Унывалова Л.Ф. Безопасность жизнедеятельности

Подождите немного. Документ загружается.

4. ИНЖЕНЕРНЫЙ РАСЧЕТ

ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

Цель: 1. Ознакомление с условиями обеспечения электробезопасно-

сти в сетях до 1000 В.

2. Расчет заземляющего устройства.

Общие сведения

В практике лесозаготовительной и лесоперерабатывающей промыш-

ленности используются электрические сети, различные по напряжению,

частоте, режиму нейтрали в зависимости от условий работы электроуста-

новок (ЭУ). По режиму нейтрали при напряжении до 1000 В в соответст-

вии с ПУЭ применяют сети трехпроводные с изолированной нейтралью

и четырехпроводные с глухозаземленной нейтралью.

Электрические сети с изолированной нейтралью применяются в мало-

разветвленных сетях, во временных и переносных ЭУ при повышенной

электроопасности.

Сети четырехпроводные применяются в условиях высокой влажности и

агрессивной среды, при большой разветвленности сети, где емкостные то-

ки достигают больших значений, опасных для человека.

При эксплуатации электроустановок причинами электротравмы могут

быть:

- прикосновение человека к металлическому корпусу электрооборудо-

вания, оказавшегося под напряжением вследствие разрушения изоляции

(рис. 1а);

- попадания человека в зону «растекания» тока при соприкосновении

оголенного провода с токопроводящей поверхностью (металлический или

влажный пол, земля и т.п.) (рис. 1б).

а)

б)

Рис. 1. Схемы попадания человека под напряжение

Максимальное значение тока, протекающее через тело человека,

определяется напряжением прикосновения U

пр

и сопротивлением тела че-

ловека R

, равным 1000 Ом, по формуле

пр

Основным средством защиты от возникновения напряжения прикосно-

вения а ЭУ является поддержание сопротивления изоляции в соответствии

с нормативными требованиями. Однако на практике выполнение этих тре-

бований затруднено. Для защиты человека от поражения электрическим

током в приведенных случаях используют защитное заземление или за-

нуление [ГОСТ 12.1.030-81].

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое со-

единение части электроустановки, нормально не находящейся под напря-

жением, с заземляющим устройством (ЗУ). Занулением в электроустанов-

ках до 1 кВ называется преднамеренное соединение частей ЭУ, нормально

не находящихся под напряжением, с глухозаземленной нейтралью генера-

тора или трансформатора в сетях трехфазного тока [ПУЭ - 200] (рис. 2).

а)

б)

Рис. 2. Принципиальная схема защитного заземления (а) и зануления (б)

Защитному заземлению или занулению подлежат металлические части

ЭУ, доступные для прикосновения человека: корпуса электрических ма-

шин, трансформаторов, аппаратов, светильников; каркасы распредели-

тельных щитов, щитков, шкафов; металлические корпуса передвижных и

переносных электроприемников; оборудование, расположенное на движу-

щихся частях машин и механизмов; металлические конструкции и оболоч-

ки кабелей, соединителей, проводов и т.п.

Заземление и зануление ЭУ не требуется при номинальных напряже-

ниях менее 50 В переменного тока, за исключением ЭУ во взрывоопасной

зоне; если вторичная обмотка трансформатора питает сварочный агрегат.

Допустимые значения сопротивления ЗУ. По требованиям ПУЭ в

сетях с изолированной нейтралью (рис. 2а) сопротивление ЗУ должно

быть не более 4 Ом. При мощности генераторов и трансформаторов 100

кВА и менее ЗУ могут иметь сопротивление не более 10 Ом. В сетях с

глухозаземленной нейтралью (рис. 2б) сопротивление ЗУ не должно

превышать 4 и 8 Ом при линейных напряжениях соответственно 380 В и

220 В.

Виды заземляющих устройств. Различают естественное и искусст-

венное ЗУ. Естественные используют нетоковедущие металлические эле-

менты промышленных конструкций, располагаемых под землей. Искусст-

венные заземлители различают по конструктивному исполнению: контур-

ное ЗУ обеспечивает выравнивание потенциала на защищаемой террито-

рии цеха или открытой площадки (рис. 3а); выносное ЗУ (рис. 3б) устраи-

вают при невозможности размещения заземлителя на защищаемой терри-

тории, при рассредоточенном размещении ЭО, при высоком сопротивле-

нии грунта (скалы, песок и т.п.); одиночное ЗУ - при разовой работе с ЭО

или электроинструментом.

а) контурное

б) выносное

Рис. 3. Схема защитного заземления

1 – электрооборудование; 2 – шина (магистраль) заземления в цехе;

3 – заземляющее устройство; 4 – заземляющий проводник.

При сооружении искусственных заземлителей используют вертикаль-

ные или горизонтальные электроды, углубленные в землю (рис. 4) с глуби-

ной заложения h до 0,5 – 0,8 м.

На практике используют различные конструктивные решения защитно-

го устройства: одиночный вертикальный с выходом на поверхность; оди-

ночный горизонтальный с заглублением; вертикальный контурный или

выносной; горизонтальный с группой электродов и др.

а) вертикальный

б) горизонтальный

Рис. 4. Конструкция заземляющего устройства

На рис. 4 приведены обозначения конструктивных элементов: l -

длина электродов, h – глубина заложения, t – расстояние от поверхности

земли до средины электрода, d – диаметр электрода круглого сечения, в

–

ширина полки уголка (угловая сталь), в – ширина полосовой стали.

Вертикальные электроды длиной l от 2,0 до 3,0 м из трубной или

прутковой стали, стальных стержней располагают в ряд или по контуру.

Не допускается использовать в ЗУ электроды и проводники из алюминия.

Электроды соединяют между собой горизонтальной металлической

пластиной (в). Расстояние между электродами a рекомендуется не менее

2,5 м. При контурном заземлении отношение a/l рекомендуется 3, а при

рядном - a/l принимается 2 – 3.

Горизонтальные ЗУ выполняют из стальных полос или круглой стали

длиной l от 5 м и более.

Присоединение заземляющих проводников к заземляющему контуру и

заземляемым конструкциям (элементам, расположенным под землей) вы-

полняется сваркой, а к корпусам машин, аппаратов и т.п. – болтовым со-

единением, обеспечивающим надежный электрический контакт.

В процессе эксплуатации техническое состояние ЗУ периодически кон-

тролируется визуально и замером сопротивления: цеховые - 1 раз в год, ос-

тальные - 1 раз в 10 лет. Данные контроля заносятся в паспорт ЗУ.

Защитное заземление обеспечивает безопасность людей при нарушении

изоляции токоведущих частей ЗУ; защиту ЭО от перенапряжения; защиту

сооружений от атмосферного электричества (молниезащиту); защиту от

статического электричества.

2. Порядок расчета защитного заземлителя в однородной земле

В ходе расчета определяется значение сопротивления ЗУ, выбираются и

рассчитываются конструктивные элементы, количество заземлителей

(электродов) – групповые ЗУ. Сопротивление ЗУ в первую очередь опре-

деляется удельным сопротивлением грунта (

ρρ

, Ом см), в котором размеща-

ется заземлитель, и климатическими условиями. Данные грунта приведены

в табл. 1.

Таблица 1

Приближенные значения удельных электросопротивлений грунтов

Грунт, вода

Удельное сопротивление

, Ом м

пределы колебаний при влажности до 20 %

к массе грунта

Песок 400 – 700 700

Супесок 150 – 400 300

Глина 8 – 70 40

Суглинок 40 – 150 100

Торф 10 – 30 20

Чернозем 9 – 53 20

Каменистый 500 – 800 -

Скалистый 10

– 10

Крупнозернистый песок с

валунами

- 10 – 20

Вода морская 0,2 1

Вода речная 10 - 100 50

Определение сопротивления одиночного электрода

1. При вертикальной конструкции ЗУ с заглублением h

- если электрод – труба с диаметром d, см (рис. 4а)













−

тр

lg366.0

(1)

где

- если электрод – угловая сталь и ширина полки уголка в

, то в фор-

муле (1) принято d = 0,95 в

2. При вертикальной конструкции заземлителя (электрод – труба) с

выходом на поверхность (h

=0)

тр

lg366.0

(2)

3. При горизонтальной конструкции заземлителя с заглублением h

(рис. 4б)

-если электрод – полоса

вh

lg366,0

(3)

-если электрод круглого сечения, то в формуле (3) в=2d.

2 Определение необходимого количества заземлителей (электродов)

ЗУдоп

тр

n =

или

ЗУдоп

n =

(4)

где R

ЗУдоп

– нормативное допустимое значение ЗУ по ПУЭ.

3 Уточнение расположения электродов в грунте ЗУ (контурное, вы-

носное, вертикальное, горизонтальное). Определение расстояния а между

электродами. Выполняется эскизная прорисовка ЗУ, аналогичная рис. 4.

4 Определение коэффициента использования (взаимного экраниро-

вания) электродов -

в зависимости от числа электродов n, отношения a/l

и конструктивного исполнения ЗУ по табл. 2, 3, 4 (

Таблица 2

Значение коэффициента использования

вертикальных заземлителей

при контурном заземлении

Отношение расстоя-

ния между заземли-

телями к их длине,

a/l

Число вертикальных заземлителей, n

4 6 10 20 40 60 100

1 0,69 0,61 0,55 0,47 0,41 0,39 0,36

2 0,78 0,73 0,68 0,63 0,58 0,55 0,52

3 0,85 0,80 0,76 0,71 0,67 0,65 0,62

Таблица 3

Значение коэффициента использования

вертикальных

заземлителей при выносном заземлении

Отношение расстояния

между заземлителями к их

длине, a/l

Число вертикальных заземлителей, n

2 3 5 10 15 20

1 0,85 0,78 0,70 0,59 0,55 0,49

2 0,91 0,86 0,81 0,74 0,69 0,68

3 0,94 0,91 0,86 0,81 0,78 0,77

Таблица 4

Значение коэффициента использования

горизонтальных заземлителей

Число за-

землителей,

Длина каждого

заземлителя, м

Расстояние между параллельно расположенными за-

землителями, а, м

1 2,5 5 10 15

15 0,37 0,49 0,60 0,73 0,79

25 0,35 0,45 0,55 0,66 0,73

50 0,33 0,40 0,48 0,58 0,65

75 0,31 0,38 0,45 0,53 0,58

100 0,30 0,36 0,43 0,51 0,57

200 0,28 0,32 0,37 0,44 0,50

15 0,25 0,37 0,49 0,64 0,72

25 0,23 0,31 0,43 0,57 0,66

50 0,20 0,27 0,35 0,46 0,53

75 0,18 0,25 0,31 0,41 0,47

100 0,17 0,23 0,28 0,37 0,44

200 0,14 0,20 0,23 0,30 0,36

15 0,16 0,27 0,39 0,57 0,64

25 0,14 0,23 0,33 0,47 0,57

50 0,12 0,19 0,25 0,36 0,44

75 0,11 0,16 0,22 0,31 0,38

100 0,10 0,15 0,20 0,28 0,35

200 0,9 0,12 0,15 0,22 0,26

5. Определение необходимого количества электродов Зy c учетом их

взаимного экранирования

или

(5)

6. Определение длины полосы, соединяющей электроды заземлителя

(полосовой заземлитель) – Lп, м и ее сопротивления Rп, Ом в соответствии

со схемой размещения электродов в грунте:

при расположении электродов по контуру

naL

⋅⋅= 05,1

(6)