metodichka-zazemlenie_nasha


Кафедра охорони праці
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до практичного заняття
«РОЗРАХУНОК ЗАХИСНОГО ЗАЗЕМЛЕННЯ»
по курсу «Охорона праці в галузі»
(для студентів електротехнічних та енергетичних спеціальностей всіх форм навчання)
Затверджено
на засіданні кафедри ОП
Протокол № від __.__. 2013
Рекомендовано
на заіданні Методради ДонДТУ
Протокол №__ від __.__. 2013

АЛЧЕВСЬК, 2014
УДК 621.31:658.382
Методичні вказівки до практичного заняття « Розрахунок захисного заземлення» з курсу «Охорона праці в галузі» (для студентів електротехнічних та енергетичних спеціальностей всіх форм навчання)./ Укл. В.В. Щербак, О.Г. Макаревич – Алчевськ: ДонДТУ, 2014 - 23 с.
Наведені теоретичні та практичні дані і рекомендації щодо виконання розрахунку та вибору елементів захисного заземлення електроустаткування галузевих підприємств.
Укладачі В.В. Щербак, доц.,
О.Г. Макаревич, асист.
Відповідальний редактор О.В. Князьков, доц.
Основні поняття
Під заземленням розуміється навмисне електричне з'єднання якої-небудь точки електричної мережі, електроустановки або електроустаткування із заземляючим пристроєм.
Заземляючим пристроєм (ЗУ) називається сукупність заземлителя і заземлюючих провідників. Заземлитель – це провідна частина, що знаходиться в електричному контакті із землею безпосередньо або через проміжне середовище. Заземлюючий провідник – це провідник, що сполучає частину електроустановки, що заземлюється, із заземлителем.
Метою захисного заземлення є зниження до безпечної величини напруги дотику і кроку, що з'являються в результаті порушення цілісності ізоляції токоведучих частин і замикань на корпус електроустановок.
Заземлення, що виконується в цілях електробезпеки називають захисним заземлюючим пристроєм. Захисне заземлення слід відрізняти від робочого заземлення і заземлення блискавкозахисту.
Робоче заземлення виконується для забезпечення роботи електроустановки в нормальних або аварійних режимах (не в цілях електробезпеки) і здійснюється заземленням точки або точок токоведучих частин електроустановки безпосередньо або через спеціальні апарати (пробивні запобіжники, розрядники, резистори і тому подібне).
Заземлителі прийнято ділити на штучні і природні. Заземлитель, спеціально виконаний для цілей заземлення, називається штучним. Штучні заземлители можуть бути зосередженими, наприклад, поодинокий вертикальний металевий стрижень, або розподіленими, наприклад, сітка з горизонтальних металевих смуг, сітка з вертикальними стрижнями і тому подібне.
Природний заземлитель – це стороння провідна частина, що знаходиться в електричному контакті із землею безпосередньо або через проміжне провідне середовище (наприклад, через бетон), виконана не для цілей заземлення, а для інших цілей, але що може використовуватися для цілей заземлення. Наприклад, металева арматура залізобетонних фундаментів будівель і споруд.
Заземлюючі пристрої розділяють на:
заземляючі пристрої електроустановок напругою до 1 кВ в мережах з глухозаземленою нейтраллю;
заземляючі пристрої електроустановок напругою до 1 кВ в мережах з ізольованою нейтраллю;
заземляючі пристрої електроустановок напругою вище 1 кВ в мережах з ефективно заземленою нейтраллю;
заземляючі пристрої електроустановок напругою вище 1 кВ в мережах з ізольованою нейтраллю.
Заземлителі виносних (зосереджених) заземлень розташовують зосереджено на деякій відстані від устаткування, що заземляється (мал. 1, а). Зважаючи на значне видалення заземлителей, устаткування розташоване за межами зони розтікання струму замикання на землю.
Виносне заземлення забезпечує безпеку, коли напруга на корпусі не перевищує допустимої. Тому заземлюючі пристрої цього типу застосовуються лише при малих струмах замикання на землю, зокрема в установках до 1000 В. Прі великих струмах замикання на землю неможливо отримати допустиму напругу дотику шляхом зниження опору заземлення. У цих випадках застосовують контурне (розподілене) заземлення.
Заземлителі контурного заземлення розташовують по периметру і усередині майданчика, на якому встановлено устаткування, що заземлюється (мал. 1, в). Всі ці заземлителі електрично сполучені один з одним.

