Расчет системы заземления, выполняемого заглублением в землю труб

При неисправности изоляции металлические части электрооборудования могут оказаться под воздействием электрического тока. Снижение его напряжения относительно земли до безопасной величины в сетях с изолированной нейтралью осуществляется при помощи заземления, которое представляет собой преднамеренное металлическое соединение заземлителей с металлическими частями электроустановки, не находящимися под напряжением, но могущими оказаться под ним в случае возникновения пробоя в электрооборудовании.

Назначение защитного заземления — устранение опасности поражения людей электрическим током при появлении напряжения на конструктивных частях электрооборудования, т. е. при замыкании на корпус.

Область применения защитного заземления — трехфазные трехпроводные сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и выше 1000 В с любым режимом нейтрали [10].

Устройство заземления создает между корпусами защищаемой установки и земли замкнутую электрическую цепь достаточно малого сопротивления. При замыкании какой-либо фазы на корпус заземленного электродвигателя образуется цепь замыкания через точку замыкания, заземляющее устройство и сопротивление утечек неповрежденных фаз (рис. 5.1).

Схемы защитного заземления

Рис. 5.1. Схемы защитного заземления:

а — принципиальная; б — корпуса электродвигателя; 1 — средство защиты; 2 — защитное заземление; 3 — металлические части двигателя

В качестве искусственных заземлителей применяют стальные уголки, забиваемые в землю вертикально, или стальные некондиционные трубы при толщине стенок не менее 3,5 мм и длине 2,5—3 м. Их забивают вертикально в землю на расстоянии 2,5—3 м друг от друга и более. Диаметр трубы не оказывает особого влияния на сопротивление растеканию, чаще всего берут трубы с наружным диаметром 6 см.

Широко применяются углубленные прутовые заземлители из круглой стали диаметром 12—14 мм, длиной до 5—10 м, ввертываемые в грунт с помощью электрофицированного ручного заглубителя. При использовании углубленных прутковых заземлителей снижаются расходы металла и затраты труда по устройству заземления. Прутковые заземлители, а также отрезки стальных уголков, используемые для заземления, наиболее выгодны, так как с их помощью можно достичь более глубоких слоев земли при значительно меньших объемах работ. Глубокая же закладка необходима для создания контакта со слоями почвы, не подверженными промерзанию или высыханию. Для связи уголков и труб между собой применяют стальные полосы (ленты) (рис. 5.2). Толщина их должна быть не менее 4 мм, а площадь поперечного сечения не менее 48 мм2 для установок до 1000 В

и 100 мм для установок свыше 1000 В.

Сопротивление заземленного устройства в установках напряжением до 1000 В не должно превышать 10 Ом.

Схема выносного заземления

Рис. 5.2. Схема выносного заземления:

1 — заземлитель; 2 — магистраль соединительных проводников; 3 — заземляемое

оборудование

Сопротивление одного вертикального электрода, верхний конец которого находится ниже уровня земли, может быть рассчитано по формуле

где р — удельное сопротивление грунта, Ом-см (табл. 5.1);

/ — длина электрода, см; d — внешний диаметр электрода, см;

t — глубина заложения, равная расстоянию от поверхности до середины электрода, см.

При вертикальных электродах из угловой стали ее эквивалентный диаметр dy следует исчислять исходя из активной поверхности растекания тока, по равенству

где b — ширина уголка, см.

Для временных заземлений и измерений применяется забивка в землю вертикальных электродов, верхний конец которых остается над поверхностью земли. Сопротивление такого электрода рассчитывается по формуле

где / — длина части электрода, находящаяся в земле, см.

Горизонтально расположенные электроды из полос или круглой стали применяются для связи вертикальных электродов и как самостоятельные зеземлители. Ширина полосы или диаметр круглой стали лишь незначительно влияют на сопротивление растеканию (в расчетные формулы эти параметры входят под знаком логарифма), в основном сопротивление растеканию горизонтальных электродов зависит от их длины.

Рациональная глубина погружения полосовых заземлителей во избежание больших земляных работ составляет 0,6—0,7 м.

Сопротивление растеканию горизонтального полосового электрода определяется по формуле

где /гор — длина полосы, см;

b — ширина полосы, см;

h — глубина заложения полосы, см.

Если горизонтальным электродом служит круглый проводник, то его сопротивление растеканию определяется по формуле

Количество вертикальных электродов определяем по формуле

где RB — величина нормативного заземления, Ом;

т|в — коэффициент использования вертикального электрода (табл. 5.2).

Общее сопротивление системы заземления, включая сопротивление вертикальных электродов и сопротивление растекания горизонтального полосового электрода, определяется по формуле

где г|г — коэффициент использования полосы (табл. 5.3); г|в — коэффициент использования трубы (табл. 5.2).

Расчет сопротивления тока одного заземлителя: использовать табл. 5.4. Коэффициенты экранирования параллельно уложенным полосовым заземлителям приведены в табл. 5.5.

