2. Расчёт заземления

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землёй или её 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.).

Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус и другими причинами. Это достигается путём уменьшения потенциала заземлённого оборудования (уменьшением сопротивления заземлителя).

Область применения защитного заземления – сети с напряжением до или выше 1000В переменного тока, трёхфазные, однофазные, постоянного тока.

В проектируемой в рамках дипломной работы системе мониторинга цен присутствует блок вторичного питания системного блока ПЭВМ, который, в свою очередь, должен быть запитан от трёхфазной промышленной сети предприятия (U= 380 В, 50 Гц) с заземленной нейтралью.

Таким образом, необходимо рассчитать заземлитель для блока вторичного питания, используемого для проектируемой системы тестирования.

Для заземления электроустановок следует использовать в первую очередь естественные заземлители. К ним относят: металлические части (арматуру) железобетонных конструкций, например фундаментов зданий; металлические подземные коммуникации (трубопроводы, броня и оболочки кабелей); некоторые наземные коммуникации (рельсовые пути) и др. Если естественные заземлители обеспечивают выполнение требований, предъявляемых к параметрам заземляющих устройств, то искусственные заземлители нужно применять, лишь когда необходимо уменьшить токи, протекающие по естественным заземлителям или стекающие с них в землю. Таким образом, в ряде случаев можно ограничиваться только использованием естественных заземлителей и отказаться от искусственных, что дает обоснованное снижение затрат материалов, труда, капиталовложений при монтаже и облегчает эксплуатацию заземляющих устройств.

Исходные данные:блок вторичного питания принимает на вход напряжение трёхфазной промышленной сети (U= 380 В, 50 Гц) с заземленной нейтралью, и имеет на выходе постоянное напряжение от 0 до 40 В. Система размещена в отдельном одноэтажном здании на территории предприятия. Размеры здания в плане указаны на Рис.3.

Рис.3. План здания

В качестве естественного заземлителя будет использоваться металлическая технологическая конструкция, частично погруженная в землю, её расчетное сопротивление растеканию (с учетом сезонных изменений) Rе = 15 Ом.

Ток замыкания на землю неизвестен, однако известна приближенная протяженность линий (кабельных и воздушных): l_к.л.= 60 км,l_в.л. = 55 км. Заземлитель предполагается выполнить из вертикальных стержневых электродов длинойl_в= 3,05 м, диаметромd= 8 мм. Верхние концы электродов соединяются с помощью горизонтального электрода – стальной полосы суммарной длинойL_г= 35 м, сечением 4х20 мм, уложенной в землю на глубинеt₀= 0,6 м. Удельные сопротивления земли на участке (грунт – суглинок – нижний слой, супесок - верхний), где предполагается сооружение заземлителя: для вертикального электрода длиной 3м_расч,в= 150 Омм, для горизонтального длиной 35 м_расч,г= 210 Омм.

Расчёт:

Методика расчёта соответствует рекомендациям[Дол84].

Определим расчётный ток замыкания на землю:

(1)

Расчитаем требуемое сопротивление растеканию заземлителя, согласно рекомендациям правил устройства электроустановок (ПУЭ):

(2)

где выбрано в соответствии с [ГОС], α1 и α2 выбраны по рекомендациям [Сан]. Однако, ПУЭ требуют, чтобы сопротивление заземлителя было не более 10 Ом (для установок до 1000 В), поэтому примемRз = 10 Ом.Rе = 15 Ом, следовательно, использования только лишь естественного заземлителя будет недостаточно.

Рассчитаем требуемое сопротивление искусственного заземлителя, устанавливаемого в дополнение к естественному:

(3)

Уточним параметры заземлителя путём проверочного расчёта. Из предварительной схемы (Рис.) видно, что суммарная длина горизонтального электрода Lг = 35м, а количество вертикальных электродовn=6шт.

Определим расчётные сопротивления растеканию электродов – вертикального Rв и горизонтальногоRг по рекомендациям [Дол84]:

		(4)
		(5)

Тогда сопротивление растеканию принятого нами группового заземлителя:

(6)

учитывая, что ,

Полученное сопротивление искусственного группового значительно меньше, чем требуемое Rи, поэтому принимаем решение изменить контур на изображенный на Рис.4.

Рис.4. Уточнённый план здания

Пересчитаем Rг иRдля нового контура по формулам (7), (8):

, n= 2шт,,

				(7)
			(8)

Это сопротивление меньше требуемого, но эта разница в 9 В повышает условия безопасности, а именно допустимый ток замыкания на землю, поэтому принимаем этот результат как окончательный.

Таким образом, искусственный заземлитель будет состоять из 2 вертикальных стержневых электродов длиной 3 м и диаметром 8 мм, расстояние между которыми 5 м, и горизонтального электрода в виде стальной полосы длиной 5м, сечением 4х20мм, заглубленных в землю на 0,6м.