм (рис 5.1, б), минимальная толщина стенки уголка - 4 мм (рис. 5.1, в); минимальная толщина стенки трубы-3,5 мм (рис. 5.1, г).

2. Длина стержня должна быть не менее 1,5...2 м, чтобы достичь незамерзающего слоя почвы (рис. 5.2).

Рис. 5.1 - Минимально-допустимые геометрические размеры сеченийзаземляющих элементов

Рис. 5.2 - Установка одиночного заземлителя в двухслойном грунте:

L - длина одиночного заземлителя; D - диаметр одиночного заземлителя;

Н - толщина верхнего слоя грунта; Т - заглубление заземлителя (расстояние

от поверхности земли до середины электрода);

t - глубина траншеи (заглубление соединительной полосы)

3. Расстояние между соседними стержнями рекомендуется вы­бирать равным длине стержня (если иное не предусмотрено условия­ми эксплуатации) (рис. 5.3).

Стержни можно располагать в ряд (рис. 5.3) или в виде какой-либо геометрической фигуры (квадрата, прямоугольника) в зависи­мости от удобства монтажа и используемой площади. Совокупность стержней, соединенных между собой полосой, образует контур за­земления. В помещении контур заземления приваривается к корпусу силового щита и к заземляющей магистрали (шине заземления), ко­торая проходит вдоль стен здания. На практике часто используются естественные заземлители (части коммуникаций, зданий и сооруже­ний производственного или иного назначения), находящиеся в сопри­косновении с землей. Это канализационные трубы, железобетонные конструкции фундаментов, свинцовые оболочки кабелей и др.

Рис. 5.3 - Конструкция заземляющего устройства

L - длина одиночного заземлителя;

К - расстояние между соседними (смежными) заземлителями

Измерение сопротивления растеканию тока заземляющих уст­ройств должно производиться в сроки, установленные Правилами эксплуатации электроустановок потребителей (ПЭЭП) не реже одно­го раза в шесть лет, а также после каждого капитального ремонта и длительного бездействия установки.

Сопротивление заземляющих устройств рекомендуется изме­рять в наиболее жаркие и сухие или в наиболее холодные дни года, когда грунт имеет наименьшую влажность. Чем меньше влажность, тем выше удельное сопротивление грунта. В первом случае влага из грунта испаряется, во втором - замерзает (лед практически не прово­дит электрический ток). При замерах в другие дни нужно полученные значения корректировать с помощью поправочных коэффициентов, которые приводятся в ПЭЭП [3].

Расчет заземляющего устройства сводится к определению числа вертикальных заземлителей и длины соединительной полосы. Для упрощения расчета примем, что одиночный вертикальный заземлитель представляет собой стержень, либо трубу малого диаметра.

Задание на расчетную часть лабораторной работы

Исходные данные (N- № студента по зачетному списку):

1.1. Удельное сопротивление грунта, _гр= 500,00 Ом·м;

1.2. Длина вертикального заземлителя, L= 0,25+N/5 м;

1.3. Сезонный климатический коэффициент, = 1,64;

1.4. Наружный диаметр вертикального заземлителя, d= 5+N/2 мм;

1.5. Нормируемое ПУЭ сопротивление заземляющего устройства

растеканию тока при базовом удельном сопротивлении земли,

R_норм= 20,00 Ом;

1.6. Заглубление соединительной полосы, t_полосы= 0,40+N/25 м;

1.7. Ширина соединительной полосы, b= 50,00+4*Nмм;

1.8. Расстояние между электродами, P=L/2;

Сопротивление одного вертикального заземлителя определяется по алгоритму:

R_оc = 0,366_гр/LLg(4L/d).

Вычисляем сопротивление контура по алгоритму:

R_H = R_норм (_гр /_баз),

где _баз- базовое удельное сопротивление грунта, (_баз= 100 Ом·м).

Определяем ориентировочное число стержней по алгоритму:

n_предв = R_oc / R_н.

Вычисленное приблизительное количество вертикальных электродов округляется в сторону увеличения до целого числа.

Вычисление сопротивления одиночного заземлителя с учетом коэффициента использования:

R'_ос = R_oc / _C,

где _C- коэффициент использования заземлителей (см. табл. 4 Приложения 1).

Вычисляем длину соединительной полосы по алгоритму:

1)Если заземлители расположены в ряд L_п=L/2(n_предв-1).

Если заземлители расположены по контуру L_п=L/2n_предв.

2)Определяем сопротивление соединительной полосы по формуле:

R_полосы = 0,366_гр/(L_п_п)Lg((2L_п²)/(bt_полосы)),

где _п- коэффициент использования соединительной полосы (см. табл. П2.4).

Суммарное сопротивление вертикальных заземлителей и соединительной полосы определяется по формуле:

R_верт=(R_полосы  R_н)/(R_полосы-R_н).

Уточненное количество вертикальных заземлителей определяется по формуле:

n = R'_oc/(R_верт  _C).

Вычисленное количество вертикальных электродов округляется в сторону увеличения до целого числа.

План размещения заземляющего устройства с нанесением всех размеров (масштаб 1:100) привести на отдельном листе на формате А4 (рис. 5.4).

Рис. 5.4 - План размещения заземляющего устройства

Описание используемого программного обеспечения – «Расчет устройства заземления»

При запуске данного ПО [8] Вас потребуют ввести данные о себе (см. рис. 5.5). После ввода необходимой информации и выбора вида расчета нажмите «ОК». Далее программа попросит Вас ввести расчетные данные и указания вида размещения электродов (см. рис 5.6). Уточнить справочные данные можно по встроенной справочной системе (путем нажатия на кнопку «Справочник»). После заполнения всех необходимых данных нажмите на конопку «Вычислить». Результаты расчета будут выведены отдельным окном.

Рис. 5.5 – Окно ввода пользовательских данных

Порядок выполнения работы

1. Изучите теоретическую часть, прилагаемую к данной лабораторной работе.

2. Сделайте расчет устройства заземления (исходные данные – по № студента в зачетном списке (к примеру, \\172.20.20.20\ITiK\Sviaz\210406 Сети связи и системы коммутации\4 курс\ОЭвТС\успеваемость ИС41_20**.xls)).

3. Проведите расчет по аналогичным исходным данным в программе «Расчет устройства заземления».

4. Сравните полученные результаты и сделайте соответствующие выводы.

Рис. 5.6 – Окно ввода расчетных данных

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое защитное заземление?

2. Как и из чего выполняют контур заземления?

3. Что регламентирует ПЭЭП по отношению к защитному заземлению электроустановок?

4. Что включает в себя расчет заземляющего устройства?