Таблица 5.1. Приближенные значения удельных сопротивлений земли р

№ варианта

Род земли

Значения, ом х см

1

Песок

40 000— 100 000 и более

2

Супесок

15 000—40 000 и более

3

Суглинок

4000— 15 000 и более

4

Глина

800—7000 и более

5

Садовая земля

4000

6

Чернозем

1000—5000 и более

7

Торф

2000

8

Каменистая глина

10 000

9

Мергель, известняк, крупнозернистый песок с валунами

100 000-200 000

10

Скала, валуны

200 000-400 000

Таблица 5.2. Коэффициент использования вертикальных элементов

Отношение расстояния между вертикальными электродами к их длине, а/1

Число

электродов п

Лв

Электроды размещены в ряд

Электроды

размещены по контуру

1

4

0,66-0,72

5

0,67-0,72

6

0,58-0,65

10

0,56-0,62

0,52-0,58

20

0,47-0,50

0,44-0,50

2

4

0,76-0,80

5

0,79-0,83

6

0,71-0,75

10

0,72-0,77

0,66-0,71

20

0,65-0,70

0,61-0,66

3

4

0,84-0,86

5

0,85-0,88

6

0,78-0,82

10

0,79-0,83

0,74-0,78

20

0,74-0,79

0,68-0,73

Таблица 5.3. Коэффициент использования соединительной полосы

Отношение расстояния между вертикальными электродами к их длине, а/1

Число вертикальных электродов в системе заземления

Чг

Вертикальные электроды размещены в ряд

Вертикальные

электроды

размещены по контуру

1

4

0,77

0,45

6

0,74

0,40

8

0,67

0,36

10

0,62

0,34

20

0,42

0,27

2

4

0,89

0,56

6

0,86

0,48

8

0,79

0,43

10

0,75

0,40

20

0,56

0,32

3

4

0,92

0,70

6

0,90

0,64

8

0,85

0,60

10

0,82

0,56

20

0,68

0,45

Таблица 5.4. Сопротивление тока одного заземлителя Z3

п/п

Длина

заземлителя, см

S

О

N

трубы

уголки

стержни

4 см

5 см

6 см

5x5, см

6x6, см

1 см

1,5 см

2 см

1

250

32,7

31,28

30,12

31,61

30,45

41,32

38,69

36,94

2

300

28,34

27,16

26,19

27,43

26,46

35,62

33,43

31,84

3

350

25,08

24,07

23,24

24,3

23,47

31,1

29,33

27,98

4

500

23,2

21,89

21,01

Таблица 5.5. Коэффициенты экранирования параллельно уложенных полосовых заземлителей (ширина полосы В-3 см, глубина заземления h = 80 см)

Длина каждой полосы,см

Число

параллельных полос п

Расстояние между параллельными полосами, см

100

250

500

1000

1500

1500

2

0,63

0,75

0,83

0,92

0,96

5

0,37

0,49

0,60

0,73

0,79

10

0,25

0,37

0,49

0,64

0,71

20

0,16

0,27

0,39

0,57

0,64

Окончание табл. 5.5

Длина каждой полосы, см

Число

параллельных полос п

Расстояние между параллельными полосами, см

100

250

500

1000

1500

2500

5

0,35

0,45

0,55

0,66

0,73

10

0,23

0,31

0,43

0,57

0,66

20

0,14

0,23

0,33

0,47

0,57

5000

2

0,60

0,69

0,78

0,86

0,91

5

0,33

0,40

0,48

0,58

0,64

10

0,20

0,27

0,35

0,46

0,53

20

0,12

0,19

0,25

0,36

0,44

7000

5

0,31

0,38

0,45

0,53

0,58

10

0,18

0,25

0,31

0,41

0,47

20

0,11

0,16

0,22

0,31

0,38

15 000

5

0,30

0,36

0,43

0,51

0,59

10

0,17

0,23

0,28

0,37

0,42

20

0,10

0,15

0,20

0,28

0,36

20 000

5

0,28

0,32

0,37

0,44

0,50

10

0,14

0,20

0,23

0,30

0,42

20

0,088

0,12

0,15

0,215

0,221

Пример. Расчет системы защитного заземления, для которой будут применены стальные трубы с наружным диаметром 6 см и стальными соединительными полосами шириной 4 см (рис. 5.1 и 5.2). Расстояние от поверхности земли до верха трубы 70 см. Расчетное напряжение 380 В. Длина трубы 270 см. Удельное электрическое сопротивление грунтар = 3 • 104 Ом-см (табл. 5.1). Расстояние от поверхности грунта до середины трубы:

Определим сопротивление одной трубы по формуле (5.1)

По формуле (5.6) определяем количество электродов

Находим сопротивление соединительной полосы (Zrop = = 10 200 см) по формуле (5.4)

Общее сопротивление системы заземления определяем по формуле (5.7)

Таким образом, общее сопротивление системы заземления 6,0 Ом ниже нормативного сопротивления заземления 10,0 Ом.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >