Расчетное задание - Расчет защитного заземления

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

“ХАРЬКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ”

КАФЕДРА ОХРАНЫ ТРУДА

Расчетное задание по теме

“ Расчет защитного заземления ”

Выполнил:

Студент группы АП – 30

Руководитель:

Преподаватель кафедры

охраны труда

Латышева М. М.

Харьков

-= 2005 =-

Целью расчета является определение основных конструктивных параметров заземления (числа, размеров, порядка размещения вертикальных стержней и длины соединительной полосы, объединяющей их в групповой заземлитель), при которых сопротивление растеканию тока выбранного группового заземлителя (R_гр) не превзойдет нормативного значения (R_зн).

Исходные данные:

№п/п	Трансформаторная подстанция напряжением U, кВ	Размеры здания		Расчетное сопротивление естественного заземлителя, Rе, Ом	Протяженность линии электропередач		Параметры вертикального электрода		Параметры горизонтального электрода	Удельное сопротивление земли  измеренное, Ом  м	Климатическая зона
		Длина L, м	Ширина В, м		lК.Л., км	lВ.Л., км	Длина lВ, м	Диаметр d, мм	Сечение полосы, мм2
3	10/ 0,4	18	6	17	50	60	3	12	6 х 56	130	III

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее 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.).

В соответствии с требованиями [1] защитное заземление электроустановки следует выполнять:

• при номинальном напряжении 380В и выше переменного тока и 440В и выше постоянного тока во всех случаях;

• при номинальных напряжениях от 42В до 380В переменного и от 110В до 440В постоянного тока при работах в условиях с повышенной опасностью, особо опасных и наружных установках.

Характеристики этих условий приведены в обязательном приложении к [2].

Заземление осуществляется с помощью специальных устройств — заземлителей. Заземлители бывают одиночные и групповые. Групповой заземлитель состоит из вертикальных стержней и соединяющей их горизонтальной полосы. Вертикальные электроды закладывают вместе с фундаментом зданий на определенном расстоянии друг от друга. С целью экономии средств ПУЭ рекомендует использовать естественные заземлители.

РАСЧЕТ

В нашем случае заземляющее устройство используется для электроустановки напряжением свыше 1000В, поэтому расчетное значение тока замыкания на землю может быть определено по следующей полуэмпирической формуле:

(1)

где U_л – линейное напряжение сети (на высокой стороне трансформаторной

подстанции), кВ;

l_к, l_в – длина электрически связанных соответственно кабельных и воздуш-

ных линий, км.

Таким образом,

(2)

Соответствующее полученному расчетному значению тока замыкания на землю нормативное значение сопротивления заземляющего устройства (ЗУ) R_з находим по формуле:

R_з = 125 / I_з, (3)

R_з = 125 / 51,71 = 2,32 Ом.

При использовании естественных заземлителей требуемое сопротивление искусственного заземлителя R_и определяется по формуле:

(4) где R_е – сопротивление растеканию тока естественных заземлителей, Ом;

R_и – требуемое сопротивление искусственного заземлителя, Ом;

R_з – расчетное нормированное сопротивление ЗУ, Ом;

Определяем расчетное удельное сопротивление земли по формуле:

ρ = ρ_{изм ·} ψ, (5)

где ρ – расчетное удельное сопротивление земли, Ом·м;

ρ_изм – удельное сопротивление земли, полученное в результате измерений,

Ом·м (задано в условии задачи);

ψ – коэффициент сезонности, учитывающий промерзание или высыхание

грунта.

Для климатического пояса III для земли с малой влажностью Ψ = 1,5, следовательно,

ρ = 130 · 1,5 = 195 Омм.

Вычисляем сопротивление растеканию тока одиночного вертикального заземлителя R_в. В случае стержневого круглого сечения (трубчатого) заземлителя, заглубленного в землю, расчетная формула имеет вид:

(6)

где ρ_в – расчетное удельное сопротивление грунта, вычисленное по формуле (5),

Ом·м,;

l – длина вертикального стержня, м;

d – диаметр сечения, мм;

t – расстояние от поверхности грунта до середины длины вертикального

стержня, м;

0,8 м t

l

d

Рассчитаем приближенное количество вертикальных стержней:

где R_в – сопротивление растеканию тока одиночного вертикального заземлителя,

вычисленное по формуле (6), Ом;

R_и – требуемое сопротивление искусственного заземлителя, вычисленное по формуле (4), Ом;

Полученное число стержней округляем до ближайшего большего справочного значения. Следовательно, n = 40.

Определяем конфигурацию группового заземлителя (контур) с учетом возможности его размещения на отведенной территории и соответствующую длину горизонтальной полосы:

l_г = 1,05·а·п, (7)

где а – расстояние между вертикальными стержнями, м;

п – количество вертикальных стержней;

а = k · l_в, (8)

где k – коэффициент кратности, равный 1, 2, 3;

l_в – длина вертикального стержня, м.

Коэффициент кратности примем равным 2.

а = 2 ·3 = 6 м , (9)

l_г = 1,05·6·40 = 252 м. (10)

Периметр здания = 2 · (18 + 6) = 48 м.

Вычисляем сопротивление растеканию тока горизонтального стержня R_г. В случае горизонтального полосового заземлителя расчет выполняется по формуле:

(11)

где ρ – расчетное удельное сопротивление грунта, Ом·м;

l – длина горизонтальной полосы, м;

b – ширина полосы, м;

t – расстояние от поверхности грунта до середины ширины горизонтальной

полосы, м;

0,8 t

b

Выбираем коэффициенты использования вертикальных стержней (η_в) и горизонтальной полосы (η_г) с учетом числа вертикальных стержней (п) и отношения расстояния между стержнями (а) к их длине (l_в).

; η_г = 0,29; η_в = 0,58.

Рассчитаем эквивалентное сопротивление растеканию тока группового заземлителя:

, (12)

где R_в, R_г – соответственно сопротивления вертикального стержня и горизонта-

льной полосы, вычисленные по формулам (6) и (11) соответствен-

но, Ом;

η_в, η_г – соответственно коэффициенты использования вертикальных стерж-

ней и горизонтальной полосы, Ом;

n – количество вертикальных стержней.

(13)

Полученное сопротивление растеканию тока группового заземлителя не должно превышать требуемое сопротивление

R_гр ≤ R_и (14)

1,95 < 2,04.

Т.е. полученное сопротивление удовлетворяет необходимому условию (14).

Рассчитанные параметры ЗУ сведем в таблицу:

, Ом·м	lв, м	k	n, шт	lг, м	в	г	Rв, Ом	Rг, Ом	Rгр, Ом	Rи, Ом
195	3	2	40	252	0,58	0,29	67,69	1,70	1,95	2,04

Эскиз расположения заземлителей

Рис. 1: 1 – заземляемое оборудование; 2 – заземлительный контур; 3 – стены здания; 4 – горизонтальный заземлитель; 5 – вертикальный заземлитель

Таким образом, мы определили основные конструктивные параметры заземлителя, при которых сопротивление растеканию тока выбранного группового заземлителя (R_гр) не превышает требуемое сопротивление (R_и).

Литература:

1. ГОСТ 12.1.030.-81. ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление. Введ. 01.07.82г.

2. ГОСТ 12.1.013.-78. ССБТ. Строительство. Электробезопасность. Общие требования. Введ. 01.01.80г.

3. ГОСТ 12.1.038.-82. ССБТ. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов. Введ. 01.07.83г.

4. П.А. Долин. Основы техники безопасности в электроустановках. – М.: Энергия.- 1984.-448 с.

5. М.О. Найфельд. Заземление, защитные меры электробезопасности. –М.: Энергия.- 1971.

6. П.А. Долин. Справочник по технике безопасности. –М.: Энергоатомиздат 1984.-824 с.

7. Правила устройства электроустановок. -М.: Энергоатомиздат.- 1987.-648 с.