Новини освіти і науки:

G+

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Завдання до теми

1.1. Мета розрахунку - визначити параметри заземлення: кількість, розміри і розміщення на плані об’єкта, що захищається, вертикальних і горизонтальних електродів.

1.2. Вихідні дані

Характеристика електроустановки (U_ном, режим нейтралі).

План об’єкта, що захищається, із вказівкою основних розмірів і розміщення устаткування. Характеристика електродів для проектованого заземлювача, глибина їхнього занурення в землю.

Величина питомого опору ґрунту (r), характеристика кліматичної зони (відповідно до табл. 1.1). Якщо земля приймається двошаровою, то дані про величину питомого опору кожного шару землі і товщина верхнього шару.

Дані про природні заземлювачі (обмірюваний опір розтікання струму чи параметри для його визначення розрахунковим шляхом).

Розрахунковий струм замикання на землю в мережах напругою вище 1000 В. Якщо струм невідомий, то його визначають за викладеною нижче методикою.

Таблиця 1.1 – Ознаки кліматичних зон для визначення коефіцієнта сезонності

Характеристика кліматичної зони	Кліматичні зони
I	II	III	IV
Середня багаторічна нижча температура ( січень), ⁰С	від –20 до -15	від –14 до -10	від –10 до 0	від 0 до 5
Середня багаторічна нижча температура ( липень), ⁰С	від +16 до +18	від +18 до +22	від +22 до +24	від +24 до +26
Середньорічна кількість опадів, см				30 – 50
Тривалість замерзання вод, дні	190-170

1.3. Порядок розрахунку

1.3.1. Визначається розрахунковий однофазний струм замикання на землю.

Згідно з ПУЕ [3] трифазні установки напругою 110 кВ і вище працюють з ефективно заземленою нейтраллю і відносяться до установок з великими струмами замикання на землю (>500 А). Електроустановки напругою вище 1000 В до 35 кВ включно працюють з ізольованою нейтраллю чи приєднаною до заземлювального пристрою, через котушки, які компенсують.

В установках з великими струмами замикання на землю як розрахунковий струм приймається стале значення найбільшого зі струмів однофазного замикання на землю для проектованого заземлювального пристрою.

В установках з малими струмами замикання на землю без компенсації ємнісних струмів розрахунковий однофазний (ємнісний) струм замикань на землю приблизно може бути визначений за формулою:

, А, (1.1)

де U_ф – фазна напруга мережі, кВ; l_к_.л., l_в_.л. – відповідно довжина електрично зв’язаних кабельних і повітряних ліній, км.

В установках з малими точками замикання на землю з компенсацією ємнісних струмів за розрахунковий взято струм, рівний 125 % номінального струму компенсаційних апаратів. Для заземлювальних пристроїв, до яких не приєднані компенсаційні апарати, за розрахунковий взято залишковий струм замикання на землю для даної мережі при вимиканні найбільш потужного компенсаційного апарата чи найбільш розгалуженої ділянки мережі. Струм замикання на землю повинен бути розрахований для можливої в експлуатації схеми мережі, при якій цей струм матиме найбільше значення.

1.3.2. Визначається припустимий опір заземлювального пристрою згідно з табл. 1.2.

Таблиця 1.2 – Найбільші значення опорів заземлювальних пристроїв в електроустановках

Характеристика установок	Найбільші опори заземлювального пристрою, Ом
Для електроустановок з напругою понад 1000 В і розрахунковим струмом замикання на землю
Для електроустановок з напругою понад 1000 В і розрахунковим струмом замикання на землю
За умови, що заземлювальний пристрій є загальним для установок напругою до і понад 1000 В і розрахунковим струмом замикання на землю
В електроустановках з напругою 660/380 В
В електроустановках з напругою 380/220 В
В електроустановках з напругою 220/127 В

1.3.3. Підраховується опір природних заземлювачів (якщо немає даних вимірювань) за формулами:

– для вертикального круглого чи кутового заземлювача в поверхні землі;

,Ом (1.2)

– те ж для зануреного в землю на t_o від поверхні;

Ом; (1.3)

