Реферат: Заземление электрооборудования

Реферат на тему:

«Заземление электрооборудования»

Заземление электрооборудования

По своему функциональному назначению заземление делится на три вида — рабочее, защитное, заземление молниезащиты.

К рабочему заземлению относится заземление нейтралей силовых трансформаторов и генераторов, глухое или через дугогасящий реактор.

Защитное заземление выполняется для обеспечения безопасности, в первую очередь, людей.

Заземление молниезащиты служит для отвода тока молнии в землю от защитных разрядников и молниеотводов (стержневых или тросовых).

Защитное заземление должны выполнять свое назначение в течение всего года, тогда как заземление, молниезащиты — лишь в грозовой период.

Назначение защитного заземления.

Защитное заземление предназначено для устранения опасности поражения электрическим током людей при соприкосновении с металлическими частями электрооборудования, оказавшимся под напряжением. Принцип действия защитного заземления состоит в снижении до безопасного уровня напряжений прикосновения и шага, вызванных замыканием на корпус электрооборудования. Достигается это уменьшением потенциала заземленного оборудования за счет малого сопротивления заземлителя, а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором находится человек и заземленного оборудования за счет подъема потенциала основания до уровня потенциала заземленного оборудования.

Защитное заземление – это параллельное включение в электрическую цепь заземлителя со значительно меньшим сопротивлением Rз<<Rr(рис. 3.3.4.6)

В сетях с напряжением до 1000В сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом, при напряжении выше 1000В — не более-0.5 Ом.

При таком включение в электрическую цепь ток, проходящий через человека, будет равен:

/>(3.4.21)

где, Rr– сопротивление тела человека, Ом

Iобщ — общий проходящий ток через два заземлителя (тело человека и заземлитель), Ом;

Rобщ– общее сопротивление заземлителей, Ом.

/>

Рис 3.4.6 Защитное заземленне: а – схема заземления корпуса электрооборудования; б-эквивалентная электрическая схема

/>(3.4.22)

/>(3.4.23)

После подстановки значений Rобщ и Iобщ в формулу / 3.4.21/ получим

/>(3.4.24)

Пример.

Определить величину поражающего тока при однофазном включении человека в трехфазную сеть с изолированной нейтралью.

Допустим, что сопротивление пола и обуви: Rп= Rоб= 0 Ru= 3000 Ом

При отсутствии заземления ток поражения:

/>А

При наличии защитного заземления:

/>А

Как видим, ток поражения при наличии заземляющего устройства значительно меньше удерживающего.

Защитное заземление применяется в электроустановках напряжением до 1000В переменного тока с изолированной нейтралью или с изолированным выводом источника однофазного тока, а также электроустановках в напряжением до 1000В в сетях постоянного тока с изолированной средней точкой.

Заземление установок заключается в соединении с землей их металлических частей (нормально не находящихся под напряжением) с заземлителем, имеющим малое сопротивление растеканию тока.

Заземляющее устройство состоит из заземлителей, заземляющих шин и проводов, соединяющих корпуса электроустановок с заземлителями.

В зависимости от расположения заземлителей относительно заземленного оборудования, заземляющие устройства подразделяют на выносные и контурные (рис 3.4.7). Заземлители выносногозаземляющего устройства выносятся на некоторое удаление от заземляемого оборудования. Контурное заземляющееустройство обеспечивает более высокую степень защиты, так как заземлители располагаются по контуру всего заземляемого оборудования.

/>

Рис 3.4.7 Выносное (а) и контурное (б) заземления:

1-электроды (заземлители); 2-токовды (шины); 3-электроустановки

На практике заземление осуществляется в следующем порядке:

— выбирается заземляющее устройство (искусственное или естественное);

— рассчитывается заземляющее устройство;

-отдельные электроды (заземлители) объединяются в одно общее заземляющее устройство;

— корпуса электроустановок соединяются с заземляющим устройством;

-составляется документация для приемки заземляющего устройства в эксплуатацию.

При выборе заземляющего устройства часто используют, естественные заземлители, которыми служат трубопроводы, проложенные в земле и имеющие хороший контакт с грунтом, стальные трубы электропроводов. При строительстве промышленных зданий в качестве естественных заземлителей могут быть использованы металлические каркасы зданий.

Трубопроводы для горючих жидкостей и взрывоопасных газов использовать в качестве заземлителей запрещается. Металлические и железобетонные конструкции при использовании их в качестве заземляющих устройств должны образовывать непрерывную электрическую цепь по металлу (в железобетонных конструкциях должны предусматриваться закладные детали для присоединения электрического и технологического оборудования).

При использовании железобетонных фундаментов в качестве заземлителей сопротивление растеканию тока заземляющего устройства определяется по формуле

/>(3.4.25.)

где Qэ — удельное эквивалентное электрическое сопротивление земли, Ом • м;

s — площадь, ограниченная периметром зда­ния, м2.

Удельное эквивалентное электрическое сопротивление

/>,(3.4.26.)

где Q1; Q2—удельное электрическое сопротивление соответственно верхнего и нижнего слоя земли, Ом-м; h1—толщина верхнего слоя земли, м; a, b—безразмерные коэффициенты, зависящие от соотношения удельных электрических сопротивлений слоев земли. Если Qi>Q2, то a=3,6, b=0,1; если Q1<Q2, то a=1,1 ×102, b=0,3×10-2.

Под верхним слоем следует понимать слой земли, удельное сопротивление которого Q1 более, чем в два раза, отличается от удельного электрического сопротивления нижнего слоя Q2. Расчет заземляющего устройства начинается с определения сопротивления грунта (сопротивление 1 см 3 грунта). Значения удельных сопротивлений различных грунтов могут быть названы лишь приблизительно, так как зависят не только от вида грунта, но и от его влажности и атмосферных условий. Примерные значения удельного сопротивления некоторых грунтов в естественных условиях приведены ниже:

Вид грунта Удельное сопротивление

p, Ом • м

Песок 400 и более

--PAGE_BREAK--

Супесок 300

Суглинок, 100

Глина 60.

Чернозем 50

Торф 20

Удельное сопротивление земли на глубине нескольких метров от поверхности сильно колеблется, увеличиваясь из-за высыхания к концу сухого лета и промерзания зимой.

Измеренное (табличное) удельное сопротивление грунта следует привести к расчетному значению

/>(3.4.27)

где Q — измеренное (табличное) значение сопротивления грун­та, Ом-м;. k — сезонный коэффициент земли, учитывающий возможное увеличение удельного сопротивления слоя.

Значение k зависит от климатической зоны и равно от 1,5 до 7. Различают три климатические зоны, соответствующие северной, средней и южной полосе европейской части СНГ.

Исходя из условий работы, выбирается конструкция заземлителя (электрода) и определяется сопротивление заземлителя растеканию тока в грунт. Формулы для определения сопротивления заземлителя приведены в табл. 3.4.2.

Если в качестве заземлителя применяется угловая сталь, то в формулу для определения ее сопротивления подставляется приведенный диаметр d==0,95 b, где b—ширина полосы или полки угловой стали.

Количество стержней п заземляющего устройства находим по формуле

/>(3.4.28)

где rо—допускаемое сопротивление заземляющего устройства, принимаемое менее 4 Ом.

Заземлитель из n1 длинных электродов длиной 11 по сравнению с заземлителем из n2 коротких электродов длиной l2при одинаковом их расходе {п1l1==п2l2} обеспечивает более низкое сопротивление из-за меньшего взаимного влияния электродов при меньшем их числе. Для определения сопротивления очага вертикальных заземлителей необходимо знать расположение и расстояние а между ними: a=(1…3)l

Сопротивление вертикальных заземлителей:

/>(3.4.29)

где η — коэффициент использования (экранизации) вертикаль­ных электродов.

Коэффициент η определяют по табл. 3.4.3. с учётом отношения а/1, количества электродов п и условий их размещения.

Стержни объединяются в очаг заземления соединительной полосой (шиной) и располагаются по замкнутому контуру длиной

/>(3.4.30)

При расположении стержней в ряд, длина полосы

/>(3.4.31)

Таблица 3.4.2

Схема

Тип заземлителя

Формулы

/>

Труба, стержень у поверхности земли

Труба, стержень на глубине h'; h= h'+1/2

Протяженный за-землитель (полоса, труба) на глубине А, ширина b

Кольцевой зазем-литель (полоса, труба) на глубине h

Круглая пластина на поверхности зем­ли (диаметр d)

/>

/>

/>

/>

/>

Сопротивление полосы связи

/>(3.4.32)

где h — глубина заложения полосы, м.

В заключение определяется сопротивление растеканию тока заземляющего устройства при данном количестве стержней с учетом полосы связи:

/>(3.4.33)

где η1- коэффициент экранирования (использования) между полосой связи и вертикальными электродами. В табл. 3.4.4. приводятся значения коэффициента η1 с учетом отношения а/1, расположения электродов и их количества.

Таблица 3.4.3.

Количество электродов п

Коэффициент использованияηпри отношении расстояния между электродами к их длине

a/1=1

a/1=2

a/1=3

При размещении электродов в ряд

2

0,84—0,87

0,90—0,92

0,93—0,95

3

    продолжение
--PAGE_BREAK--

0,76—0,80

0,85—0,88

0,90—0,92

5

0,67—0,72

0,79—0,83

0,85—0,88

10

0,56—0,62

0,72—0,77

0,79—0,83

15

0,51—0,56

0,66—0,73

0,75—0,80

20

0,47—0,50

0,65—0,70

0,74—0,79

При размещении электродов по контуру

4

0,66—0,72

0,76—0,80

0,84—0,86

6

0,58—0,65

0,71—0,75

0,78—0,82

10

0,52—0,58

0,66—0,71

0,74—0,78

20

0,44—0,50

0,61—0,66

0,68—0.73

40

0,38—0,44

0,55—0,61

0,64—0,69

60

0,36—0,42

0,52—0,58

0,62—0,67

100

0,33—0,39

0,49—0,55

0,59—0,65

Таблица 3.4.4.

Отношение расстояния между трубами (уголками) к их длине

Коэффициент использования η1 при числе труб (уголков)

4

6

8

10

20

30

50

70

При размещении электродов в ряд,

1

2

3

0,77

0,89

0,92

0,72

0,84

0,88

0,67

0,79

0,85

0,62

0,75

0,82

0,42

0,56

0,68

0,31

0,46

0,58

0,21

0,36

0,49

0,19

0,32

0,42

При размещении электродов по контуру

1

2

3

0,45

0,55

0,70

0,40

0,48

0,64

0,36

0,43

0,60

0,34

0,40

0,56

0,27

0,32

0,45

0,24

0,30

0,41

0,21

0,28

0,37

0,20

0,26

0,35

При отсутствии естественных заземлителей устраивают искусственные, в качестве которых применяют металлические трубы, стержни или угловую сталь, забитые в землю на 0,5—0,8 м ниже уровня земли и приваренные к шине, уложенной на глубине 0,5—0,8 м. Расстояние между вертикально забитыми заземлителями должно быть не менее их длины.

В качестве вертикальных электродов используют стальные трубы, угловую и круглую (прутковую) сталь длиной l=2…10 м. Наименьшие поперечные размеры допускаются у круглых электродов — d=6 мм, толщина полок угловой стали — 4 мм и толщина стенок стальных труб — b=3,5 мм. Такие размеры электродов обусловлены необходимостью надежной работы заземлителя при коррозии и могут быть увеличены из условий доста­точной механической, прочности при погружении их в грунт.

Горизонтальные полосовые заземлители в виде лучей, колец или контуров используются как самостоятельные заземлители или как элементы сложного заземлителя из горизонтальных и вертикальных электродов. Для горизонтальных заземлителей применяется полосовая сталь сечением не менее 48 мм2 и толщиной 4 мм и круглая сталь диаметром не менее 10 мм.

В однородном грунте глубина заложения вертикальных электродов h=0,5...1 м мало влияет на снижение их сопротивления.

Соединение элементов заземляющих устройств осуществляется с помощью сварки, а корпуса машин и аппаратов соединяются с проводниками заземляющих устройств сваркой, надежными болтовыми соединениями. Минимальное поперечное сечение заземляющих голых медных проводов должно быть 4 мм2, алюминиевых — 6 мм2, стальных — 24 мм2. Сечение изолированных медных проводов должно быть не менее 1,5 мм2, алюминиевых — 2,5 мм2.

Заземляющие проводники, расположенные в помещениях, должны быть доступны для осмотра, защищены от коррозии. Каждый заземляемый элемент установки должен быть присое­динен к заземлителю или заземляющей магистрали посредством отдельного ответвления (параллельное заземление). Последовательное включение в заземляющий проводник нескольких заземляемых частей установки запрещается. При приемке в эксплуатацию каждого заземляющего устройства необходимо иметь: паспорт, включающий исполнительные чертежи и схемы заземляющего устройства с указанием расположения подземных коммуникаций; акты на подземные работы по укладке элементов заземляющего устройства; протоколы приемо-сдаточных испытаний заземляющего устройства.

Измерение сопротивления заземляющих устройств производится в первый год эксплуатации, а в дальнейшем — не реже одного раза в три года, для цеховых электроустановок — не реже одного раза в год. Измерение сопротивления заземлителей, удельного сопротивления грунта проводится в периоды наименьшей проводимости (летом, зимой). Срок службы заземлителей — 25-30 лет.