Эксперт

Сергей

Задать вопрос

Мы готовы помочь Вам.

Цель работы: Изучить принцип действия защитного заземления и методики расчета сопротивления заземляющих устройств
Основные понятия
Назначение и принцип устройства защитного заземления. При обслуживании производственного оборудования, использующего электроэнергию, работающие прикасаются к его нетоковедущим металлическим частям. Такой контакт обычно является нормальной операцией. В процессе эксплуатации может происходить повреждение изоляции электрооборудования. Повреждение изоляции, как правило, сопровождается замыканием на корпус электроустановки, т.е. случайным соединением токоведущих частей с металлическими нетоковедущими частями электроустановки. В результате чего корпус электроустановки, а через него все оборудование и обслуживающий персонал могут оказаться под напряжением, что приводит к поражению электротоком.
Для защиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции и замыкании на корпус «Правилами устройства электроустановок» предусматривается ряд защитных мер, одним из них является применение защитного заземления.
Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциалов, разряд молнии, наведение статического электричества и др.).
Принцип действия защитного заземления можно рассмотреть на примере схемы питания электроустановки (рис. 1). Человек, с сопротивлением тела касаясь корпуса электроустановки, на которой произошел пробой изоляции, оказывается под защитой сопротивления заземления rз, которое включено параллельно Rч. Так как Rч>>rз, то ток короткого замыкания, протекает по пути наименьшего сопротивления, т. е. через заземлитель и ток Iчел<< Iзаз.

Rч – электрическое сопротивление человека; rз – сопротивление заземлителя; r1 и r2 – сопротивление изоляции проводов 1 и 2, соответственно; Iкз – ток короткого замыкания; Iзаз – ток, протекающий через заземлитель; Iчел – ток, протекающий через тело человека Iкз= Iзаз+ Iчел.
При замыкании одной фазы на корпус электроустановки, корпус окажется под напряжением, в случае отсутствия соединения корпуса с землей, прикосновение к нему также опасно, как и прикосновение к фазе.
Защитное заземление, как мера защиты людей от поражения электрическим током, при возникновении напряжения на нетоковедущих частях электроустановок в результате повреждения изоляции и замыкании на корпус заключается в электрическом соединении корпусов электроустановок с заземляющим устройством. Защитное действие заземления состоит в снижении до безопасных значений напряжения прикосновения и тока протекающего через человека, обусловленных замыканием на корпус.
Эффективность заземления зависит от его сопротивления, чем меньше сопротивление, тем выше его защитная эффективность.
Область применения защитного заземления:
 В трехфазных трехпроводных сетях напряжения до 1000В переменного тока с изолированной нейтралью или изолированным выводом источника однофазного тока, а также в сетях постоянного тока с изолированной средней точкой обмоток источника тока;
 В сетях напряжения выше 1000В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали или средней точки.
В соответствии с требованиями «Правил устройства электроустановок» заземлению подлежат:
 все электроустановки при напряжении 380В и выше переменного тока и 440В и выше постоянного тока при эксплуатации в любых помещениях;
 наружные электроустановки напряжением 42В и выше переменного тока и 110В и выше постоянного тока, работающих в условиях с повышенной опасностью и в особо опасных условиях;
 электроустановки любого напряжения, работающие во взрывоопасных помещениях.
В заземляющее устройство входит заземлитель (металлический проводник или группа проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с грунтом) и заземляющие проводники, соединяющие заземляемые части электроустановки с заземлителем.
Заземлителем называется металлический проводник или совокупность металлических соединенных между собой проводников, находящихся в соприкосновении с землей.
В зависимости от расположения заземлителей по отношению к заземляемому оборудованию заземления бывают выносные

(сосредоточенные) и контурные (рис.2). Заземлители выносных заземлений располагают сосредоточенно на расстоянии свыше 20 м от заземляемого оборудования, т. е. вне зоны растекания тока замыкания на землю. Заземлители контурного заземления располагают по периметру и внутри площадки, на которой установлено заземляемое оборудование. Все эти заземлители электрически соединены друг с другом.

Заземлители могут быть естественными и искусственными. Искусственные заземлители выполняются в виде электродов. По расположению в грунте и по форм электродов заземлители делятся на углубленные, состоящие из полос или круглой стали, укладываемых глубоко на дно котлована горизонтально по периметру фундаментов, вертикальные, состоящие из электродов, верхний конец которых заглубляется на 0,5-0,7 м от поверхности земли; в качестве их используют стальные вертикальные заложенные стержни диаметром 10-16 мм, (или отрезки стальных труб, различного диаметра), длиной 3-5 м, а также уголковая сталь длиной 2,5-Зм (рис.3); горизонтальные (протяженные), состоящие из электродов, применяемых для связи между собой вертикальных заземлителей, соединяемых сваркой. В качестве таких заземлений используется круглая сталь диаметром не менее 10 мм или стальные полосы толщиной не менее 4 мм, сечением 48 мм2.

