Внимание! Размещенный на сайте материал имеет информационно - познавательный характер, может быть полезен студентам и учащимся при самостоятельном выполнении работ и не является конечным информационным продуктом, предоставляемым на проверку.

Расчёт заземлителей электроустановок

<в начало

<Таблица с готовыми вариантами

Автор страницы: admin

Цель работы: Освоить методику расчёта и подбора заземлителей электроустановок.

 

I  ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

 

1.1  Защитное заземление – заземление, выполняемое в целях электробезопасности.

1.2   Заземляющее устройство – совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

1.3   Заземлитель – проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду.

1.4   Защитное заземление должно обеспечивать защиту людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции.

1.5   Защитному заземлению подлежат металлические части электроустановок, доступные для прикосновения человека и не имеющие других видов защиты, обеспечивающих электробезопасность.

1.6           Защиту при косвенном прикосновении следует выполнять во  всех    случаях, если напряжение в электроустановке превышает 50 В переменного и 120  В постоянного тока.

В помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках выполнение защиты при косвенном прикосновении может потребоваться при более низких напряжениях, например, 25 В переменного и 60 В постоянного тока или 12 В переменного и 30 В постоянного тока при наличии требований соответствующих глав ПУЭ.

        1.7 В качестве искусственных заземлителей применяется сталь. Наименьшие допустимые размеры заземлителей (электродов) указаны в таблице I.

 

 

Таблица 1- Наименьшие размеры заземлителей и заземляющих проводников, проложенных в земле

Материал

Профиль сечения

Диаметр, мм

Площадь поперечного сечения, мм2

Толщина стенки, мм

Сталь черная

Круглый:

для вертикальных заземлителей;

для горизонтальных заземлителей;

Прямоугольный

Угловой

Трубный

 

 

 

16

 

 

10

-

-

32

 

 

 

-

 

 

-

100

100

-

 

 

 

-

 

 

-

4

4

3,5

Сталь оцинкованная

Круглый:

для вертикальных      заземлителей;

для горизонтальных

заземлителей

Прямоугольный

Трубный

 

 

 

12

 

 

10

-

25

 

 

 

-

 

 

-

75

-

 

 

 

-

 

 

-

3

2

Медь

Круглый

Прямоугольный

Трубный

Канат многопроволочный

12

-

20

 

1,8*

-

50

-

 

35

-

2

2

 

-

*Диаметр каждой проволоки

 

При сооружении заземляющего устройства с искусственными заземлителями стержни из стали (см. таблицу 1) длиной ℓ=2,5…3 м забивают вертикально или зарывают до незамерзающего слоя в землю на расстоянии а друг от друга, так чтобы верхний конец стержня /электрода/ находился на глубине h равной 0,5…0,7 м от поверхности земли, и соединяют между собой стальной полосой сечением не менее 100 мм2 или круглым проводником диаметром не менее 10 мм – заглубленный заземлитель. При устройстве незаглубленного заземлителя (применяется для передвижных электроустановок) верхний конец стержня  находится на поверхности земли. Количество стержней в заземляющем устройстве  определяется расчётом. Расстояние а между стержнями при устройстве заглублённого заземлителя (рисунок 1) рекомендуется принимать равным (1…3)ℓ. При сооружении незаглублённого заземлителя (рисунок 2) рекомендуется принимать а=3ℓ.

         Сопротивление  растеканию тока с заземлителей зависит от их формы, размеров и в значительной степени – от удельного сопротивления грунта (таблица 2).

        

Рисунок 1 – Схема заглубленного заземляющего устройства

 

Рисунок 2 – Схема незаглубленного заземляющего устройства

 

 

 

 

 

2 МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ

 

         1 По таблице 2 в соответствии с номером студенческого билета выбрать необходимые параметры для расчета заземлителей.

         Параметры определяются по номеру  студенческого билета, индексам параметров и индексам вариантов. Для этого необходимо написать номер студенческого билета, например 05205, под его последними цифрами написать буквы

                                                  аб

затем по буквенным индексам параметров определить индекс вариантов.

         2 Используя выбранные параметры для расчётов, в соответствии с таблицей 3,определим допустимое сопротивление растеканию тока с заземляющего устройства  Rз.

        3 Определим удельное расчётное сопротивление грунта для стержней с учётом климатической зоны

                                   ρр=ρт*кс ,                                

     где  ρт-заданное значение удельного сопротивления грунта, Ом*м;

               кс- климатический коэффициент (таблица 4).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2 – Параметры для расчета заземлителей

Индекс параметра

Наименование

данных

Индексы вариантов

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

а

Напряжение сети, В

380/220

660/380

380/220

1000

380/220

660/380

380/220

380/220

1000

1000

б

Тип заземлителя

загл.

загл.

загл.

загл.

загл.

загл.

загл.

загл.

загл.

загл.

а

 

Размещение

электродов.

в ряд

 

в ряд

 

в ряд

 

по контуру

в ряд

 

в ряд

 

по контуру

по контуру

в ряд

 

в ряд

 

б

Мощность электроустановки, кВА

40

60

50

110

120

140

30

20

200

3000

б

Тип нейтрали

изол.

изол.

изол.

гл.зазе

гл.зазем

гл.зазем.

изол.

изол.

изол.

изол.

а

 

Удельное сопротивление грунта,ρт Ом*м

 

100

 

120

 

130

 

140

 

150

 

160

 

170

200

 

180

250

 

б

Климатическая

зона

1

1

2

3

4

1

1

2

3

2

 

 

 

 

 

 

Таблица 3 – Наибольшие допустимые значения сопротивлений заземляющих устройств электроустановок

Характеристика

объекта

Удельное сопротивление грунта, ρ, Ом·м

Сопротивление, Ом

Электроустановки сетей напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью:

660/380В

380/220В

220/127В

660/380В

380/220В

220/127В

 

 

 

 

до 100

 

 

более 100

более 100

более 100

 

 

 

 

15,0

30,0

60,0

15.0,01ρ

30.0,01ρ

60.0,01ρ

Электроустановки сетей напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью при мощности источника питания

более 100 кВА

до 100 кВА

 

 

 

 

 

до 500

более 500

 

 

 

 

 

не более 4

не более 10

 

Таблица 4- Значения климатического  коэффициента Кс

Заземлитель

Кс в зависимости от климатической зоны

1

2

3

4

 

Протяженный заземлитель на глубине 0,8 м.

 

                       для полосы

4,5-7,0

 

3,5-4,5

 

2-2,5

 

1,2-2,0

 

              для стержня

Стержневой заземлитель длиной 2,5-3 м при расстоянии от поверхности земли до заземлителя – 0,8 м.

1,8-2,0

1,6-1,8

1,4-1,8

1,2-1,4

 

4         Определим сопротивление растеканию тока с одиночного  стержневого заземлителя:

а)  незаглубленного

Rс = 0,366 , Ом

где ℓ – длина стержней (принимаем с учетом рекомендаций приведенных на странице 3), м;

       d – диаметр стержней (принимаем с учетом рекомендаций приведенных на странице 3), м;

        t- расстояние от поверхности земли до середины стержня, м.

 

б) для заглубленного заземлителя

 

Rс = 0,366  , Ом     

Где h- расстояние от поверхности земли до верхней части стержня, (0,5-0,7) м.    

t= h+                     

         Если для стержней используется угловая сталь, то в формулу вместо d вводится эквивалентный диаметр уголка.

 

dу = 0,95 В    

где В- ширина полки угловой стали, м;

     

5       Определим потребное число стержней без учета коэффициента экранирования

  n=  , шт                         

6       Определим расстояние между стержнями из отношения

С=                 

         Для заземлителей, незаглубленных рекомендуется принимать С=3, а для заглубленных заземлителей это отношение рекомендуется принимать С=(1…3)

а= с×ℓ, м

 

7        Определим коэффициент экранирования стержней ηэс при числе  их n и выбранном отношении                                          С =  (таблица 5).

8       Определим необходимое  количество стержней с учетом коэффициента экранирования

nэ =, шт                     

 

Таблица 5- Коэффициент  экранирования стержневых  заземлителей (без учета влияния соединительной полосы)

Число стержней n, шт

Отношение расстояния а между стержнями  к их длине ℓ

Коэф. экранирования, ηэс

Число стержней n, шт

Отношение расстояния между стержнями а к их длине ℓ

Коэф. экранирования

ηэс

Заземлители, расположенные в ряд

2

2

2

3

3

3

5

5

5

1

2

3

1

2

3

1

2

3

0,85

0,91

0,94

0,78

0,86

0,91

0,70

0,81

0,86

10

10

10

15

15

15

20

20

20

1

2

3

1

2

3

1

2

3

0,59

0,74

0,81

0,55

0,69

0,78

0,49

0,68

0,77

Заземлители, расположенные по четырехугольному контуру

4

4

4

6

6

6

1

2

3

1

2

3

0,69

0,78

0,85

0,52

0,73

0,80

40

40

40

60

60

60

1

2

3

1

2

3

0,41

0,58

0,67

0,39

0,55

0,65

 

9       Определим расчетное сопротивление растеканию тока при принятом числе стержней nэ

Rр.с = Ом

10  Определим длину соединительной полосы:

при размещении электродов в ряд

 

ℓсп= 1,05 × а (nэ-1), м   

 

при размещении электродов по контуру

 

ℓсп= 1,05 × а × nэ , м   

 

     

11  Определим расчетное удельное сопротивление для полосы

ρр.п.= ρт × кс ,                

 

        где КС – климатический коэффициент для полосы (таблица 4).

 

12  Определим сопротивление растеканию тока с соединительной полосы

 

Rсп = 0,366, Ом                  

        где Вп – ширина полосы, м:

                hв – расстояние от поверхности земли до середины полосы, м.

13  Определим коэффициенты экранирования ηэп для соединительной полосы при nэ и отношении С = (таблица 6,7).

14  Определим расчетное сопротивление растеканию тока с соединительной полосы с учетом коэффициента экранирования

 

                                         Rрс п =                                          

 

15  Определим общее расчетное  сопротивление растеканию тока стержней и соединительной полосе

Rобщ.расч. = , Ом     

      

Общее сопротивление должно быть Rобщ расч≤ R3

 

16  Составим схему заземляющего устройства с указанием основных размеров и сопротивления растеканию тока.

 

Таблица 6- Коэффициент экранирования соединительных полос при расположении стержней в ряд

Отношение расстояния между стержнями а к их длине ℓ

Коэффициент экранирования ηэп при числе стержней в ряду nэ

4

5

6

10

20

30

50

65

1

2

3

0,77

0,89

0,92

0,74

0,86

0,90

0,67

0,79

0,85

0,62

0,75

0,82

0,42

0,56

0,68

0,31

0,46

0,58

0,21

0,36

0,49

0,20

0,34

0,49

 

Таблица 7- Коэффициент экранирования соединительных полос при расположении стержней по четырехугольному контуру

Отношение расстояния между стержнями а к их длине ℓ

Коэффициент экранирования ηэп при числе стержней в четырехугольном контуре nэ

4

6

8

10

20

30

50

70

100

1

2

3

0,45

0,55

0,70

0,40

0,46

0,64

0,36

0,43

0,60

0,34

0,40

0,56

0,27

0,32

0,45

0,24

0,30

0,41

0,21

0,28

0,37

0,20

0,26

0,35

0,19

0,24

0,33

 

ЛИТЕРАТУРА

 

         1 Правила устройства электроустановок.- М.:НЦ ЭНАС, 2002.-184с.

         2 Шкрабак В.С., Луковников А.В., Тургиев А.К. Безопасность жизнедеятельности в сельскохозяйственном производстве. – М.: Колос, 2004.-512 с.

          3Беляков Г.И.Безопасность жизнедеятельности на производстве (охрана труда): СПб.: «Лань», 2006.-512с.

         4 Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей.- Новосибирск, 2008