Электроснабжение промышленных предприятий Абрамова Е.Я

согласования защиты сети напряжением до 1 кВ с защитой на стороне высшего напряжения 6-10 кВ.

Условия селективности действия плавких вставок:

где tб – времяплавлениябольшейвставкипозащитнымхарактеристикам, с; tм - времяплавленияменьшейвставкипозащитнымхарактеристикам, с.

6 Заземление и грозозащита

6.1 Расчет заземления

Сопротивление заземляющего устройства зависит от режима нейтрали электроустановок. В электроустановках напряжением до 1000 В применяются следующие режимы нейтрали: глухое заземление нейтрали трансформаторов и генераторов; полностью изолированная нейтраль (только у генераторов); нормально изолированная нейтраль трансформаторов с включением в нейтраль или фазу заземленным пробивным предохранителем. В соответствии с (ПУЭ) в четырехпроводных сетях переменного тока (220/127 и 380/220 В) или трехпроводных сетях постоянного тока глухое заземление нейтрали обязательно; при номинальном напряжении 500 и 660 В электроустановок трехфазного тока нейтраль должна быть изолирована. В трехфазных трехпроводных сетях напряжением 380 и 220 В применяется изолированная и глухозаземленная нейтраль.

Основными критериями при выборе режима нейтрали в установках до 1000 В являются экономичность, надежность и электробезопасность.

При прикосновении человека к токоведущим частям электрической установки, находящимся под напряжением, или металлическим конструктивным частям, которые оказываются под напряжением вследствии пробоя или неисправности изоляции токоведущих частей, может произойти поражение человека электрическим током.

Поражение человека током проявляется в виде электрического удара или электрических травм (ожогов и др.). В результате электрического удара у человека может появиться судорога, произойти потеря сознания, прекращается дыхание и кровообращение. Электрический удар может привести к смертельному исходу. Смертельные поражения человека электрическим током наблюдались при напряжениях от 12 В и выше.

Для исключения случайного прикосновения человека к голым токоведущим частям устанавливают или располагают токоведущие части на определенной высоте.

Чтобы обеспечить безопасность людей, работающих на установках напряжением до 1000 В и выше, необходимо сооружать заземляющие устройства и заземлять металлические части электрического оборудования и электрических установок.

Заземление электроустановки осуществляется преднамеренным электрическим соединением с заземляющим устройством, которое представляет собой совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

Заземлителем (заземляющим электродом) называется металлический проводник или группа проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей.

Заземляющими проводниками называются металлические проводники, соединяющие заземляемые части электрической установки с заземлителем.

Сопротивлением заземляющего устройства называется сумма сопротивлений заземлителя (относительно земли) и заземляющих проводников.

Сопротивление, которое оказывает заземлитель на участке растекания тока, называется сопротивлением растеканию.

Сопротивление растеканию заземлителя определяют по формуле

где Uз- напряжение на заземлителе относительно земли (точки, отстоящей на 20 м), В;

Iз - ток, протекающий через заземлитель в землю, А;

Rз- сопротивление растекания заземлителя, Ом.

Различают следующие виды заземлений: защитное - для обеспечения электробезопасности; рабочее – для обеспечения нормальных режимов работы установки; молниезащитное - для защиты оборудования от перенапряжении и молниезащиты зданий и сооружений. В большинстве случаев одно и то же заземление выполняет несколько функций одновременно.

Сопротивление грунта зависит от его геоэлектрической структуры, температуры, содержания влаги и электролитов. Наибольшее сопротивление имеет место в зимнее время при промерзании грунта и в летнее время при его высыхании.

Удельное сопротивление грунта определяется по формуле:

где R- сопротивление грунта объемом 1 см3, Ом; S- сечение этого объема, см;

l- длина этого объема, см.

Величины удельного сопротивления грунта приведены в таблице 1.

Эти сопротивления уточняются в зависимости от климатических зон и находятся по формуле

где ρ - сопротивление грунта; Кс – коэффициент сезонности (таблица 2).

Таблица 1 - Средние удельные сопротивления грунтов и вод, рекомен-

Расчет заземляющих устройств сводится, главным образом, к расчету собственно заземлителя, так как заземляющие проводники в большинстве случаев принимаются по условиям механической прочности и устойчивости к коррозии по ПУЭ и ПТЭ.

С целью экономии затрат в установках переменного тока в первую очередь используют естественные заземлители. Под естественными заземлителями понимают находящиеся в земле металлические конструкции и устройства, которые кроме целевых функций могут выполнять функции заземлителей. К ним относятся свинцовые оболочки кабелей, водопроводные и другие металлические трубопроводы (за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих и взрывчатых газов и смесей), обсадные трубы скважин, металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей, и т.д.

Алюминиевые оболочки кабелей, выпускаемые с защитными покровами для предотвращения коррозии алюминия при соприкосновении с землей, не допускаются к использованию в качестве заземлителей. Стальная броня кабелей как заземлитель в расчет не принимается.

Если естественные заземлители обеспечивают соответствие нормам электрических характеристик заземлителя, то искусственные заземлители следует

применять лишь при необходимости уменьшения токов, протекающих по естественным заземлителям или стекающих с них в землю.

Металлические электроды, специально закладываемые в землю для заземления электроустановок, называют искусственными заземлителями.

В качестве искусственных заземлителей обычно используют металлические трубы, уголки, стержни, которые располагают в соответствии с ПУЭ у поверхности земли или ниже уровня земли на 0,5-0,7 м, рисунок 8.

При втором способе заземления сопротивление заземлителя более стабильно, так как он соприкасается со слоями грунта, где малы изменения влажности и температуры в течении года. Если одиночный заземлитель не обеспечивает требуемого сопротивления заземления, то применяют расположение вертикальных заземлителей в ряд или по контуру в соответствии с рисунком 9.

l- длина заземлителя, м; d- диаметр заземлителя, м; t - глубина заложения, м.

Рисунок 8 - Одиночные вертикальные заземлители с расположением верхнего конца у поверхности земли (а) и ниже уровня земли (б)

Рисунок 9- Расположение вертикальных заземлителей в ряд

При выборе размеров вертикальных электродов необходимо учитывать: обеспечение требуемого сопротивления заземлителя при наименьшем расходе металла; механическую устойчивость электрода при погружении в грунт; устойчивость к коррозии электродов, расположенных в грунте.

Устойчивость к коррозии электрода в земле в основном определяется его толщиной и площадью поверхности на единицу длины.

Наиболее долговечными заземлителями являются круглые стержни, имеющие наибольшую толщину и наименьшую поверхность соприкосновения с грунтом. Рекомендуется принимать длину вертикальных стержневых электродов 2-5 метров, а электродов из стального уголка 2,5-3 метра, диаметр не оцинкованных круглых заземлителей –10 мм; оцинкованных-6 мм; сечение

прямоугольных заземлителей48 мм2; толщина прямоугольных заземлителей и полок угловой стали- 4 мм.

Наибольшую механическую прочность при погружении в грунт при одинаковом поперечном сечении имеют трубы и уголки, наименьшую - круглые стержни; часто применяют стальные уголки номером 50 и 60, стальные стержни диаметром 12-16 мм.

Сопротивление растеканию в грунте длинного и тонкого электрода при глубоком заложении определяется по формуле

где R - сопротивление растеканию, Ом;

ρрасч – расчетное удельное сопротивление грунта, Ом·м; l - длина стержня, м;

d - приведенный диаметр стержня, мм.

При заложении на глубину t сопротивление растеканию определяется по формуле

где t - глубина заложения заземлителя, м.

При использовании искусственных заземлителей следует иметь в виду, что одиночные заземлители, заложенные в грунт (при расстоянии друг от друга не менее 2,5 - 3 метров), вызывают явление взаимного экранирования. В результате экранирования общее сопротивление n заземлителей не равно сумме сопротивлений одиночных заземлителей. Поэтому сопротивление сложного заземлителя определяется по формуле

где RΣ- сопротивление сложного заземлителя, Ом; R0 - сопротивление одиночного заземлителя, Ом; n - число заземлителей;

η - коэффициент экранирования (использования).

Коэффициент экранирования зависит от числа и взаимного расположения заземлителей и определяется по таблицам 4, 5.

Таблица 2- Значение повышающего коэффициента Кс для различных климатических зон

Таблица 3 – Формулы для определения сопротивления растеканию тока пазличных заземлителей