де1 — заземлителі;
2 — заземлюючі провідники;
3 — устаткування, що заземлюється
Малюнок. 1. - Виносні і контурні заземлення: а—устрій
виносного заземлення; б — схема дотику людини до корпусу при виносному заземленні і замиканні фази на корпус; в — устрій і вирівнювання потенціалів при контурному заземленні.
Штучні заземлители — це спеціально влаштовувані для заземлення металоконструкції.
Найчастіше штучні заземлители виконують у вигляді вертикальних електродів, зв'язаних горизонтальним електродом.
Якщо питомий опір грунту збільшується у міру збільшення глибини, або ж під електроустановку відведені значні площі, що дозволяє розмістити заземлитель значних розмірів (більше 100 Х 100 м2), заземлюючий пристрій рекомендується виконувати у вигляді сітки (гратки) з горизонтальних електродів (без вертикальних).
У установках напругою вище 1000 В з ефективно заземленою нейтралью, з метою забезпечення можливо повного вирівнювання потенціалу на майданчику, зайнятому електроустаткуванням, заземлитель повинен бути виконаний у вигляді горизонтальної сітки з подовжніх і поперечних провідників, укладених на глибині 0,5 – 0,7 м, і вертикальних електродів. При цьому контурний електрод, створюючий периметр сітки, повинен охоплювати як розподільні пристрої, так і виробничі будівлі і споруди об'єкту, що захищається. Подовжні провідники сітки прокладають уздовж вісей електроустаткування і конструкцій з боку обслуговування на відстані 0,8 — 1,0 м від фундаменту або підстави устаткування.
Поперечні заземлители слід прокладати в зручних місцях між устаткуванням на глибині 0,5 — 0,7 м від поверхні землі.
Відстані між ними рекомендується приймати такими, що збільшуються від периферії до центру заземляючої сітки. При цьому перша і подальші відстані, починаючи від периферії, не повинні перевищувати відповідно 4; 5; 6; 7,5; 9; 11; 13,5; 16 і 20 м. Розміри осередків заземлюючої сітки, що примикають до місць приєднання до заземлюючого пристрою, не повинні перевищувати 6 Х 6 м.
У загальному випадку в якості вертикальних електродів використовують:
сталеві труби діаметром 5 — 6 см з товщиною стінки не менше 3,5 мм;
кутову сталь з товщиною полиць не менше 4 мм (звичайно це кутова сталь розміром від 40 Х 40 до 60 Х 60 мм) відрізками завдовжки 2,5 — 3,0 м;
сталеві прути діаметром 10 - 14 мм, завдовжки 5 - 10 м, а іноді і більш.
В якості горизонтальних електродів, для зв'язку з вертикальними, застосовують сталеву смугу (перетином не менше 4 X 12 мм), і сталь круглого перетину діаметром не менше 6 мм.
Заземлюючі провідники між собою і з заземлителями сполучають зваркою, а з корпусом устаткування, що заземлюється, — зваркою або за допомогою болтів.
Заземляючу магістраль приєднують до заземлителю в двох місцях. Об'єкти, що заземляються, до магістралі заземлення приєднують паралельно (мал. 1, а).
Послідовне приєднання корпусів устаткування до магістралі заземлення заборонене.
Опір заземляючих пристроїв.
Основною електричною характеристикою заземлителя є опір розтіканню струму із заземлителя в землю, або скорочено - опір заземлителя. Стосовно заземлюючих пристроїв під опором заземлюючого пристрою розуміють суму опорів заземлителя даного заземлюючого пристрою і заземлюючого провідника.
Для забезпечення безпеки величина опору заземлюючих пристроїв повинна бути по можливості менше (див. табл. 1).

Таблиця 1. Найбільший допустимий опір (Ом), захисних заземлень:
Електроустановки напругою вище 1000 В:
мережі з ефективно заземленою нейтралью 0,5
з ізольованою нейтралью при використанні заземляючого пристрою одночасно для електроустановок напругою до 1000В 125/I3
теж, при використанні заземляючого пристрою тільки для електроустановок напругою вище 1000 В 250/Iз < 10
Електроустановки напругою до 1000 В з ізольованою нейтралью:
у загальному випадку 4
при сумарній потужності генераторів або трансформаторів 100 кВ • А і менш 10
Розрахунковий струм замикання на землю Iз, визначають таким чином:
у мережах без компенсації ємнісних струмів замикання на землю по формулі:
I3 = Uл (35lк + lп)/ 350
деUл — лінійна напруга мережі, кВ;
lк, lп — загальна довжина електрично зв'язаних
кабельних і повітряних ліній відповідно, км.;
у мережах з компенсацією ємнісних струмів:
для заземлюючих пристроїв, до яких приєднані компенсуючі апарати, приймають рівним 125 % номінального струму цих апаратів;
для заземлюючих пристроїв, до яких не приєднані компенсуючі апарати, залишковий струм замикання на землю, який протікає в даній мережі при відключенні найбільш могутнього з компенсуючих апаратів або найбільш розгалуженої ділянки мережі. При цьому струм замикання на землю повинен бути не менш півторакратного струму спрацьовування релейного захисту або трикратного номінального струму запобіжників.