– для протяжного на поверхні землі (стрижень, труба, смуга, кабель і ін, для смуги шириною a, d = 0,5a);

, Ом; (1.4)

– те ж для зануреного в землю на t_o від поверхні;

Ом; (1.5)

– для круглої пластини на поверхні землі;

, Ом; (1.6)

– те ж для зануреної у землю на t_o від поверхні;

, Ом; (1.7)

– для пластини, поставленої на ребро, зануреної на t_o від поверхні землі;

, Ом; (1.8)

– для прямокутної пластини на поверхні землі;

, Ом; (1.9)

– для квадратної пластини на поверхні землі;

, Ом, (1.10)

де r – питомий опір ґрунту, Ом × м (обмірюваний чи прийнятий за табл. 1.3);
l – довжина заземлювача, м; d – діаметр круглого заземлювача, м; t – відстань від поверхні землі до центра заземлювача, м; D – діаметр круглої пластини, м; а, b – ширина і довжина пластинчастого заземлювача, м.

Опір розтіканню природних заземлювачів системи «грозозахисний трос–опори» R_l при кількості опор із тросом більш 20 визначається за формулою:

, Ом, (1.11)

де r_on – опір заземлення однієї опори, Ом; приймається з урахуванням сезонних коливань питомого опору ґрунту за табл. 1.2; r_m = 0,15 – активний опір сталевого троса перетином S, мм², на довжині одного прольоту l, м; n_m – кількість тросів на опорі.

Таблиця 1.3 – Наближені значення питомих електричних опорів різних ґрунтів і води

Ґрунт, вода	Питомий опір, Ом×м
Можливі межі коливань	При вологості ґрунту 10–20 % до маси ґрунту
Ґрунт: глина	8–70
суглинок	40–150
пісок	400–700
супісок	150–400
торф	10–30
чорнозем	9–53
садова земля	30–60
кам’янистий	500–800	-
скелястий	10⁴–10⁷	-
Вода: морська	0,2–1	-
річкова	10–100	-
ставкова	40–50	-
ґрунтова	20–70	-
у струмках	10–60	-

При використанні залізобетонних фундаментів промислових будинків як природних заземлювачів [2] опір розтікання їх повинен оцінюватися за формулою:

, Ом, (1.12)

де S – площа, обмежена периметром будинку, м², r₃– питомий еквівалентний електричний опір ґрунту, Ом×м, що визначається за формулою:

, (1.13)

де r_1, r₂ – питомий опір верхнього і нижнього шарів землі відповідно, Ом×м;
h₁ – товщина верхнього шару землі, м; a, b – безрозмірні коефіцієнти, що залежать від співвідношення питомих опорів шарів землі.

Якщо r₁>r₂, то a = 3,6, а b = 0,1;

Якщо r₁<r₂, то a = 1,1×10², а b = 0,3×10^{– 2}.

Під верхнім шаром варто розуміти шар землі, питомий опір якого r₁ більше ніж у два рази відрізняється від питомого опору нижнього шару r₂. При цьому в електроустановках напругою від 110 до 750 кВ не потрібна прокладка провідників, що вирівнюють, у тому числі біля входів і в’їздів, крім місць розташування заземлення нейтралей силових трансформаторів, короткозамикачів, вентильних розрядників і блискавковідводів, якщо виконується умова:

, (1.14)

де I_к.з. – розрахункова сила струму однофазного замикання, що стікає в ґрунт із фундаментів, кА.

Металеві і залізобетонні конструкції будинків при використанні їх як заземлюючих пристроїв повинні утворювати безперервний електричний ланцюг по металу, а в залізобетонних конструкціях повинні передбачатися закладні деталі для приєднання електричного і технологічного устаткування. Спорудження штучних заземлювачів при цьому непотрібне, якщо параметри залізобетонних фундаментів відповідають викладеним вище вимогам.

1.3.4. Визначається необхідний опір штучних заземлювачів:

, Ом , (1.15)

де R_пр – опір розтікання природних заземлювачів; R_з._пуе – припустимий опір розтікання заземлювальних пристрою, згідно з ПУЕ [3] (табл. 1.2).

1.3.5. Вибирається тип заземлювального пристрою, (виносний чи контурний) на підставі даних про об’єкт, що захищається, і значень R_ш.з.., r.

1.3.6. Вибирають електроди (стрижневі і смугові) і попередньо розміщають їх на плані об’єкта, що захищається.

Як вертикальні заземлювачі варто використовувати сталеві стрижні діаметром 10–16 мм, довжиною 4,5–5 м чи кутову сталь з товщиною стінки не менше 4 мм, довжиною 2,5–3 м. Верхній кінець вертикального заземлювача повинен бути занурений на 0,6–0,7 м від поверхні землі. Як горизонтальні заземлювачі варто використовувати круглу сталь діаметром не менше 10 мм чи сталеві смуги товщиною не менше 4 мм.

В установках з ефективно заземленою нейтраллю для вирівнювання електричного потенціалу варто прокладати подовжні і поперечні горизонтальні заземлювачі на глибині 0,5–0,7 м від поверхні землі. Подовжні заземлювачі прокладаються уздовж електроустаткування з боку обслуговування на відстані 0,8–1,0 м від фундаменту чи підставки устаткування.

Допускається збільшення відстаней від фундаментів до 1,5 м із прокладанням однієї смуги для двох рядів устаткування, якщо відстань між фундаментами не перевищує 3,0 м, а сторони обслуговування повернені одна до одної. Поперечні заземлювачі прокладаються в зручних місцях між устаткуванням. Відстань між ними варто збільшувати від периферії до центра заземлювальної сітки. При цьому перші і наступні відстані не повинні перевищувати відповідно 4,0; 5,0; 6,0; 7,5; 9,0; 11,0; 13,5; 16,0 і 20,0 м. Розміри вічок заземлювальної сітки, які прилягають до місць приєднання нейтралей силових трансформаторів і короткозамикачів до заземлювального пристрою, не повинні перевищувати 6x6 м². При цьому контурний електрод, що утворить периметр сітки, повинен охоплювати всі споруди об’єкта, що захищається. Зовнішня огорожа електроустановок не приєднується до заземлювального пристрою і повинна бути на відстані не менше 2 м від його елементів. Якщо цю умову виконати неможливо, то металеві частини огорожі варто приєднати до заземлювального пристрою, і з зовнішнього боку огорожі на відстані 1 м від неї і на глибині 1 м має бути прокладений горизонтальний заземлювач, приєднаний до заземлювального пристрою, не менше ніж у чотирьох точках.

1.3.7. Визначається розрахунковий питомий опір ґрунту для однорідного ґрунту:

, Ом×м, (1.16)

де Y – коефіцієнт сезонності для вертикального і горизонтального електродів, обумовлений за табл. 1.4; для двошарової землі відповідно до кліматичної зони даної місцевості за табл. 1.5 знаходиться товщина шару сезонних коливань h_c і коефіцієнт сезонності Y, на який збільшується вимірюваний питомий опір цього шару землі:

, Ом×м; (1.17)

для нижнього шару ґрунту:

, Ом×м. (1.18)

Таблиця 1.4 – Значення коефіцієнта сезонності для однорідної землі

Кліматична зона (за табл. 1.1)	Вологість землі під час вимірювань її опору
Підвищена	Нормальна	Мала
1	2	3	4
Вертикальний електрод довжиною 3 м
I	1,9	1,7	1,5
II	1,7	1,5	1,3
III	1,5	1,3	1,2
IV	1,3	1,1	1,0
Вертикальний електрод довжиною 5 м
I	1,5	1,4	1,3
II	1,4	1,3	1,2
III	1,3	1,2	1,1
IV	1,2	1,1	1,0

Продовження таблиці 1.4

Горизонтальний електрод довжиною 10 м
I	9,3	5,5	4,1
II	5,9	3,5	2,6
III	4,2	2,5	2,0
IV	2,5	1,5	1,1
Горизонтальний електрод довжиною 50 м
I	7,2	4,5	3,6
II	4,8	3,0	2,4
III	3,2	2,0	1,6
IV	2,2	1,4	1,12
Занурення електродів дорівнює 0,7–0,8 м.

Таблиця 1.5 – Значення коефіцієнта сезонності для шару сезонних вимірювань у багатошаровій землі

Кліматична зона за табл.1.1	Умовна товщина шару сезонних вимірювань, м	Вологість землі під час вимірювань її опору.
Підвищена	Нормальна	Мала
I	2,2	7,0	4,0	2,7
II	2,0	5,0	3,7	1,9
III	1,8	4,0	2,0	1,5
IV	1,5	2,5	1,4	1,1

1.3.8. Для однорідного ґрунту розрахунок опору заземлювача здійснюють у такій послідовності:

– за попередньою схемою розміщення заземлювального пристрою, визначають довжину L_Г горизонтальних і кількість n вертикальних електродів;

– за формулами (1.2–1.10) розраховують величину опору одного вертикального електрода R_в і горизонтальних електродів R_г з урахуванням розрахункового питомого опору ґрунту;

– за табл. 1.6 і 1.7 визначають відповідно коефіцієнт використання вертикальних h_в і горизонтальних h_г електродів;

Таблиця 1.6 – Коефіцієнт використання h_в вертикальних електродів без урахування впливу смуги зв’язку

Кількість заземлювачів, n	Відношення відстані між електродами до їхньої довжини

Заземлювачі розміщені в ряд	Заземлювачі розміщені по контуру
	0,85	0,91	0,94	-	-	-
	0,73	0,83	0,89	0,69	0,78	0,85
	0,65	0,77	0,85	0,61	0,73	0,8
	0,59	0,74	0,81	0,56	0,68	0,76
	0,48	0,67	0,76	0,47	0,63	0,71
	-	-	-	0,41	0,58	0,66
	-	-	-	0,39	0,55	0,64
	-	-	-	0,36	0,52	0,62

– розрахунковий опір заземлювача:

, Ом. (1.19)

Отримане значення опору порівнюється з необхідним опором штучного заземлювача, визначеним за формулою (1.15). У разі великих розбіжностей параметри заземлювального пристрою змінюються і проводиться перерахунок для забезпечення необхідної безпеки експлуатації електроустановок.

1.3.9. Заземлювальні установки з великими струмами замикання на землю, мають складну конструкцію і розраховувати їх рекомендують способом наведених потенціалів, приймаючи двошарову модель ґрунту.

Розрахунок опору заземлювача цим способом здійснюють у такій послідовності:

– за попередньою схемою розміщення заземлювального пристрою, визначаються площа заземлювача S (м²), довжина Lг (м) горизонтальних, кількість n і довжина L_в = n l_в (м) вертикальних електродів;

Таблиця 1.7 – Коефіцієнт використання h_r горизонтального смугового електрода, що з’єднує вертикальні електроди заземлювача

Відношення відстаней між вертикальними електродами до їхньої довжини	Кількість вертикальних заземлювачів

Вертикальні електроди розміщені в ряд
	0,85	0,77	0,72	0,62	0,42	-	-	-
	0,94	0,89	0,84	0,75	0,56	-	-	-
	0,96	0,92	0,88	0,82	0,68	-	-	-
Вертикальні електроди по контуру
	-	0,45	0,4	0,34	0,27	0,22	0,2	0,19
	-	0,55	0,48	0,4	0,32	0,29	0,27	0,23
	-	0,7	0,64	0,56	0,45	0,39	0,36	0,33

– складається розрахункова модель заземлювача, що представляє собою квадратну сітку з взаємно пересічних смуг з вертикальними електродами по контуру квадрата (розрахункова модель і прийнята схема заземлювача мають однакові площі S, довжину горизонтальних L_г, кількість n і довжину вертикальних L_в електродів, глибину закладення t_om_, м); розрахункова модель занурена в однорідний ґрунт із питомим опором, еквівалентним питомому опору двошарового ґрунту, тобто опір заземлювального пристрою, розрахункової моделі дорівнюватиме шуканому;

– визначається довжина сторони квадрата моделі як , м;

– обчислюється кількість вічок m за однією стороною моделі:

. (1.20)

Отримана величина m округляється до цілого числа, за формулою (1.20) уточнюється значення L_г, м;

– довжина сторони вічка в моделі, м:

, (1.21)

– відстань між вертикальними електродами в моделі при розміщенні їх по контуру, м:

, (1.22)

– відносна глибина занурення в землю вертикальних електродів у моделі

, (1.23)

– відносна довжина верхньої частини вертикального заземлювача, що знаходиться у верхньому шарі ґрунту товщиною h.

, (1.24)

– визначають розрахунковий еквівалентний питомий опір землі для заземлювального пристрою - горизонтальної сітки з пересічних смуг з вертикальними електродами.

, (1.25)

де

при , (1.26)

при , (1.27)

– шуканий розрахунковий опір штучного заземлювача визначається за формулою:

, (1.28)

де A = 0,444 – 0,84t_om при 0 < t_om< 0,1,А = 0,385 – 0,25t_om при 0,1 < t_om< 0,5.

Отримана величина опору розтікання заземлювача порівнюється з необхідним значенням, отриманим за формулою (1.15).

Приклад розрахунку Розрахувати захисне заземлення для виробничої ділянки з електроустаткуванням. Вихідні дані наведені в табл. 1.8.

Таблиця 1.8 – Вихідні дані до розрахунку захисного заземлення

Трансформаторна підстанція напругою U, кВ	Розміри приміщення	Розрахунковий опір природного заземлювача, R_пр, Ом	Протяжність лінії електропередач	Параметри вертикального електрода	Параметри горизонтального електрода	Ґрунт	Кліматична зона (підвищення вологість)
Довжина L, м	Ширина В, м	l_К.Л., км	l_В.Л., км	Довжина l_В, м	Діаметр d, мм	Площа смуги, мм²
10/0,4								6 х 56	суглинок	IІI

Розрахунок

У нашому випадку заземлювальний пристрій використається для електроустановки напругою понад 1000 В, тому розрахункове значення струму замикання на землю може бути визначене за напівемпіричною формулою (1.1):

де U_л – лінійна напруга мережі (на високій стороні трансформаторної підстанції), кВ; l_к.л., l_в.л. – довжина електрично зв’язаних відповідно кабельних і повітряних ліній, км.

Таким чином,

Відповідне отриманому розрахунковому значенню струму замикання на землю, нормативне значення опору заземлювального пристрою Rз знаходимо за формулою (табл. 1.2):

R_з= 125/I_з, R_з= 125/51,71 = 2,32 Ом.

При використанні природних заземлювачів необхідний опір штучного заземлювача Rш.з. визначається за формулою (1.15):

де R_пр – опір розтікання струму природних заземлювачів, Ом; R_ш.з. – необхідний опір штучного заземлювача, Ом; R_з.пуе – розрахунковий нормований опір ЗП, Ом;

Визначаємо розрахунковий питомий опір землі за формулою (1.16):

де – розрахунковий питомий опір землі, Ом·м; – питомий електричний опір різних ґрунтів і води, Ом·м; ψ – коефіцієнт сезонності, що враховує промерзання або висихання ґрунту.

Для кліматичного пояса ІІІ опір ґрунту =130 Ом·м (табл. 1.3, суглинок) та ψ = 1,5 (табл. 1.4, з підвищеною вологістю) тоді:

Ом×м.

Обчислюємо опір розтікання струму одиночного вертикального заземлювача Rв. У випадку стержня круглої площі (трубчастого) заземлювача, заглибленого в землю, розрахункова формула має вигляд (1.3):

де ρ_р.з.– розрахунковий питомий опір ґрунту Ом·м; l –довжина вертикального стержня, м; d –діаметр, мм; t –відстань від поверхні ґрунту до середини довжини вертикального стержня, м.

Рисунок 1.2 – Схема заглиблення стержня

Розрахуємо наближену кількість вертикальних стержнів:

де R_в – опір розтікання струму одиночного вертикального заземлення, Ом;
R_ш – необхідний опір штучного заземлювача, Ом;

Отриману кількість стержнів округляємо до найближчого більшого довідкового значення (табл.1.6). Отже, n = 40.

Визначаємо конфігурацію групового заземлювача (контур) з урахуванням можливості його розміщення на відведеній території й відповідній довжині горизонтальної смуги:

l_г = 1,05·а·п,

де а – відстань між вертикальними стержнями, м; п – кількість вертикальних стержнів;

а = k ·l_в,

де k – коефіцієнт кратності, рівний 1, 2, 3; l_в – довжина вертикального стержня, м.

Коефіцієнт кратності приймемо рівним 2.

а = 2·3 = 6 м,

l_г = 1,05·6·40 = 252 м.

Периметр будинку = 2 (18 + 6) = 48 м.

Обчислюємо опір розтікання струму горизонтального стержня Rг. У випадку горизонтального смугового заземлювача розрахунок виконується за формулою (1.5):

де ρ – розрахунковий питомий опір ґрунту, Ом·м; l – довжина горизонтальної смуги, м; b –ширина смуги, м; t –відстань від поверхні ґрунту до середини ширини горизонтальної смуги, м;

Рисунок 1.3 – Схема заглиблення смуги

Вибираємо коефіцієнти використання вертикальних стержнів (η_в) і горизонтальної смуги (η_г) з урахуванням кількість вертикальних стержнів (п) і відношення відстані між стержнями (а) до їх довжини (l_в) (таблиця 1.6–1.7).

; η_г= 0,29; η_в= 0,58.

Розрахуємо еквівалентний опір розтіканню струму групового заземлювача (1.19):

,

де R_в, R_г– відповідно опори вертикального стержня й горизонтальної смуги, Ом; η_в, η_г– відповідно коефіцієнти використання вертикальних стержнів і горизонтальної смуги, Ом; n – кількість вертикальних стержнів.

Отриманий опір розтікання струму групового заземлювача не повинен перевищувати необхідний опір

R_гр ≤ R_ш.з.

1,95 < 2,04.

Тобто отриманий опір відповідає необхідній умові.

Таким чином, ми визначили основні конструктивні параметри заземлювача, при яких опір розтікання струму обраного групового заземлювача (R_гр) не перевищує необхідного опору (R_ш.з.).

Таблиця 1.9 – Варіанти вихідних даних до розрахунку

№ вар. Розміри об'єкта, що захищається, м Ґрунт Кліматичні зони (вологість нормальна) R_пр., Ом Довжина кабельних ліній l_к.л., км Довжина повітряних ліній l_в.л., км

L B

Глина I

Пісок II

Супісок III

Суглинок IV

Пісок I

Глина II

Суглинок III

Супісок IV

Суглинок I

Пісок II

Глина III

Супісок IV

Суглинок I

Глина II

Пісок III

Глина IV

Суглинок I

Пісок II

Супісок III

Суглинок IV

Пісок I

Суглинок II

Глина III

Супісок IV

Пісок I

Контрольні питання

1. Охарактеризуйте дію електричного струму на людину.

2. Які місцеві електричні травми виникають унаслідок дії електричного струму на людину? Охарактеризуйте ці травми.

3. Унаслідок чого виникають електричні удари? Наслідки ударів. Що таке клінічна смерть?

4. Назвіть фактори, що впливають на тяжкість ураження електричним струмом. У чому полягає цей вплив?

5. Які граничні значення струму і як величина струму впливає на наслідки ураження людини?

6. Охарактеризуйте електричний опір тіла людини. Від яких факторів він залежить?

7. Для чого здійснюється захисне заземлення? Як воно виконується?

8. Які електроустановки підлягають заземленню?

9. Назвіть вимоги до заземлювального пристрою та заземлювальних провідників.

10. Перелічіть обов’язки роботодавців щодо організації безпечної експлуатації електроустановок.

11. Групи робіт в електроустановках щодо організації їх безпечного виконання.

12. Вимоги безпеки до персоналу, що обслуговує електроустановки, групи з електробезпеки, навчання та перевірка знань.

Література:[1–3, 6, 10–12].

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Тема. Вибір і розрахунок штучного заземлення	\|

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.019 сек.