Расчет защитного заземления

МОСКОВСКИЙ  АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(Государственный технический университет)

филиал «Восход»

 

 

 

 

 

Кафедра ИТИиУ                                                       Составитель: Колодяжная И.Н.

 

 

 

 

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ  УКАЗАНИЯ

 

 к выполнению лабораторной  работы

по дисциплине «БЖД»

На тему: “Расчет защитного заземления”

                                              

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                     Одобрено

                                                                           Ред.Советом

филиала «Восход» МАИ

                                                                                      Протокол № _____

«_____»_______2002 г.

 

 

 

 

 

 

Байконур

2002 г.

Аннотация

 

 

Методические указания предназначены для изучения студентами всех специальностей такого важного раздела курса «БЖД» как «Электробезопасность».

В пособии имеются  два раздела:

1 раздел – это теоретические  основы по расчету защитного  заземления 

2 раздел – методика  проведения расчетов и вариантов  заданий.

Выполнение лабораторной работы «Расчет защитного заземления» поможет студентам закрепить теоретические знания, полученные в лекционном курсе, а также в выполнении раздела БЖД при дипломном проектировании.

В методических указаниях  также имеются справочные материалы, необходимые для выполнения заданий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

                                                             

                                                                                                                            стр.

	Введение	4
1.	Теоретические сведения о защитном заземлении	5
2.	Порядок выполнения работы	14
	Приложение А	16
	Приложение Б	20
	Литература	24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                            Введение

 

Приступая к выполнению лабораторной работы, студент должен внимательно изучить теоретическую  часть по расчету защитного заземления и разобраться с методикой  проведения расчетов. На занятия студент  должен представить отчет с теоретической  частью, а затем во время лабораторной работы должен сделать задания, показать расчеты преподавателю и дооформить свой отчет, лабораторные работы заканчивается защитой.

Студент должен уметь рассчитывать защитное заземление, применяемое при  работах на электроустановках, а также должен знать, где и как применяется этот вид электрозащиты, также должен знать и другие меры защиты человека от поражения электрическим током.

Отчет по лабораторной работе должен быть выполнен на листах формата  А4 согласно ГОСТ 2.105-95.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Теоретические  сведения о защитном заземлении, как способе обеспечения электробезопасности

 

Для устранения опасности  поражения током в случае прикосновения  к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением, наряду с другими мерами защиты в сетях с изолированной нейтралью широко применяется защитное заземление.

Защитное заземление – это преднамеренное электрическое  соединение с землёй или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (например, индуктивное влияние соседних токоведущих частей, разряд молнии и т.п.).

Принцип действия защитного  заземления заключается в уменьшении потенциала на корпусе заземлённого электрооборудования за счёт малого сопротивления заземлителя и в уменьшении напряжения прикосновения к оборудованию вследствие выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и оборудования за счёт подъёма потенциала основания до значения, близкого к потенциалу на заземлённом оборудовании.

Область применения защитного  заземления:

• сети напряжением до 1000 В переменного тока (трёхфазные трёхпроводные с изолированной нейтралью, однофазные двухпроводные, изолированные от земли), а также постоянного тока (двухпроводные с изолированной средней точкой обмоток источника тока);
• сети напряжением выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтральной или средней точки обмоток источников тока (рисунок 1).

а)        б)

 

1. Заземляемое оборудование,

2. Заземлитель защитного  заземления,

3. Заземлитель рабочего  заземления,

r_Р, r_З – сопротивление рабочего и защитного заземлений

 

Рисунок 1 -  Принципиальные схемы защитного заземления в  сетях трёхфазного тока

а) в сети с изолированной нейтралью до 1000 В и выше

б) в сети с заземлённой  нейтралью выше 1000 В

 

Заземляющим устройством  называется совокупность заземлителя, т.е. проводника (электрода) или группы соединённых между собой проводников, находящихся в соприкосновении с землёй, и заземляющих проводников, т.е. проводников, соединяющих заземляемые части с заземлителем (рисунок 2).

 

 

 

 

                                                 

                                                  1. Заземлитель,

2. Заземляющий проводник,

3. Заземляемое оборудование

Рисунок 2 -  Схема заземляющего устройства

В зависимости от места  размещения заземлителя относительно заземляемого оборудования различают  два типа заземляющих устройств: выносное и контурное.

Выносное заземляющее устройство (сосредоточенное) характеризуется тем, что заземлитель его вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки (рисунок 3).

 

  

                                                  1. Заземлители,

2. Заземляющие проводники,

3. Заземляемое оборудование

Рисунок 3 -  Выносное заземляющее  устройство

 

Существенный недостаток выносного заземляющего устройства – отдалённость заземлителя от защищаемого оборудования, вследствие чего на всей или на части защищаемой территории коэффициент прикосновения a=1. Поэтому заземляющие устройства этого типа применяются лишь при малых I_З, в частности в ЭУ до 1000 В, где потенциал заземлителя не превышает значения допустимого напряжения прикосновения.

Достоинством выносного заземляющего устройства является возможность выбора места размещения электродов заземлителя с наименьшим сопротивлением грунта (сырое, глинистое, в низинах и т.п.).

Контурное заземляющее  устройство характеризуется тем, что электроды его заземлителя размещаются по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки.

 

 

 

 

Рисунок 4 - Контурное  заземляющее устройство

 

Заземлители различают  искусственные, предназначенные исключительно для цели заземления, и естественные (находящиеся в земле металлические предметы иного назначения).

В качестве естественных заземлителей могут использоваться проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубы, ободные трубы артезианских колодцев, скважин и т.п., металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, имеющие соединение с землёй, свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле и т.п.

Естественные заземлители можно  использовать без искусственных, если они обеспечивают требуемое ПУЭ сопротивление растеканию тока.

Для искусственных заземлителей применяют  обычно вертикальные и горизонтальные электроды.

В качестве вертикальных электродов используют стальные трубы диаметром 5-6 см с толщиной стенки не менее 3,5 мм, угловую сталь с толщиной полок не менее 4 мм,  и прутковую сталь диаметром не менее 10 мм.

Для связи вертикальных электродов и в качестве самостоятельного горизонтального электрода применяют полосовую сталь сечением не менее 4^Х12 мм и сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм.

Примечание: формулы для расчета  сопротивления одиночных заземлителей смотреть в приложении А., таблица А.1.

 

Защитному заземлению подлежат металлические  нетоковедущие части электрооборудования, которые вследствие неисправности изоляции и других причин могут оказаться под напряжением и к которым возможно прикосновение людей и животных.

В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных, а также в  наружных установках заземление обязательно при номинальном напряжении ЭУ выше 42 В переменного и 110 В постоянного тока, а в помещениях без повышенной опасности – при напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока.

 

Примечание к рисунку 4:

Изменение потенциала в пределах площадки, на которой размещены электроды заземлителя, происходит плавно, при этом напряжение прикосновения U_ПР, и напряжение шага U_Ш имеют небольшие значения по сравнению с потенциалом заземлителя j_З.

Контурное заземление рекомендуется  во всех случаях, а в установках напряжением до 1000 В оно является обязательным.

Расчёт защитного заземления имеет  целью определить основные параметры заземления – число, размеры и порядок размещения одиночных заземлителей и заземляющих проводников, при которых напряжения прикосновения и шага в период замыкания фазы на заземлённый корпус не превышает допустимых значений.

При этом расчёт производится обычно для случаев размещения заземлителей в однородной земле, учитывая, однако, иное сопротивление верхнего слоя земли (слоя сезонных изменений), обусловленное промерзанием или высыханием грунта.

Расчёт производят способом, основанном на применении коэффициентов использования проводимости заземлителя, и называемым поэтому способом коэффициентов использования. Его применяют как при простых, так и при сложных конструкциях групповых  заземлителей.

Коэффициент использования  проводимости заземлителя есть отношение  действительной проводимости группового заземлителя к возможной наибольшей его проводимости , т.е. при бесконечно больших расстояниях между его электродами.

 

                  (1)

 

Значение коэффициента использования зависит от формы, размеров и размещения электродов, составляющих групповой заземлитель, а также от их числа n и расстояния S между соседними электродами.

Для защитного заземления часто применяют электроды двух типов: стержневые, забиваемые в землю вертикально, и полосовые, которые укладываются в грунт горизонтально и предназначенные для соединения вертикальных электродов, при этом возникает взаимодействие полей растекания тока вертикальных электродов не только между собой, но и с полями горизонтальных электродов. Однако степень этого взаимодействия различна для этих типов заземлителей и учитывается двумя коэффициентами использования вертикальных и горизонтальных электродов h_В и h_Г  (приложение А ,таблица А.2 и А.3).

С увеличением расстояния между соседними электродами  уменьшается взаимодействие полей единичных заземлителей и h возрастает; при S³40 м проводимость заземлителей используется полностью и h=1. С увеличением числа заземлителей (при неизменном S) повышается взаимодействие полей и, следовательно, снижается h.

В таблице А.1 приведены коэффициенты использования вертикальных стержневых электродов, расположенных на одной прямой или по контуру без учёта влияния горизонтального электрода, который связывает их. Сопротивление такой группы электродов будет:

,      (2)

где  R_ВО – сопротивление растеканию одного электрода, (Ом);

 n – количество электродов.

Сопротивление растеканию горизонтального электрода с  учётом экранирующего эффекта вертикальных электродов, которые он соединяет, определяется следующим выражением:

 

,                (3)

 

где  R_ГО – сопротивление растеканию горизонтального одиночного электрода без учёта экранирования, (Ом).

Сопротивление группового заземлителя R, состоящего из n вертикальных стержневых электродов и соединяющей их полосы (горизонтального электрода) будет:

     (4)

 

Грунт, окружающий заземлители, не является однородным. Наличие в  нём песка, строительного мусора и грунтовых вод оказывает  большое влияние на сопротивление  грунта. Поэтому ПУЭ рекомендуют  определять удельное сопротивление грунта r_ИЗМ путём непосредственных измерений в том месте, где будут размещаться заземлители.

Род грунта практически не оказывает  влияние на его удельное сопротивление, поскольку сухой грунт любого рода тока практически не проводит. Однако, грунты содержат неодинаковое количество растворимых веществ, обладают различной дисперсностью, имеют различную способность удерживать свободную воду и поэтому, будучи увлажнёнными оказывают различное сопротивление электрическому току. При отсутствии данных измерения для расчёта используются примерные значения удельных сопротивлений грунтов (приложение А, таблица А.4).