В качестве заземляющих проводников-ответвлений к оборудованию, где по условиям работы не требуются гибкие проводники, применяются медные или алюминиевые проводники. В качестве заземляющих проводников, образующих заземляющую магистраль, применяется полосовая или круглая сталь, сечением порядка 48 мм2.

Порядок выполнения работы
1. Получить задание преподавателя и необходимые исходные данные
для расчета. Недостающие исходные данные принять самостоятельно.
2. Познакомиться с принципом действия, порядком расчета защитного
заземления.
3. Выполнить расчет защитного заземления.
4. Привести схему размещения заземлителей.
5. Оформить отчет.
6. Ответить на контрольные вопросы.

Варианты заданий
Задача 1. Используя алгоритм расчета защитного заземления рассчитать
сопротивление защитного заземления для электропитающей установки
мощностью 10кВт, распределяющей энергию напряжением 380/220В.
Электропитающая установка размещена в одноэтажном производственном
здании, имеющем металлические конструкции и хороший контакт с землей.
Заземляющее устройство включает в себя естественные заземлители,
сопротивление растеканию тока, которых Rе=30Ом. Здание имеет периметр 100

м. Вид грунта и климатическая зона принимаются для расчета по вариантам табл.10.
Задача 2. Определить сопротивление естественного заземлителя, используемого для сооружения заземляющего устройства электроустановки мощностью 100кВ·А и напряжением 1кВ. В качестве зеземлителя используется горизонтальный трубопровод длиной 100м, диаметром 245мм, пролегающий на глубине 0,5м от поверхности земли. Заземлитель расположен в однородном грунте (вид грунта и климатическая зона принимаются по табл.10). Сравнить сопротивление естественного заземлителя (Rе) с наибольшим допустимым сопротивлением заземляющего устройства (Rн) по условию Rе≤Rн. Сделать вывод о эффективности применения данного заземлителя.
Задача 3. Определить сопротивление естественного заземлителя, используемого для сооружения заземляющего устройства электроустановки мощностью 100кВ·А и напряжением 1кВ. В качестве заземлителя используется вертикальный трубопровод, расположенный в земле, длиной 30 м, диаметром 325 мм. Расстояние от поверхности земли до верхнего края трубопровода 0,4м. Заземлитель расположен в однородном грунте (вид грунта и климатическая зона принимаются по табл.10). Сравнить сопротивление естественного заземлителя (Rе) с наибольшим допустимым сопротивлением заземляющего устройства (Rн) по условию Rе≤Rн. Сделать вывод о эффективности применения данного заземлителя.
Задача 4. Определить сопротивление естественного заземлителя, используемого для сооружения заземляющего устройства электроустановки мощностью 100кВ·А и напряжением 1кВ. В качестве заземлителя используется железобетонная плита на поверхности земли размером 3,5х5м. Сравнить сопротивление естественного заземлителя (Rе) с наибольшим допустимым сопротивлением заземляющего устройства (Rн) по условию Rе≤Rн. Сделать вывод о эффективности применения данного заземлителя.
Задача 5. Определить сопротивление естественного заземлителя, используемого для сооружения заземляющего устройства электроустановки мощностью 100кВ·А и напряжением 1кВ. В качестве естественного заземлителя используется железобетонная свая. Глубина залегания в землю 1,5м. Свая прямоугольного сечения с размерами сторон 300х400мм. Сравнить сопротивление естественного заземлителя (Rе) с наибольшим допустимым сопротивлением заземляющего устройства (Rн) по условию Rе≤Rн. Сделать вывод о эффективности применения данного заземлителя.
Задача 6. Используя алгоритм расчета защитного заземления рассчитать сопротивление защитного заземления для электропитающей установки мощностью 35кВт, распределяющей энергию напряжением 380/220В. Электропитающая установка размещена в одноэтажном производственном здании, имеющем металлические конструкции и хороший контакт с землей. Естественные заземлители отсутствуют. Здание имеет периметр 200 м. Вид грунта и климатическая зона принимаются для расчета по вариантам табл.10.

Контрольные вопросы
1. Что такое защитное заземление?
2. Назначение, область применения защитного заземления.
3. Принцип действия защитного заземления.
4. Что собой представляет заземляющее устройство?
5. Перечислите типы заземляющих устройств.
6. Каков порядок расчета защитного заземления?
7. В каком случае заземление является эффективным?