Описание или расчет защитного заземления

 

Защитные заземления предотвращают возможность попадания человека под напряжение (поражение током), что возможно в случае повреждения изоляции электрического оборудования или соприкосновения с оборванными проводами. Эти заземления - одно из важнейших средств обеспечения безопасности людей, которые при проведении работ могут случайно оказаться в опасной зоне.

Защитному заземлению подлежат все металлические наружные части и каркасы электротехнического оборудования, расположенного на территории подстанций, опоры контактной сети, металлические сооружения на железнодорожных линиях (например, мосты, путепроводы, светофоры).

В нормальных условиях работы доступные людям части этих устройств под напряжением не находятся. В случае нарушения изоляции электротехнического устройства внешние металлические части его оказываются под напряжением источника питания. При отсутствии защитного заземления может произойти поражение током человека, попавшего под напряжение в момент прикосновения к поврежденной установке - так называемое напряжение прикосновения. Поражение током может произойти и в случае передвижения вблизи опасной зоны: на человека действует так называемое шаговое напряжение.

Когда напряжение попадает на наружные металлические части установки, по ним проходит ток, стекающий далее в землю. Площадь сечения массива земли, по которому идет ток, быстро увеличивается по мере удаления от места повреждения, а плотность тока резко падает.

Защитное заземление позволяет снизить до безопасного значения шаговое напряжение и напряжение прикосновения. При этом нормируется напряжение прикосновения, приложенное между рукой и ногами человека. Его допустимое значение существенно меньше, так как в этом случае ток протекает через область сердца.

На человека, коснувшегося незаземленной поврежденной установки, действует напряжение. В случае прикосновения к заземленному оборудованию это напряжение значительно меньше, поскольку установка находится под напряжением. Значение из тем меньше, чем меньше сопротивление устройства заземления.

Устройства заземления, или заземлители, служат для создания надежного пути тока с металлических наружных частей оборудования на землю в случае попадания их под напряжение. Главной частью заземляющего устройства является искусственный заземлитель, выполненный из проводника, обычно стального. По возможности используют и естественные заземлители - рельсы, водопроводные и металлические коммуникации и т.д.

Устройства заземления различаются в зависимости от объекта защиты (подстанции или сооружения на железнодорожных линиях), а также от рода тока - постоянный или переменный.

В качестве заземлителей на подстанциях переменного тока используют: искусственный заземлитель, называемый иначе контуром заземления подстанции, охватывающий практически всю территорию тяговой подстанции; рельсы подъездных либо главных путей станции или перегона, проходящие вблизи нее; другие металлические коммуникации.

Контур заземления подстанции выполняют в виде сетки из стальных полос или круглой стали и размещают недалеко от поверхности земли. При больших удельных сопротивлениях земли (песок) сетку дополняют специальными вертикальными элементами в виде труб или уголков длиной 3-5 м, привариваемых к ней по периметру. Если же и при этом не обеспечивается нормируемое значение напряжения прикосновения, сооружают выносные заземлители в виде вводимых глубоко в землю труб или же применяют на подстанции плохо проводящие искусственные покрытия (щебень, галька). Присоединения заземляющих проводников к оборудованию выполняются видимыми, преимущественно сварными или болтовыми. Каждый заземляющий элемент присоединяют к контуру заземления подстанции отдельным проводом.

Защитное заземление подстанции переменного тока одновременно является и рабочим, т.е. используется при нормальной эксплуатации оборудования. Примером рабочего заземления является преднамеренное соединение с землей нейтралей трансформаторов, что позволяет снизить уровень сопротивления изоляции силовых трансформаторов и сделать их более дешевыми. Заземления тяговых подстанций постоянного тока выполняют аналогично с той лишь разницей, что заземляющее устройство не используется в качестве рабочего, так как в этом случае ток, стекающий с контура заземления подстанций, будет вызывать его интенсивную коррозию. Аварийное подсоединение контура осуществляется в момент короткого замыкания в цепях 3 кВ выпрямленного тока через специальное реле земляной защиты.

Оборудование, расположенное в закрытой части подстанции постоянного тока, заземляют на два отдельных контура - переменного и постоянного тока. Эти контуры соединены с контуром заземления открытой территории подстанции.

Расчет защитного заземления.

Дано:

 

А × В = 48 × 30 м. Uлеп. = 220 кВ.

Lлэп. - кл. = 10/20 км. Uном. = 0,4 кВ.

ρ = 300 Ом·м t = 0,7 м.

 

Климатический район - I

Вертикальный электрод - круглая сталь d = 12, Lв. = 5

Горизонтальный электрод - полоса (40×4)

Вид ЗУ - контурное

Нормируемое сопротивление заземление электроустановки

по ПУЭ = 0,5 Ом.

Требуется определить:

а) количество вертикальных и длину горизонтальных заземлителей.

б) показать размещение ЗУ на плане.

в) определить фактическое значение сопротивления ЗУ.

Решение:

1. Определяется расчетное сопротивление одного вертикального электрода.

 

r в. = 0,3 × ρ × Ксез. в. = 0,3 × 300 × 1.9 = 171Ом.

 

По таблице 1.13.2 В.П. Шеховцов стр.90.

"Расчет и проектирование схем электроснабжения".

 

Ксез. в. = F (верт., I) = 1,9

 

2. Определяется предельное сопротивление совмещенного ЗУ.

 

Rзу.1 ≤  =  (для Лэп ВН)

Iз =

 

Требуемое по НН Rзу2. ≤ 4 Ом на НН.

Принимается Rзу.2. = 4 Ом (наименьшее из двух)

Но так как ρ > 100 Ом·м, то для расчета принимается

 

Rзу. ≤ 4×

 

3. Определяется количество вертикальных электродов:

без учета экранирования (расчетное)

 

 Принимается N′в. р. =14

 

с учетом экранирования

 

Nв. р. =  

 

Принимается Nв = 20

По таблице 1.13.5 В.П. Шеховцов стр.90.

"Расчет и проектирование схем электроснабжения".

ηв. = F (тип ЗУ, вид заземления, , Nв) = 0,69

4. Размещается ЗУ на рисунок 1. и уточняются расстояния, наносятся на план.

 

Рисунок 1.

 

Так как контурное ЗУ закладывается на расстоянии не менее одного метра, то длина по периметру закладки равна:

 

Lн. = (А + 2) ×2 + (В +2) × 2 = (48 + 2) × 2 + (30 + 2) × 2 =164 м.

 

Тогда расстояние между электродами уточняется с учетом формы объекта. По углам устанавливается по одному вертикальному электроду,

а остальные устанавливаются между ними.

Для равномерного распределения электродов окончательно принимается

Nв = 20, тогда

 

;

 

где, расстояние между электродами по ширине объекта в м.

 расстояние между электродами по длине объекта в м.

n - количество электродов по ширине объекта.

n - количество электродов по длине объекта.

Для уточнения принимается среднее значение:

 

 

По таблице 1.13.5 В. П Шеховцов стр.90. "Расчет и проектирование схем электроснабжения".

Уточняются коэффициенты использования:

 

η  = 0,71 η = 0,45

 

5. Определяются уточненные значения сопротивлений вертикальных электродов и горизонтальных электродов.

 

 

По таблице 1.13.2 В. П Шеховцов стр.90. "Расчет и проектирование схем электроснабжения".

 

Ксез. г. = F (I) = 5,8,

 

6. Определяется фактическое сопротивление ЗУ.

 

.

 

Rзу. ф. (9,9 Ом) < Rзу (12 Ом).

Следовательно, ЗУ эффективно.

Ответ:

Nв = 20 α  = 8,3 м. α = 8 м.

Ln = 164 м. полоса 40 × 4 Rзу = 9, 9 О

L в = 5 м. круглая сталь d = 12

Литература

 

1. В.П. Шеховцов "Расчет и проектирование схем электроснабжения".

2. А.А. Федоров "Справочник по электроснабжению и электрооборудованию".

3. Учебное пособие "Электрическая часть электростанций и подстанций" Б.И. Неклепаев., И.П. Крючков.

4. Л.Л. Коновалова, Л.Д. Рожкова "Электроснабжение промышленных предприятий и установок".

5. Г.Н. Ополева "Схемы и подстанции электроснабжения"