Л.Я. Патрикеев, А.М. Фомин, О.Н. Титаренко

ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

по дисциплине «Электробезопасность»

для студентов заочной формы обучения

Специальностей

Электрические станции

Электротехнические системы электропотребления

Нетрадиционные источники энергии

Г. Севастополь

Введение

В данном методическом пособии изложены основные сведения о назначении и принципе действия защитного заземления и зануления. В методических указаниях приведены примеры расчета одиночных, групповых, сложных заземлителей и заземлителей подстанций 6/0,4 кВ и 110/35/6 кВ, а также примеры расчета зануления.

Целью данного пособия является изучение методов расчета по определению сопротивления растеканию тока заземлителей, числа и геометрических размеров вертикальных и горизонтальных элементов, способов правильного размещения заземлителя на плане электроустановки, исходя из регламентированных Правилами устройства электроустановок величин допустимого сопротивления заземления; закрепление методов расчета, определение условий, при которых зануление надежно выполняет возложенные на него задачи – быстро отключает поврежденную установку от сети - и в то же время обеспечивает безопасность прикосновения человека к корпусу электроустановки в аварийный период.

Пособие предназначено для студентов заочной формы обучения специальностей:

7.090601 Электрические станции

7.090603 Электротехнические системы электропотребления

7.090504 Нетрадиционные источники энергии.

Расчет заземления.

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом (вода, реки или моря и т.п.) металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, разряд молнии и т.п.).

Назначение защитного заземления – устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу ЭУ и другим нетоковедущим металлическим частям, случайно оказавшимся под напряжением.

Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжения прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус и другими причинами.

Область применения защитного заземления:сети напряжением до 1000 В переменного тока – трехфазные трехпроводные с изолированной нейтралью, однофазные двухпроводные изолированные от земли, а также постоянного тока двухпроводные с изолированной средней точкой обмоток источника тока; сети напряжением выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали (рис. 1, а и б).

а) б)

Рис. 1. Принципиальные схемы защитного заземления в сетях трехфазного тока:

а - в сети с изолированной нейтралью до 1000 В и выше;

б - в сети с заземленной нейтралью выше 1000 В;

1– заземленное оборудование;

2– заземлитель защитного заземления;

3– заземлитель рабочего заземления

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя электродов, соединенных между собой и находящихся в непосредственном контакте с землей, и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем.

В зависимости от места размещения заземлителя относительно заземляющего устройства оборудования различают два типа заземляющих устройств: выносные и контурные (рис. 2, 3).

1)

2)

Заземлители бывают искусственные, предназначенные исключительно для заземления, и естественные – находящиеся в земле металлические предметы иного назначения.

Для искусственных заземлителей применяют обычно вертикальные и горизонтальные электроды. В качестве вертикальных электродов используют стальные трубы диаметром 5...6 см с толщиной стенки не менее 1,5 мм и угловую сталь с толщиной полок не менее 4 мм (обычно это угловая сталь от 40х40 до 60х60 мм) отрезками 2,5...3 м. Применяют также прутковую сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м.

Для связи вертикальных электродов применяют горизонтальные электроды (полосовая сталь сечением не менее 4х12 мм и сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм).

Размещение электродов выполняют в соответствии с проектом.

В качестве естественных заземлителей могут использоваться проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубы (кроме трубопроводов горючих жидкостей и газов), отсадные трубы скважин, колодцев, шурфов; металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, свинцовые оболочки кабелей, проложенные в земле и т.п.

В качестве естественных заземлителей подстанций и РУ рекомендуется использовать заземлители опор отходящих линий электропередачи, соединенных с помощью грозозащитных тросов линий с заземляющим устройством подстанции ли РУ, а также железобетонные фундаменты элементов опор воздушных линий электропередачи.

При расчете заземлителей в однородной земле учитывается сопротивление верхнего слоя (слоя сезонных изменений, обусловленное промерзанием и высыханием грунта). Расчет производят способом, основанным на применении коэффициентов использования (табл. 1, 2, 3 приложения). Его выполняют как при простых, так и при сложных конструкциях групповых заземлителей.

При расчете заземлителей в многослойной земле принимают обычно двухслойную модель земли с удельными сопротивлениями верхнего и нижнего слоев ρ₁и ρ₂ соответственно и толщиной (мощностью) верхнего слоя h₁ (рис. 4).

а) б) в)

Рис. 4. Одиночные заземлители, размещенные в двухслойной земле:

а - вертикальный стержневой у поверхности земли;

б - вертикальный стержневой в земле;

в - пластинчатый в земле

Расчет проводится способом наведенных потенциалов. Такой расчет целесообразно применять для сложных групповых заземлителей, обычно в электроустановках напряжением 110 кВ и выше.

Расчет заземлителей как в однородной, так и в многослойной земле можно выполнить по допустимому сопротивлению растекания тока заземлителя или по допустимым напряжениям прикосновения и шага. Для электроустановок с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В и до 35 кВ включительно расчет заземлителя производится обычно по допустимому сопротивлению растекания.

Для ЭУ с эффективно заземленной нейтралью напряжением 110 кВ и выше заземлитель можно рассчитывать как по допустимому сопротивлению, так и по допустимым напряжениям прикосновения и шага. В обоих случаях потенциал заземляющего устройства при стекании с него тока замыкания на землю не должен превышать 10 кВ, если возможен вынос потенциала за пределы зданий и внешних ограждений электроустановок.

Порядок расчета

1. Уточняют исходные данные.

2. Определяют расчетный ток замыкания на землю.

3. Вычисляют требуемое сопротивление заземляющего устройства.

4. Рассчитывают необходимое сопротивление растеканию тока искусственного заземлителя.

5. Выбирают тип заземлителя и составляют предварительную схему (проект) заземляющего устройства (размещают на плане установки принятые для сооружения заземлителя электроды и заземляющие проводники).

6. Уточняют параметры заземлителя.

Исходные данные для расчета

Для расчета заземления необходимы следующие сведения:

- характеристика электроустановки – тип установки, виды основного оборудования, рабочие напряжения, способы заземления нейтралей трансформаторов и т.п.;

- план электроустановки с указанием основных размеров и размещения оборудования;

- формы и размеры электродов, из которых предусмотрено соорудить проектируемый групповой заземлитель, а также предполагаемая глубина погружения в землю;

- данные измерений удельного сопротивления грунта на участке, где должен быть сооружен заземлитель ; если земля принимается двухслойной, необходимы данные измерений удельного сопротивления обоих слоев земли и толщина верхнего слоя;

- данные о естественных заземлителях: какие сооружения могут быть использованы для этой цели и сопротивления их растеканию тока, полученные непосредственным измерением или расчетным путем;

- расчетный ток замыкания на землю, если ток неизвестен, его вычисляют (расчетный ток замыкания на землю должен быть определен для той из возможных схем сети в эксплуатации, при которой этот ток имеет наибольшее значение;

- расчетные значения допустимых U_пр и U_ши время действия защиты, если расчет производится по допустимым напряжением прикосновения и шага.