Розрахунок заземлюючих пристроїв.
Початковими даними для розрахунку є:
напруга установки, що заземлюється
режим нейтралі установки
величина струму замикання на землю (для установок напругою вище 1000 В)
питомий опір грунту
план розташування устаткування, що заземлюється
характеристика природних заземлителей (опір, кількість і розміри).
Розрахунок захисного заземлення має на меті визначити основні параметри заземлення — кількість, розміри і порядок розміщення одиночних заземлителей і заземлюючих провідників, при яких напруга дотику і кроку в період замикання фази на заземлений корпус не перевищує допустимих значень.
Існують два методи розрахунку заземлюючих пристроїв:
метод коефіцієнтів використання електродів (враховує однорідну структуру грунту і вживається для розрахунку простих заземлителей)
метод наведених потенціалів (враховує двошарову структуру грунту і вживається для розрахунку складних заземлителей).
Зазвичай розрахунок проводиться для випадків розміщення електродів в однорідній землі.
Розрахунок заземлення методом коефіцієнтів використання електродів.
Визначають допустимий опір заземлюючого пристрою Rд. Для цього можна скористатися рекомендаціями, наведеними в таблиці 1.
Питомий опір грунту, в якому розміщуються електроди заземлення ρвим, визначають за даними табл. 2 або шляхом вимірювань.
Визначають розрахунковий питомий опір грунту ρ з урахуванням кліматичного коефіцієнта:
,
деψ - кліматичний коефіцієнт питомого опору грунту (табл. 2); (ψ1 — при великій вологості грунту; ψ2 — при середній вологості; ψ3- при сухому грунті.)
Визначають опір струму розтікання природних заземлителей Rп (шляхом вимірювань або розрахунку).
Оскільки для природних заземлителей найчастіше використовують трубопроводи або оболонки кабелів, то їх опір можна визначити як опір круглого заземлителя в грунті (див. табл. 3).
Якщо еквівалентний опір всіх природних заземлителей, більше допустимого опору заземлюючого пристрою, паралельно природним заземлителям підключають штучні.
Таблиця 2. – Питомі опори грунтів
Грунт, вода Питомий опір, Ом • м Кліматичний коефіцієнт
при
вологості
10-12 %
до маси грунту межі коливань рекомен-дуєме для розрахун-ків Ψ1 Ψ2 Ψ3
Глина 40 8—70 60 1,6 1,3 1,2
Гравій, щебінь — — 2000 — — —
Кам'янистий грунт — 500-8000 4000 — — —
Льос — — 250 — — —
Пісок 700 400—2500 500 2,4 1,56 1,2
Садова земля 40 30—60 50 — 1,3 1,2
Скелястий грунт — 104— 107 — — — —
Суглинок 100 40—150 100 2 1,5 1,4
Супісок 300 150—400 300 2 1,5 1,4
Торф 20 — 20 1,4 1,1 1
Чорнозем 200 9-53 30 — 1,32 1,2
Примітка. Під питомим електричним опором грунту розуміється опір куба грунту між паралельними гранями з ребром завдовжки 1м.
Обчислюють необхідний опір штучних заземлителей Rш за наявності природних заземлителей

Якщо природні заземлители не використовуються, то необхідний опір штучних заземлителей не повинен перевищувати допустимого опору заземляючого пристрою, тобто.
Визначають заздалегідь конфігурацію заземлителя (у ряд, прямокутник і т. д.) з урахуванням можливості розміщення його на відведеній території.
Вибирають тип і розміри заземлителей (вертикальних електродів і сполучної смуги або протяжних заземлителей).
Визначають опір струму розтікання з одного вертикального заземлителя Rз1 (див. табл. 3).
Визначають кількість паралельно сполучених вертикальних заземлителей n':
n' = Rз1 / Rш ηз ,
деηз — коефіцієнт використання заземлителей, що враховує взаємне екранування.
Коефіцієнт використання заземлителей вибирають залежно від кількості заземлителей і відношення відстані між ними до їх довжини по рис.3:
для вертикальних стрижньових або кутових, розташованих в один ряд, – по (мал. 3, а), по контуру - (мал. 3, б).
Для паралельних смугових - (мал. 3, д—ж) - залежно від довжини смуг, їх кількості і відстані між смугами (t — 30...80 см; b= 2...4 см).
Для променевих - (мал. 3, з) залежно від довжини і кількості променів (t = 30...80 см; b = 2, см).
Кількість вертикальних заземлителей для визначення η можна прийняти як Rз1 / Rш.
Таблиця 3 - Формула визначення Rз1
Тип заземлителя Схема Формула визначення Rзl
Ом
1 2 3
Стрижньовий або трубчастий: у поверхні грунту
у грунті
Кутовий: у поверхні грунту
Продовження табл. 3
1 2 3
у грунті
Протяжний круглого перетину (стрижень, труба, оболонка кабелю) на поверхні грунту

Протяжний круглого перетину в грунті
Протяжний смуговий на поверхні грунту
у грунті
Примітка: розмірність всіх лінійних величин, використовуваних у формулах даної таблиці – м.
Отриману кількість заземлителей округляють до цілого числа n у бік збільшення і знаходять фактичний коефіцієнт використання вертикальних заземлителів ηв
Визначають довжину горизонтального електроду (смуги або прутка), вживаного для зв'язку вертикальних електродів:
при розташуванні заземлителей по контуру l = 1,05 * а * n;
при розташуванні заземлителів в ряд l =1,05 * а * (n — 1),
де а — відстань між вертикальними електродами, м, (мал. 3, а – г); (звичайно відношення відстані між вертикальними електродами до їх довжини приймають рівним а / l = 1; 2; 3);
n — кількість вертикальних електродів (див. п. 10).
Визначають опір струму розтікання горизонтального електроду Rг по відповідній формулі (див. табл. 3).
Еквівалентний опір струму розтікання штучних заземлителей
R′ш = Rз1 Rг / (Rз1 ηг + Rг n ηв),
деηг — коефіцієнт використання горизонтального електроду з
урахуванням вертикальних електродів (мал. 3, в при розташуванні вертикальних електродів в ряд і мал. 3, г при розташуванні їх по контуру).
Отриманий опір штучних електродів не повинен перевищувати потрібного, тобто R′ш< Rш .
Опір заземлителів у вигляді горизонтальної сітки з вертикальними електродами (див. мал. 4) можна обчислити по виразу, наведеному в пункті 16**.
Якщо заземлитель є горизонтальною сіткою без вертикальних електродів, то його опір визначають за допомогою формули Оллендорфа — Лорана (п. 17**), а при деяких його конфігураціях – по формулі п. 18**.
Розраховують еквівалентний опір

Обчислюють загальний опір заземлення Rз, яке складається з суми опору заземлителей струму розтікання і опору заземляючих провідників Rпр

Опір заземлюючих провідників (Rпр) враховується при великій їх протяжності, коли опір цих провідників порівняно великий, а необхідний опір заземляючого пристрою малий, і при великих струмах замикання на землю. Опір заземляючих провідників визначають по формулах табл. 3.
Загальний опір заземлення не повинен перевищувати допустимий опір, тобто

**Опір розтіканню, Ом, складного заземлителя у вигляді горизонтальної квадратної сітки з квадратними осередками однакового розміру і рівномірним розміщенням вертикальних електродів по контуру (периметру) заземлителя (рис.4, а) можна визначити по наступній формулі:
,
деА — коефіцієнт, значення якого рівне:
при
при

tв—глибина занурення в землю верхнього кінця вертикального електроду, м;
S — площа, займана заземлителем, м2;
Lг — сумарна довжина горизонтальних електродів, м;
lв — довжина вертикального електроду, м.
tВІДН - відносна глибина занурення в землю вертикальних електродів,м.


Малюнок 3. Графіки коефіцієнтів використання заземлителів.

Малюнок 4. Складні заземлители в однорідній землі:
а — у вигляді горизонтальної квадратної сітки з квадратними осередками однакового розміру і рівномірним розміщенням вертикальних електродів по контуру (периметру) заземлителя.
б — у вигляді горизонтальної сітки з осередками різної форми і розмірів.
До такого вигляду може бути приведений будь-якій складний заземлитель у вигляді горизонтальної сітки з різним розташуванням горизонтальних і приблизно рівномірним розміщенням вертикальних електродів (наприклад заземлитель, показаний на рис.4, б).
**Опір заземлителя в однорідній землі, виконаного у вигляді сітки з горизонтальних електродів (без вертикальних), визначається також по формулі:

Ця формула відома як формула Оллендорфа — Лорана.
**Опір контурного заземлителя в однорідній землі, виконаного у вигляді горизонтальної прямокутної гратки з прутків круглого перетину діаметром d, м, розміщеною в землі на глибині t, м, можна визначити по формулі, Ом:
,
деLг — сумарна довжина всіх провідників, створюючих
гратку, м;
m — коефіцієнт, залежний від конфігурації гратки, співвідношення її сторін і кількості осередків. Значення m для деяких типів прямокутних граток наведені в табл.4.
Таблиця 4. Значення коефіцієнта m.
Конструкція гратки Відносини сторін гратки
1,0 1,5 2,0 3,0 4,0
1 2 3 4 5 6
1,71 1,76 1,86 2,10 2,34
3,67 3,41 3,31 3,29 3,35
4,95 5,16 5,44 6,00 6,52
4,33 4,43 4,73 5,04 5,61
1 2 3 4 5 6
8,55 8,94 9,40 10,3 11,11
Завдання.
Розрахувати захисне заземлення електроустановки. Дані для розрахунку приведені в таблиці 5. Вимірювання проводилися при сухому грунті.
Таблиця 5. - Варіанти завдань до розрахунку захисного заземлення
№ варіанту U, В
Режим
нейтралі W
кВа lк, км lп,
км Грунт ψвим
Ом*м Rп, Ом S, м2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 6000 ефект. заземл. - - - глина 60 - 63х40
2 6000/400 ізол. н. 630 30 50 пісок 550 15 7х4
3 6000 ізол. н. - 20 70 суглинок 100 - 20х40
4 380 ізол. н. 120 - - супісок 300 12 -
5 380 ізол. н. 90 - - глина 50 20 -
6 6000 ефект. заземл. - - - пісок 400 - 62х90
7 6000/400 ізол. н. 1000 50 30 суглинок 110 14 12х6
Продовження табл. 5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
8 6000 ізол. н. - 15 40 супісок 310 - 30х15
9 380 ізол. н.. 110 - - глина 55 - -
10 380 ізол. н. 60 - - пісок 510 - 120х100
11 6000 ефект. заземл - - - суглинок 100 - 50х80
12 6000/400 ізол. н. 1500 50 70 супісок 280 13 15х10
13 6000 ізол. н.. - 70 65 глина 60 - 25х50
14 380 ізол. н. 75 - - пісок 420 - -
15 380 ізол. н. 110 - - суглинок 110 11 -
16 6000 ефект. заземл - - - супісок 330 - 60х60
17 6000/400 ізол. н.. 1000 25 40 глина 65 - 12х6
18 6000 ізол. н. - 30 15 пісок 550 - 21х63
19 380 ізол. н. 85 - - суглинок 100 - -
20 380 ізол. н. 120 - - супісок 300 16 -
21 6000 ефект. заземл. - - - глина 50 - -
22 6000/400 изол. н. 1500 18 25 пісок 400 13 15х10
23 6000 ізол. н. - 32 55 суглинок 120 - 140х100
24 380 ізол. н. 90 - - супісок 250 - 100
25 380 ізол. н. 130 - - глина 50 10 -
26 6000 ефект. заземл. - - - пісок 480 - 60х70
27 6000/400 ізол. н. 630 27 34 суглинок 110 - 7х4
28 6000 ізол. н. - 50 60 супісок 330 - 30х20
29 380 ізол. н.. 110 - - глина 70 - 100х120
30 380 ізол. н. 60 - - пісок 480 - -
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
Призначення і принцип дії захисного заземлення.
Область застосування захисного заземлення.
Устаткування, підлягаюче захисному заземленню.
Устаткування, не підлягаюче заземленню.
Типи заземлюючих пристроїв.
Штучні заземлители. Переваги і недоліки.
Природні заземлители. Переваги і недоліки.
Конструкції штучних заземлюючих пристроїв.
Види заземлюючих провідників і їх прокладка.
Види і періодичність перевірок стану заземлюючих пристроїв.
Випробування заземлюючих пристроїв.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
Дьяков В.И. Типовые расчеты по электрооборудованию.- М.: Высш. Шк., 1991 – 160 с.
Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. – М. Энергоатомиздат, 1984. -448 с.
Охрана труда в электроустановках: Учебник для вузов / Под ред. Б.А. Князевского.- М.: Энергоатомиздат, 1983. – 336с.
Электробезопасность на промышленных предприятиях: Справочник/ Р.В. Сабарно, А.Г. Степанов, А.В. Слонченко, Г.Д. Харламов. – К.: Техніка, 1985. -288 с.

Приложенные файлы

  • docx 18368717
    Размер файла: 1 011 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий