6.2 Расчет защитного заземления
Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением /9/.
Корпуса электрических машин и другие нетоковедущие части могут оказаться под напряжением при замыкании их токоведущих частей на корпус. Если корпус при этом не имеет контакта с землей, прикосновение к нему также опасно, как и прикосновение к фазе. Если же корпус заземлен, он окажется под напряжением (Uз, В), равным:
U3 = I3 R3, (6.1)
где U3 -напряжение заземления, В;
I3 -ток, стекающий в заземление, А;
R3-сопротивление стекающего тока, Ом.
Человек, касающийся этого, корпуса попадает под напряжение прикосновения (Uпр, В), равным:
Uпр = U3 1 2, (6.2)
где Uпр – напряжение прикосновения, В;
1 – коэффициент напряжения прикосновения;
2 – коэффициент напряжения.
Выражение показывает, что чем меньше R3 и 1, тем меньше ток через человека, стоящего на земле и касающегося корпуса оборудования, который находится под напряжением. Таким образом, безопасность обеспечивается путем заземления корпуса заземлителем, имеющем малое сопротивление заземления R3 и малый коэффициент напряжения прикосновения 1.
Защитное заземление может быть эффективно только в том случае, если ток замыкания на землю не увеличивается уменьшением сопротивления заземления. Это возможно в сетях с изолированной нейтрально, где при глухом замыкании на землю или на заземленный корпус ток не зависит от проводимости (или сопротивления) заземления.
Чтобы уменьшить шаговые напряжения за пределами контура, в грунт закладывают специальные шины.
Расчетный ток замыкания на землю – наибольший возможный в данной электроустановке ток замыкания на землю.
В сетях напряжением до 1000 В ток однофазного замыкания на землю не превышает 10 А, так как даже при самом плохом состоянии изоляции и значительной емкости сопротивления фазы относительно земли не бывает менее 100 Ом (Z100 Ом). Отсюда ток замыкания на землю, Ih, А, в сети напряжением 380 В равен:
. (6.3)
В «Правилах безопасной эксплуатации электроустановок» нормируются сопротивления заземления в зависимости от напряжения электроустановки.
В электроустановках напряжением до 1000 В сопротивление заземления должно быть не выше 4 Ом.
Цель расчета заземления – определить число и длину вертикальных элементов, длину горизонтальных элементов (соединительных шин) и разместить заземлители на плане электроустановки, исходя из регламентированных Правилами значений допустимых сопротивлений заземления, напряжения прикосновения и шага, максимального потенциала заземлителя или всех указанных величин.
Расчет простых заземлителей производится в следующем порядке:
– определяется расчетный ток замыкания на землю, принимаем Ih=11,4 A, что обосновано выше;
– определяется расчетное удельное сопротивление грунта с учетом климатического коэффициента
расч= изм, (6.4)
где изм = 1102 – удельное сопротивление грунта (для суглинков);
= 1,8 – климатический коэффициент (при влажности 10–12%).
расч = 11021,8 = 180 Омм;
– сопротивление естественных заземлителей Re=5,7 Ом;
– определяется сопротивление искусственного заземлителя, если считать, что искусственные и естественные заземлители соединены параллельно и общее их сопротивление не должно превышать норму R3, Ом:
, (6.5)
Так как к заземляющему устройству присоединяется корпус оборудования напряжением до 1000 В, сопротивление заземляющего устройства должно удовлетворять двум условиям: и R3 4 Ом. По первому условию
, принимаем R3 = 4 Ом как наименьшую.
.
– сопротивление одиночного вертикального заземлителя Rст.од, Ом, рассчитывается по формуле:
, (6.6)
где d = 0,035 м – эквивалентный диаметр стержней;
l = 2,5 м длина стержня;
Н = 2,25 м – глубина заложения от середины заземлителя до поверхности грунта;
= 57,3.
– предварительно разместив заземлители на плане, определим число вертикальных заземлителей и расстояния между ними, по этим данным определяем коэффициент использования вертикальных стержней ст.
Длина соединительной полосы (шины) равна периметру прямоугольника 31 м2, т.е. 8 м. Вертикальные стержни размещаются по углам прямоугольника, всего 4 стержня, ст = 0,66.
Сопротивление соединительных полос Rn, Ом, с учетом коэффициента использования полосы n = 0,45, рассчитывается по формуле:
, (6.7)
где l = 8 м – длина шины;
b = 0,1 м – ширина шины;
H = 1 м – глубина заложения;
= 25,61 Ом
– требуемое сопротивление растеканию вертикальных стержней, Rcm, Ом, рассчитывается по формуле:
, (6.8)
.
– окончательно определяется число n, шт., вертикальных стержней:
, (6.9)
= 3,08 3.
Проведенные расчеты показали, что 4 штуки вертикальных стержней обеспечивают надежное заземление и предупреждение несчастного случая на участке.
0 комментариев