Расчет средств защиты от поражения электрическим током

Основные понятия и определения

В зависимости от вида электроустановки, номинального напряжения, режима нейтрали, условий среды помещения и доступности электрооборудования применяют определенный комплекс необходимых защитных мер, обеспечивающих достаточную безопасность. Применение защитных мер регламентируется Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) [23].

Различают электроустановки напряжениям до 1000 В и выше 1000 В; с изолированной и заземленной нейтралью. В электроустановках применяют следующие технические защитные меры: 1) защитное заземление, 2) зануление, 3) выравнивание потенциалов, 4) защитное отключение, 5) малое напряжение и др.

Наиболее распространенными техническими средствами для защиты людей при появлении напряжения на нетоковедущих частях оборудования из-за повреждения изоляции являются защитное заземление и зануление.

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Безопасность обеспечивается заземлением корпуса системой заземлителей, имеющих малое сопротивление. Защитное заземление применяют в сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и в сетях напряжением свыше 1000 В как с изолированной, так и с заземленной нейтралью [27].

По расположению заземлителей относительно заземленных корпусов заземления делят на выносные и контурные. В первом случае заземлители располагаются на некотором удалении от заземляемого оборудования, во втором - по контуру вокруг заземленного оборудования на небольшом (несколько метров) расстоянии друг от друга. В качестве искусственных заземлителей используют вертикально расположенные стержни из уголковой стали или стальных труб. Заземлители соединяют стальной полосой, которую приваривают к каждому заземлителю. Заземлители с заземляемым оборудованием соединяют металлическими проводниками.

Сопротивления заземления, согласно ПУЭ, нормируются в зависимости от напряжения электроустановки. В электроустановках напряжением до 1000 В сопротивление заземления должно быть не выше 4 Ом. Если же суммарная мощность источников (трансформаторов, генераторов), подключенных к сети, не превышает 100 кВА, сопротивление должно быть не больше 10 Ом. В электроустановках напряжением выше 1000 В с малым током замыкания (менее 500 А) допускается сопротивление заземления не более 10 Ом, а с большим (более 500 А) - не выше 0, 5 Ом.

Занулением называется преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Цель зануления — обеспечить быстрое отключение установки от сети при замыкании фазы (или фаз) на ее корпус, а также снизить напряжение на корпусе в аварийный период. Это достигается превращением замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание с созданием в этой цепи тока, достаточного для срабатывания защиты. Зануление применяется в трехфазных четырехпроводных сетях напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью.

Согласно ПУЭ ток однофазного короткого замыкания должен превышать не менее чем в 3 раза номинальный ток плавкой вставки или ток срабатывания автоматического выключателя с обратной зависимой от тока характеристикой. При защите сети автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель, коэффициент кратности тока выключателей с номинальным током до 100 А следует принимать равной 1, 4, а для прочих - 1, 25. Полная проводимость нулевого провода во всех случаях должна быть не менее 50 % проводимости фазного провода. Если эти требования по каким-либо причинам не удовлетворяются, отключение при замыкании на корпус должно обеспечиваться специальными защитами, например, защитным отключением.

Расчет защитного заземления

Цель расчета заземления - определить число и длину вертикальных элементов (стержней), длину горизонтальных элементов (соединительных полос) и разместить заземлители на плане электроустановки исходя из значений допустимых сопротивления и максимального потенциала заземлителя [27].

Расчет проводится в следующем порядке:

1. Определяют норму сопротивления заземления R_н (по ПУЭ) в зависимости от напряжения, режима работы нейтрали, мощности и других данных электроустановки.

2. Определяют расчетное удельное сопротивление грунта с учетом климатического коэффициента r_расч= r_таблψ где r_табл - удельное сопротивление грунта по табл. 7.1; ψ - климатический коэффициент по табл. 7.2.

Таблица 7.1

Значения удельных сопротивлений грунтов при влажности 10...12 % к массе грунта

Грунт	Удельное сопротивление, Ом·м	Грунт	Удельное сопротивление, Ом·м
Глина		Супесок
Суглинок		Песок
Чернозем		Скалистый

Таблица 7.2

Значения климатических коэффициентов и признаки зон

Тип заземлителя	Климатические зоны
I	II	III	IV
Вертикальные стержни длиной l_с = 2...3 м при глубине заложения Н₀ = 0, 5…0, 8 м	1, 8…2, 0	1, 6...1, 8	1, 4...1, 6	1, 2...1, 4
Горизонтальные полосовые заземлители при глубине заложения Н₀ = 0, 8 м	4, 5…7, 0	3, 5...4, 5	2, 0 - 3, 5	1, 5 - 2, 0
Признаки климатических зон
Средняя температура января, °С	-20….-15	-14...-10	-10...0	0...5
Средняя температура июля, °С	16….18	18...22	22...24	24...28

3. Определяют сопротивление одиночного вертикального заземлителя R_c с учетом удельного сопротивления грунта:

, (11.1)

где d - диаметр стержня, м; Н = Н₀ +l/2; l_c, Н₀- см. табл. 34.

4. Учитывая норму сопротивления заземления R_н, определяют число вертикальных заземлителей без учета взаимного экранирования:

. (11.2)

6. Разместив заземлители на плане и задавшись отношением η расстояния между одиночными заземлителями S к их длине l_c, определяют с учетом коэффициента использования вертикальных стержней (табл. 7.3) окончательно их число n_l = n/η _с и сопротивление заземлителей - без учета соединительной полосы R_cc = R_c /(n₁η _с).

Таблица 7.3

Коэффициенты использования η _с вертикальных заземлителей

Отношение расстояния между заземлителями к их длине	Число заземлителей п

Заземлители располагаются в ряд
	0, 85	0, 73	0, 65	0, 59	0, 48	-	-	-
	0, 91	0, 83	0, 77	0, 74	0, 67	-	-	-
Заземлители располагаются по контуру
	-	0, 69	0, 61	0, 55	0, 47	0, 41	0, 39	0, 36
	-	0, 78	0, 73	0, 68	0, 63	0, 58	0, 55	0, 52
	-	0, 85	0, 80	0, 76	0, 71	0, 66	0, 64	0, 62

6. Определяют сопротивление соединительной полосы:

, (11.3)

где l_п = 1, 05(n₁ - 1)S - длина соединительной полосы; b, Н₁ - ширина и глубина заложения полосы.

С учетом коэффициента использования полосы η _п (табл. 7.4) уточняют .

7. Определяют общее сопротивление заземляющего устройства и соединявшей полосы:

(11.4)

и проверяют, соответствует ли оно нормативному значению R_н.

Таблица 7.4

Коэффициенты использования η _п горизонтальной полосы, соединяющей вертикальные заземлители

Отношение расстояния между заземлителями к их длине	Число вертикальных заземлителей п

Вертикальные заземлители располагаются в ряд
	0, 85	0, 77	0, 72	0, 62	0, 42	-	-	-
	0, 94	0, 89	0, 84	0, 75	0, 56	-	-	-
Вертикальные заземлители располагаются по контуру
	-	0, 45	0, 40	0, 34	0, 27	0, 22	0, 20	0, 19
	-	0, 55	0, 48	0, 40	0, 32	0, 29	0, 27	0, 23
	-	0, 70	0, 64	0, 56	0, 45	0, 39	0, 36	0, 33

Задание на практическую работу

⇐ Предыдущая 11 12 13 14 151617 18 19 20 Следующая ⇒