I. Розрахунок захисного заземлення

Основні теоретичні положення. Металеві неструмоведучі частини електрообладнання і електроустановок при порушенні ізоляції між ними і їхніми струмоведучими частинами можуть опинитись під напругою. У таких аварійних умовах дотик до неструмоведучих частин установок рівнозначний дотику до струмоведучих частин. Усунення небезпеки ураження електричним струмом при такому переході напруги на неструмоведучі частини електро­установок у мережах з ізольованою нейтраллю здійснюється за допомогою захисного заземлення (рис. 1)

Рисунок 1 – Принцип дії захисного заземлення

Під захисним заземленням розуміють з'єднання металевих неструмоведучих частин електроустановок з землею через заземлюючі провідники і заземлювачі для створення між цими частинами і землею малого опору. При виникненні замикання на корпус електроспоживача із фаз мережі через заземлюючий пристрій починає протікати струм І₃ (струм замикання на землю), викликаний наявністю опорів ізоляції фаз мережі R_фз і ємностей фаз відносно землі С_фз.

Частина цього струму І_h відгалужується на тіло людини, яка торкається металевих неструмоведучих частин електроустанов­ки. Величина цього струму залежить від величини струму зами­кання на землю I₃, опору розтікання струму в землі заземлюючо­го пристрою R₃, повного опору в колі «людина-земля» R_ch, взаєм­ного розташування електрообладнання, заземлюючого пристрою, яке враховується коефіцієнтом напруги дотику α ≤ 1 і визна­чається за формулою

І_h = І_з*R _з*α / R_ch. (1)

Повний опір у колі «людина-земля» складається із опору людини R_h, опору взуття R_вз і опору розтікання струму від підошви взуття в землю R_пз і визначається за формулою

R_ch = R_h + R_вз + R_пз. (2)

Якщо людина не має спеціального діелектричного взуття і стоїть на струмопровідній підлозі або землі, то можна вважати, що R_вз = 0, R_пз = 0 і R_ch = R_h.

Коефіцієнт напруги дотику α = 0, якщо людина стоїть на заземлюючому провіднику або безпосередньо на поверхні грунту над заземлювачем (електрообладнання і заземлюючий пристрій розташовані на одній площі - сумісне заземлення); і α = 1, якщо людина стоїть за зоною розтікання струму в землі заземлюючого пристрою, тобто на відстані більше 20 метрів від крайнього заземлювача заземлюючого пристрою (електрооблад­нання розташоване за зоною розтікання заземлюючого пристрою - виносне заземлення). При всіх інших рівних умовах величина струму І_h буде мен­шою при меншій величині R₃. За рахунок наявного захисного заземлення струм замикання пере-розподіляється між заземлюючим пристроєм та тілом людини обернено пропорційно їх опорів. Оскільки опір тіла людини у сотні разів перевищує величину опору розтікання струму заземлюючого пристрою, то через тіло людини, що доторкнулася до пошкодженого заземленого обладнання, буде протікати струм, що не перевищує гранично допустимого значення (10 мА), а основна частина струму буде утікати через заземлюючий контур.

На величину опору заземлювачів в основному впливає верхній шар ґрунту на глибині 20-25 м, тому для розрахунків та виконання заземлень необхідно знати його питомий опір. Залежно від складу ґрунту (чорнозем, пісок, глина тощо), розмірів та щільності прилягання частинок ґрунту, вологості та температури, наявності розчинних хімічних речовин питомий опір ґрунтів змінюється у дуже широких межах. Найбільш важливими факторами, що впливають на величину питомого опору грунту є вологість та температура. Протягом року зі зміною атмосферних та кліматичних умов вміст вологи у ґрунті та його температура змінюються, що викликає зміни питомого опору ґрунту. Найбільш суттєві коливання питомого опору грунту спостерігають у верхніх шарах (влітку – висихання, взимку – промерзання).

Розрахункове значення питомого опору грунту ρ_рз визначають за формулою

ρ_рз = ρ_вим*К; (3)

де ρ_вим – виміряний питомий опір грунту, Ом*м.

Величину питомого опору ґрунту визначають шляхом вимірювань у місці влаштування заземлення з урахуванням коефіцієнтів вологості, наведених у таблиці 1:

К_1-1 - якщо виміряна величина опору грунту відповідає мінімальному значенню (грунт вогкий, перед вимірюванням було багато опадів);

К_1-2 - якщо виміряна величина опору грунту відповідає середньому значенню (грунт середньовогкий, перед вимірюванням опади були, але у невеликій кількості);

К_1-3 - якщо виміряна величина опору грунту відповідає максимальному значенню (грунт вогкий, перед вимірюванням було мало опадів).

Таблиця 1

Коефіцієнти вологості для визначення питомого опору ґрунту

У деяких випадках з метою оцінки питомого опору ґрунту можна користуватися середніми величинами питомого опору ґрунту, наведеними у таблиці 2. Проте далі слід перерахувати опір заземлення, виконавши контрольні виміри. Тоді розрахункову величиною питомого опору приймають

ρ_рз = 1,75*ρ_сер; (4)

де ρ_сер – середнє значення, вказане у таблиці 2.

Вихідними даними для розрахунку є:

- допустимий опір розтікання струму в грунті заземлюючого пристрою (вимоги ПУЕ) R_{3 норм}, (табл. 3);

- питомий опір ґрунту в місці спорудження заземлювача (ρ_з = ρ_сер (за даними табл. 2)), Ом*м;

Таблиця 2

Значення питомого опору різних ґрунтів

- тип заземлювача і його конструктивні розміри (труба, кутникова сталь, угвинчувана кругла сталь);

- конструкція заземлюючого пристрою (заземлювачі розташовані в ряд чи по периметру).

Таблиця 3

Допустиме значення опору захисного заземлення в електротехнічних установках

Розрахунок захисного заземлення здійснюється методом коефіцієнтів використання електродів при однорідній структурі ґрунту для розрахунку простих заземлюючих пристроїв; у випадку складної двошарової структури ґрунту та складних заземлювачів застосовують метод наведених потенціалів.

Нижче наведений порядок розрахунку заземлюючих пристроїв в однорідному грунті за методом коефіцієнтів використання електродів.

Мета розрахунку захисного заземлення - визначення кількості електродів заземлення і заземлюючих провідників, їх розміри і схеми розміщення в ґрунті, при яких опір заземлюючого пристрою розтіканню струму або напруга дотику при замиканні фази на заземлені частини електроустановок не перевищує допустимі значення.

Поиск по сайту: