Расчет контура защитного заземления

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Основной функцией заземления являются функции защиты людей от поражения током, а также обеспечение пожаробезопасности зданий и сооружений. Заземляющее устройство состоит из заземлителя, заземляющих магистралей и заземляющих проводников. Различают два типа заземлителей: естественные и искусственные. К естественным заземлителям относятся металлические конструкции зданий и сооружений, надежно соединенные с землей. Все естественные заземлители для большей надежности соединяют с заземляющими магистралями электроустановки не менее чем двумя проводниками, присоединенными к заземлителю в разных местах. В качестве искусственных заземлителей применяют трубы, угловую сталь, металлические стержни и т. п., горизонтально проложенные стальные полосы, круглую сталь и т. п.

Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус. Это достигается уменьшением потенциала заземленного оборудования, а также выравниванием потенциалов за счет подъема потенциала основания, на котором стоит человек, до потенциала, близкого по назначению к потенциалу заземленного оборудования.

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя – металлических проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей, и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем. Различают два типа заземляющих устройств: выносное и контурное.

Выносное заземляющее устройство характеризуется тем, что заземлитель его вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки.

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что его одиночные заземлители размещают по контуру площадки, на которой находится заземляемое оборудование, или распределяют по всей площадке по возможности равномерно.

Безопасность при контурном заземлителе обеспечивается выравниванием потенциала на защищаемой территории путем соответствующего размещения одиночных заземлителей.

Внутри помещений выравнивание потенциала происходит естественным путем через металлические конструкции, трубопроводу, кабели и подобные им проводящие предметы, связанные с разветвленной сетью заземления.

Защитному заземлению подлежат металлические нетоковедущие части оборудования, которые из-за неисправности изоляции могут оказаться под напряжением и к которым возможно прикосновение людей. При этом, в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных по условиям поражения током, а также в наружных установках, заземление является обязательным при номинальном напряжении электроустановки выше 42В переменного и выше 110В постоянного тока, а в помещениях без повышенной опасности – при напряжении 380В и выше переменного и 440В и выше постоянного тока. Лишь во взрывоопасных помещениях заземление выполняется независимо от назначения установки.

Расчет заземляющего устройства сводится к выбору числа и диаметра заземляющих стержней в зависимости от типа грунта и формы электродов.[5]

Сопротивление одного электрода, погруженного вертикально с вершиной на расстоянии 0, 5 м от поверхности земли, можно вычислить по формуле 4.2.

R₁=1, 75∙ ρ /2∙ π ∙ l_c∙ (ln(2∙ l_c/d)+(1/2ln((4t+l_c)/(4t-l_c))) (4.2)

ρ - удельное сопротивление грунта, Ом/км.

d – диаметр стержня, м. d = 0, 05м

l_c - длина стержня, м. = 2, 5 м.

t – расстояние от поверхности земли до середины электрода определяется по формуле 8.3:

t=t₀+1/2∙ l_в (4.3)

где t₀ – расстояние от поверхности земли до вершины уголка (t₀ = 0, 5 м)

t=0, 5+2, 5/2=1, 75м

R₁=1, 75∙ 42/2∙ π ∙ 2, 5∙ [ln(2∙ 2, 5/0, 05)+(1/2ln((4∙ 1, 75+2, 5)/(4∙ 1, 75-2, 5))]=8, 87 Ом

В электроустановках напряжением до 1 кВ и выше, изолированно нейтралью сопротивление заземляющего устройства в любое время года допускается Rз ≤ 125Iз, но не более 4 Ом (где Iз – расчетный ток замыкания на землю, А). Если в нейтраль включен заземляющий резистор, то за расчетный ток принимают ток, равный 125% его номинального тока Iз = 1, 25 I0

Iз = 1, 25 ∙ 250А = 312, 5А

Rз ≤ 125/312, 5 = 0, 4 Ом

Необходимое число вертикальных электродов

n_c=R_в/R_з∙ n_и (4.4)

n_и – коэффициент использования вертикальных электродов, зависящих от числа электродов и соотношения a/l (а – расстояние между электродами длиной l).

После округления в большую сторону получится предварительное число необходимых стержней, равное 26.

Предполагаем, что стержни будут забиваться в грунт на расстоянии a, равном длине стержня: a=l=2, 5м.

Сопротивление соединительной полосы шириной b = 0, 04…0, 06 м, длиной l= (nв - 1)∙ а = (3-1)∙ 2, 5 = 5м, проложенной на глубине h=0, 4…0, 6 м определяется по формуле 4.5:

R_n=0, 366∙ p/l∙ (lg(2∙ l²/h∙ b)) (4.5)

R_n=0, 366∙ 42/5∙ (lg(2∙ 5²/0, 04∙ 0, 4))=10, 47 Ом

Тогда общее сопротивление заземлителя составит по формуле 4.6:

R_конт=R∙ ₁R₂ /(R_в∙ η ₂+R_n∙ η ₁∙ n) (4.6)

R_конт=10, 47∙ 8, 87 /(8, 87∙ 0, 8+3∙ 10, 47∙ 0, 8)=1, 85Ом

Полученное значение R = 1, 85 Ом не превышает нормируемую величину сопротивления заземляющего устройства, зависящего от удельного сопротивления грунта R_н.=4 Ом, следовательно, существующий контур заземления отвечает норме. Проектируемое оборудование OLT подключается к существующему контуру заземления, т.к. состояние сопротивления заземления рабоче-защитных контуров АТС-44/1, на которых размещается проектируемое оборудование, соответствует установленным эксплуатационным нормам (не превышает 4 Ом) и подлежит дальнейшей эксплуатации.

Выпускной квалификационной работой не рассматривается новое проектирование контура заземления.