Розрахунок захисного заземлення

Захисне заземлення застосовують у мережах з напругою до 1000 В з ізольованою нейтралю та в мережах напругою вище 1000 В з будь-яким режимом нейтралі джерела живлення.

Захисне заземлення — це навмисне електричне з'єднання із землею або з її еквівалентом металевих нормально не струмопровідних частин, які можуть опинитися під напругою. Призначення захисного заземлення полягає в тому, щоб у випадку появи напруги на металевих конструктивних частинах електроустаткування (наприклад, внаслідок замикання на корпус при пошкодженні ізоляції) забезпечити захист людини від ураження електричним струмом при її доторканні до таких частин. Це досягається шляхом зниження до безпечних значень напруг дотику та кроку.

Заземлювальним пристроєм називають сукупність конструктивно об'єднаних заземлювальних провідників та заземлювача. Заземлювач — провідник або сукупність електричко з'єднаних провідників, які перебувають у контакті із землею, або її еквівалентом. Заземлювачі бувають природні та штучні. Як природні заземлювачі використовують електропровідні частини будівельних і виробничих конструкцій, а також комунікацій, які мають надійний контакт із землею (водогінні та каналізаційні трубопроводи, фундаменти будівель і т. п.). Для шт учних заземлювачів використовують сталеві труби діаметром 35—50 мм (товщина стінок не менше 3,5 мм) та кутники (40x40 та 60x60 мм) довжиною 2,5—3,0 м, а також сталеві прути діаметром не менше ніж 10 мм та довжиною до 10 м. В більшості випадків штучні вертикальні заземлювачі знаходяться у землі на глибині h = 0,5—0,8 м. Вертикальні заземлювачі з'єднують між собою штабою з поперечним перерізом не менше ніж 4x12 мм або прутком з діаметром не менше ніж 6 мм за допомогою зварювання. Приєднання заземлювального провідника до корпуса устаткування здійснюється зваркою або болтами. Об'єкти, що підлягають заземленню приєднуються до магістралі заземлення виключно паралельно за допомогою окремого провідника.

Залежно від розташування заземлювачів стосовно устаткування, що підлягає заземленню, розрізняють виносне (зосереджене) та контурне (розподілене) заземлення. Перевага виносного заземлення полягає в тому, що можна вибрати місце розташування заземлювачів з найменшим опором ґрунту (землі). Заземлювачі контурного заземлення розташовують безпосередньо біля периметра (контура) дільники, на якій знаходиться заземлюване устаткування. Це дозволяє вирівняти потенціали всередині контура, а відтак — знизити напругу дотику та кроку. Тому більш ефективним з точки зору електробезпеки є контурне заземлення.

Опір захисного заземлення в електроустановках напругою до 1000В і потужністю понад 100 кВА не повинен перевищувати 4 Ом. Ця норма обумовлена величиною напруги, яка виникає між корпусом заземленого устаткування та землею у випадку пробою ізоляції, при якій струм, що проходить через людину, якщо вона д отор­кається до устаткування, є безпечним. Такою напругою замикання U₃ прийнято вважати напру­гу до 42 В, а оскільки найбільший можливий струм замикання на землю в електроустановках до 1000 В становить 10 А, то максимально допустимий опір заземлення дорівнює:

Відповідно до Правил улаштування електроустановок (ПУЕ) захисне заземлення належить виконувати: при напрузі змінного струму 380 В і вище та 440 В і вище для постійного струму — у всіх електроустановках; при номінальних напругах змінного струму вище 42 В та постійного струму вище 110 В — лише в електроустановках, що знаходяться в приміщеннях з підвищеною небезпекою, особливо небезпечних, а також у зовнішніх електроустановках; при будь-якій напрузі змінного та постійного струму — у вибухонебезпечних установках.

В процесі експлуатації електроустановок можливе порушення цілісності заземлювальних провідників та підвищення опору заземлення вище норми. Тому ПУЕ передбачено проведення візуального контролю (огляду) цілісності заземлювальних провідників та вимірювання опору заземлення. Такі вимірювання проводять, як правило, при найменшій провідності ґрунту: літом — при найбільшому висиханні чи зимою — при найбільшому промерзанні ґрунту. Вимірювання опору заземлення належить проводити після монтажу електроустановки, після її ремонту чи реконструкції, а також не рідше одного разу на рік.

Захисне занулення застосовується в чотирьох провідних мережах напругою до 1000 В з глухозаземленою нейтралю. Відповідно до ПУЕ, занулення корпусів електроустаткування використовується в тих випадках, що й захисне заземлення.

Занулення — це навмисне електричне з'єднання з нульовим захисним провідником металевих нормально не струмопровідних частин, які можуть опинитись під напругою.

Нульовий захисний провідник — це провідник, який з'єднує частини, що підлягають зануленню, з глухозаземленою нейтральною точкою обмотки джерела струму або її еквівалентом.

При зануленні у випадку замикання мережі на корпус електро­установки виникає однофазне коротке замикання, тобто замикання між фазним та нульовим провідниками. Внаслідок цього електроустановка автоматично вимикається апаратом захисту від струмів короткого замикання (перегорають плавкі запобіж­ники чи спрацьовують автоматичні вимикачі). Таким чином забезпечується захист людей від ураження електричним струмом.

Для зменшення небезпеки ураження струмом, яка виникає внаслідок обриву нульового провідника, влаштовують (багатократно) додаткове заземлення нульового провідника.

Для того, щоб відбулося швидке та надійне вимкнення, необхідно, щоб струм короткого замикання І_кз перевищував струм захисного апарата І_ап:

І_кз˃І_ап,

де k — коефіцієнт кратності струму короткого замикання відносно струму захис­ного апарата (k = 1,5 — для автоматичних вимикачів; k = 3,0 — для плавких запобіжників).

Отже, при зануленні виключно важливе значення має правильний вибір запобіжника автоматичних вимикачів відповідно до величини струму короткого замикання петлі фаза-нуль. При неправильному виборі плавкого запобіжника чи автоматичного вимикача, коли I_кз < 3I_aв чи I_кз< 1,5I_aв, може не відбутися вимкнення

Слід зазначити, що одночасне заземлення та занулення корпусів електроустановок значно підвищує їх електробезпеку.

Для виконання захисного заземлення приймаємо опір заземлюючого пристрою не більше 4 Ом. Величина питомого опору ґрунту ρ (Ом · м) у місці спорудження ПЗ для суглинку ρ=100Ом•м. Коефіцієнти вертикальної прокладки К_в=1,3 і горизонтальної прокладки К_г=2,5.

Розрахункові питомі опори ґрунту для вертикальних і го­ризонтальних заземлювачів визначаються відповідно так:

(4,16)

(4,17)

Визначається опір розтікання одного вертикального елек­трода діаметром d = 18 мм і довжиною l_в = 5 м при зануренні на глибину t_в = 5,7 м

(4,18)

Визначається опір розтікання горизонтального заземлю­вача зі сталевої смуги шириною b і висотою h при кількості вертикальних електродів п=60 за формулою:

(4,19)

При кількості вертикальних за­землювачів у контурі п =60 шт. і при визначено­му відношенні а/l_в =1 вибирається коефіцієнт використання горизонтальної смуги η_г =0,2, та коефіцієнт використання вертикальних електродів η_в =0,39. Визначаємо опір групового заземлювача за формулою:

(4,20)

Опір розрахованого групового заземлювача нас цілком задовольняє. Остаточно приймаємо кількість вертикальних електродів 60 штук.

Схема розміщення заземлювачів показана на рисунку 4.2

Рисунок 4.2 – Розміщення електродів заземлення

Розрахунок грозозахисту

Блискавка являє собою електричний розряд в повітрі довжиною в декілька кілометрів. Цей розряд відбувається між хмарами, всередині хмари або між хмарою і землею чи наземною спорудою. Починається процес розвитку блискавки з утворення і ступеневого просування іскрового розряду - лідера. Довжина ступені лідера 20-100 м, паузи між ступенями 50-100 мкс. Коли головка лідера досягає землі, від землі до хмари по іонізованому каналу відбувається головний розряд. Струм цього розряду може досягати 100 кА і більше. При одному ударі блискавки часто спостерігається декілька (до 20) розрядів з паузами 0,01-0,05с. Повторні розряди можна спостерігати - блискавка “миготить”.

Вплив блискавки на техно- і біосфери прийнято поділяти на дві основні групи: первинні, що викликані прямими попаданнями блискавки, і вторинні, індуковані близькими її розрядами або занесені в об'єкт повздовжніми металевими комунікаціями. Небезпека прямого попадання і вторинних впливів для приміщень і споруд, а також людей і тварин, що знаходяться в них визначається, з одного бо ку, параметрами розряду блискавки, з другого - технологічними і конструктивними характеристиками об’єкта (наявність вибухо-, або пожежонебезпечних зон, вогнестійкістю будівельних конструкцій, а також розташуванням і розмірами повздовжніх комунікацій, що підводяться до будинків і споруд, їх розводкою всередині об’єкта і т.п.).

Прямий удар блискавки викликає наступні впливи на об'єкт:

- електричні, що пов'язані з ураженням людей і тварин електричним струмом і виникненням перенапруг на елементах, які уражені блискавкою і по яких її струм відводиться в землю. При відсутності грозозахисту шляхи розтікання струму блискавки неконтрольовані і її удар може створити небезпеку ураження струмом, небезпечні напруги кроку і дотику, перекриття на інші об'єкти;

- термічні, що спричиняються різким виділенням теплоти на шляхах протікання струму через уражений об’єкт. Енергія, що виділяється в каналі блискавки, визначається зарядом який переноситься, тривалістю спалаху і амплітудою струму блискавки; в 95% випадків розрядів блискавки ця енергія (в розрахунку на опір 1 Ом) перевищує 5,5 Дж, вона на два-три порядки перевищує мінімальну енергію спалаху більшості газо-, паро- і пилоповітряних сумішей, які використовуються в промисловості. Отже, в таких середовищах контакт з каналом блискавки завжди створює небезпеку загоряння або вибуху; то саме відноситься до випадків проплавлення каналом блискавки корпусів вибухонебезпечних зовнішніх установок. При протіканні струму блискавки по тонких провідниках утворюється небезпека їх розтоплення і розриву;

- механічні, зумовлені ударною хвилею, що розповсюджується від каналу блискавки, і електродинамічними силами, які діють на провідники зі струмами блискавки. Контакт з каналом блискавки може спричинити різке паро- або газоутворення в деяких матеріалах з наступним їх механічним руйнуванням. Дерев’яні конструкції можуть бути повністю зруйновані, а цегляні труби та інші наземні споруди з каміння або цегли можуть мати значні пошкодження. При ударах блискавки в залізобетонні опори трапляються випадки сколу бетону. Відомі факти, коли після удару блискавки в залізобетонні плити утворювались отвори і була деформована сталева арматура. Значна енергія, що виділяється в каналі розряду, може спричинити руйнування, які призведуть або до зниження механічної міцності бетону, або до деформації конструкції. Електродинамічні сили можуть, наприклад, призвести до сплющення тонких металевих трубок.

До вторинних проявів блискавки відносять явища, що виникають поблизу розряду блискавки і викликані дією електромагнітного поля, що індукується навколо каналу блискавки. Прийнято таке поле поділяти на дві складові: електромагнітну і електростатичну, а відповідні дії - електромагнітну і електростатичну індукцію.

Електромагнітна індукція пов'язана з утворенням в металевих контурах ЕРС, що пропорційна крутизні струму блискавки і площі, що охоплюється контуром. Повздовжні комунікації в сучасних виробничих будинках можуть утворювати контури, що охоплюють великі площі, і наведені ЕРС в них можуть сягати десятків кіловольт. Електростатична індукція проявляється у вигляді перенапруг, які утворюються на металевих конструкціях об'єкта а їх величина залежить від струму блискавки, віддалі від місця удару і опору заземлювача. При відсутності необхідного заземлювача перенапруги можуть досягати сотень кіловольт і утворювати небезпеку ураження людей і перекриттів між різними частинами об'єкта.

Ще одним видом небезпечного впливу блискавки є занос високого потенціалу по комунікаціях, які заходять в приміщення (дроти повітряних ліній електропередачі, кабелі, трубопроводи). Він являє собою перенапругу, яка утворюється на комунікації при прямих або наближених попаданнях блискавки яка розповсюджуються у вигляді хвилі, що набігає на об'єкт. Небезпека створюється за рахунок можливих перекриттів з комунікацій на заземлені частини об'єкту. Підземні комунікації також представляють небезпеку, тому що вони можуть сприйняти на себе частину струму блискавки, що розміщається в землі і занести її на об'єкт.

Грозозахист - це комплекс заходів, спрямованих на запобігання прямого удару блискавки в об’єкт або на усунення небезпечних наслідків, пов’язаних з прямим ударом; до такого комплексу відносяться також засоби захисту, що оберігають об’єкт від вторинних впливів блискавки і заносу високого потенціалу.

Громовідвід - пристрій, що сприймає удар блискавки і відводить його струм в землю.

Громовідводи складаються з опори; громоприймача, який безпосередньо сприймає удар блискавки; струмовідводу, по якому струм блискавки передається в землю; заземлювача, як ий забезпечує розтікання струму блискавки в землі.

Захисна дія громовідводу ґрунтується на явищі вибіркового ураження блискавкою високих об’єктів. Висота над поверхнею землі, при якій лідер починає орієнтуватись за напрямком до найбільш високого наземного об’єкту, називається висотою орієнтування блискавки.

Зона захисту громовідводу - простір, всередині якого будинок або споруда захищена вiд прямих ударів блискавки з надійністю не менше визначеного значення. Зона захисту типу А має ступінь надiйностi 99,5% i вище, а типу Б - 95%.

Грозозахист об’єктів може здійснюватись одним або декількома громовідводами. Вразі використання декількох, за рахунок їхньої взаємодії, утворюється спільна зона захисту. Громовідводи можуть виконуватись як окремо стоячі конструкції, або встановлюватись на будівлях чи спорудах.

Верхня межа зони захисту представляє собою дугу радіусом R, яка з’єднує вершини громовідводів і точку, розташовану на перпендикулярі, що йде з середини відстані між громовідводів на висоті h₀.

Рисунок 4.3 – Схема грозозахисту

Величина h₀, в метрах, вираховується по формулі:

(4,21)

В тих випадках, коли величини h₀ и L відомі, оптималь ну висоту громовідводів, знаходять по формулі:

(4,22)

ВИСНОВОК

В ході роботи над даним розділом було розраховано та вибрано силові трансформатори, конденсаторні установки для компенсації реактивної потужності. Розраховані перерізи кабелів живлення, обрані апарати захисту. Також було розраховано захисне заземлення та розрахована система грозозахисту.

Результат проведенних розрахунків цілком задовольняє вимоги ПУЕ, ПТЕ і СНіП.

Для простоти й зручності перевірки та вивчення даного розділу дипломної роботи всі ключові параметри були представлені у зведених таблицях.

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: