Расчет защитного заземления

6.2 Расчет защитного заземления

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением /9/.

Корпуса электрических машин и другие нетоковедущие части могут оказаться под напряжением при замыкании их токоведущих частей на корпус. Если корпус при этом не имеет контакта с землей, прикосновение к нему также опасно, как и прикосновение к фазе. Если же корпус заземлен, он окажется под напряжением (U_з, В), равным:

U₃ = I₃ R_3,  (6.1)

где U₃ -напряжение заземления, В;

I₃ -ток, стекающий в заземление, А;

R₃-сопротивление стекающего тока, Ом.

Человек, касающийся этого, корпуса попадает под напряжение прикосновения (U_пр, В), равным:

U_пр = U₃ ₁ _2,  (6.2)

где U_пр – напряжение прикосновения, В;

₁ – коэффициент напряжения прикосновения;

₂ – коэффициент напряжения.

Выражение показывает, что чем меньше R₃ и _1, тем меньше ток через человека, стоящего на земле и касающегося корпуса оборудования, который находится под напряжением. Таким образом, безопасность обеспечивается путем заземления корпуса заземлителем, имеющем малое сопротивление заземления R₃ и малый коэффициент напряжения прикосновения ₁.

Защитное заземление может быть эффективно только в том случае, если ток замыкания на землю не увеличивается уменьшением сопротивления заземления. Это возможно в сетях с изолированной нейтрально, где при глухом замыкании на землю или на заземленный корпус ток не зависит от проводимости (или сопротивления) заземления.

Чтобы уменьшить шаговые напряжения за пределами контура, в грунт закладывают специальные шины.

Расчетный ток замыкания на землю – наибольший возможный в данной электроустановке ток замыкания на землю.

В сетях напряжением до 1000 В ток однофазного замыкания на землю не превышает 10 А, так как даже при самом плохом состоянии изоляции и значительной емкости сопротивления фазы относительно земли не бывает менее 100 Ом (Z100 Ом). Отсюда ток замыкания на землю, I_h, А, в сети напряжением 380 В равен:

. (6.3)

В «Правилах безопасной эксплуатации электроустановок» нормируются сопротивления заземления в зависимости от напряжения электроустановки.

В электроустановках напряжением до 1000 В сопротивление заземления должно быть не выше 4 Ом.

Цель расчета заземления – определить число и длину вертикальных элементов, длину горизонтальных элементов (соединительных шин) и разместить заземлители на плане электроустановки, исходя из регламентированных Правилами значений допустимых сопротивлений заземления, напряжения прикосновения и шага, максимального потенциала заземлителя или всех указанных величин.

Расчет простых заземлителей производится в следующем порядке:

– определяется расчетный ток замыкания на землю, принимаем I_h=11,4 A, что обосновано выше;

– определяется расчетное удельное сопротивление грунта с учетом климатического коэффициента

 _расч= _изм,  (6.4)

где  _изм = 110² – удельное сопротивление грунта (для суглинков);

 = 1,8 – климатический коэффициент (при влажности 10–12%).

 _расч = 110²1,8 = 180 Омм;

– сопротивление естественных заземлителей R_e=5,7 Ом;

– определяется сопротивление искусственного заземлителя, если считать, что искусственные и естественные заземлители соединены параллельно и общее их сопротивление не должно превышать норму R₃, Ом:

, (6.5)

Так как к заземляющему устройству присоединяется корпус оборудования напряжением до 1000 В, сопротивление заземляющего устройства должно удовлетворять двум условиям:  и R₃  4 Ом. По первому условию

, принимаем R₃ = 4 Ом как наименьшую.

.

– сопротивление одиночного вертикального заземлителя R_ст.од, Ом, рассчитывается по формуле:

, (6.6)

где d = 0,035 м – эквивалентный диаметр стержней;

l = 2,5 м  длина стержня;

Н = 2,25 м – глубина заложения от середины заземлителя до поверхности грунта;

 = 57,3.

– предварительно разместив заземлители на плане, определим число вертикальных заземлителей и расстояния между ними, по этим данным определяем коэффициент использования вертикальных стержней _ст.

Длина соединительной полосы (шины) равна периметру прямоугольника 31 м^2, т.е. 8 м. Вертикальные стержни размещаются по углам прямоугольника, всего 4 стержня, _ст = 0,66.

Сопротивление соединительных полос R_n, Ом, с учетом коэффициента использования полосы _n = 0,45, рассчитывается по формуле:

, (6.7)

где l = 8 м – длина шины;

b = 0,1 м – ширина шины;

H = 1 м – глубина заложения;

 = 25,61 Ом

– требуемое сопротивление растеканию вертикальных стержней, R_cm, Ом, рассчитывается по формуле:

, (6.8)

.

– окончательно определяется число n, шт., вертикальных стержней:

, (6.9)

= 3,08  3.

Проведенные расчеты показали, что 4 штуки вертикальных стержней обеспечивают надежное заземление и предупреждение несчастного случая на участке.