Файл: Пензенский государственный университет защитное заземление электроустановок методические указания к практической работе 4 по курсу Безопасность жизнедеятельности пенза 2020 2.pdf

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК Методические указания к практической работе № 4 по курсу Безопасность жизнедеятельности ПЕНЗА 2020

2
УДК 621.316 В работе определена область применения и изложен принцип действия защитного заземления. Приведена методика измерения сопротивления заземляющего устройства, а также основы его расчета при проектировании. Методические указания адресованы студентам старших курсов всех специальностей и форм обучения. Ил. 4, табл. 4, библиогр. 3 назв. Составители канд. техн. наук Д. П. Грузин Научный редактор В. И. Симакин, заведующий кафедрой Экология и безопасность жизнедеятельности, канд. техн. наук, доцент Рецензент В. С. Арбузов, профессор, академик МАНЭБ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к практической работе № 4 по курсу Безопасность жизнедеятельности ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК Цель работы – изучить назначение и основы проектирования системы защитного заземления электроустановок.
I. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ В основе защитного действия заземления лежит явление стекания тока в землю при непосредственном соприкосновении проводника стоком и земли, что используется не только для создания коллективных средств защиты человека от поражения электрическим током, но и для обеспечения нормальной работы электроустановок и другого оборудования, где необходимо поддерживать нулевой потенциал. Заземлением называется намеренное электрическое соединение нормально не находящихся под напряжением металлических частей электроустановки непосредственно с землей или ее эквивалентом. Существуют три вида заземления рабочее, физическое и защитное. Рабочим заземлением называется заземление какой-либо точки токоведущих частей электроустановки, необходимое для обеспечения её работы. Физическое заземление применяется в научно-исследовательских лабораториях для заземления корпусов, экранов, цепей физических приборов и установок. Защитным заземлением называется заземление частей электроустановок с целью обеспечения электробезопасности. Заземлителем называется проводник или совокупность электрически соединённых между собой проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землёй. Естественными заземлителями называют находящиеся в соприкосновении с землёй электропроводящие части коммуникаций и сооружений производственного или другого назначения. Заземляющим проводником называется проводник, соединяющий заземляемые части установки с заземлителем. Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников. Замыканием на корпус называется замыкание, возникшее в электрических машинах, аппаратах, приборах, сетях на конструктивные части электроустановок, нормально не находящихся под напряжением. Напряжением прикосновения называется напряжение между двумя точками цепи тока замыкания на землю (на корпус) при одновременном прикосновении к ним человека. Напряжением шага называется напряжение между двумя точками земли, обусловленное растеканием тока замыкания на землю, при одновременном касании их ногами человека.
II. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Классификация помещений по степени опасности поражения людей электрическим током В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) помещения по степени опасности поражения людей электрическим током подразделяются на четыре класса
1. Помещения без повышенной опасности, в которых отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность
2. Помещения с повышенной опасностью, характеризующиеся наличием одного из следующих условий, создающих повышенную опасность
−
сырость или токопроводящая пыль
−
токопроводящие полы (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т.п.);
−
высокая температура (свыше +С более 1 суток
−
возможность одновременного прикосновения человека к металлоконструкциям зданий, имеющим соединение с землей, технологическим аппаратам, механизмами т.п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования (открытым проводящим частям, с другой.
3. Особо опасные помещения, характеризующиеся наличием одного из следующих условий, создающих особую опасность
−
особая сырость
−
химически активная или органическая среда
−
одновременно два или более условий повышенной опасности. Территория открытых электроустановок в отношении опасности поражения людей электрическим током приравнивается к особо опасным помещениям.

В зависимости от класса опасности помещения применяются различные средства защиты от поражения человеком электрическим током. Например, по ГОСТ 12.1.038-82, напряжения прикосновения и токи, протекающие через тело человека при нормальном (неаварийном) режиме электроустановки, не должны превышать 2 В и 0,3 мА при переменном токе частотой Гц. Защиту при косвенном прикосновении (защитное заземление) следует выполнять во всех случаях, если напряжение в электроустановке превышает 50 В переменного и 120 В постоянного тока. В помещениях с повышенной опасностью, особо опасных ив наружных установках выполнение защиты может потребоваться при более низких напряжениях, например, 25 В переменного и 60 В постоянного тока или 12 В переменного и 30 В постоянного тока при наличии требований соответствующих глав ПУЭ. Назначение, принцип действия и область применения защитного заземления. Типы заземляющих устройств Назначение защитного заземления – устранение опасности поражения людей электрическим током при замыкании на корпус. Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжения прикосновения, обусловленного замыканием фазы на корпус. Это достигается уменьшением потенциала заземленного оборудования, а также уменьшением напряжения прикосновения за счёт увеличения потенциала основания, на котором стоит человек, до потенциала, близкого по значению к потенциалу заземлён- ного оборудования. Область применения защитного заземления – трёхфазные трёх- проводные сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью, а выше В с любым режимом нейтрали. Различают два типа заземляющих устройств
−
выносные (или сосредоточенные
−
контурные (или распределительные. Выносное заземляющее устройство характеризуется тем, что заземлители вынесены за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточены на некоторой части этой площадки. Защитное действие выносного заземляющего устройства заключается в снижении потенциала на заземлённом оборудовании из-за перегрузки источника тока и перекоса фаз. Данный тип заземляющего устройства применяется лишь в сетях малой мощности. Преимуществом такого типа заземляющего устройства является возможность выбора места размещения электродов с наименьшим сопротивлением грунта (сырое, глинистое, в низинах и т.д.). Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что его заземлители размещают по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, или распределяют по всей площадке по возможности равномерно. Безопасность при контурном заземлителе обеспечивается увеличением потенциала на защищаемой территории до потенциала фазы. В результате этого напряжение прикосновения уменьшается до безопасных значений. Требования к величине сопротивления заземляющих устройств Согласно ПУЭ в электроустановках напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 4 Ом. При суммарной мощности источников тока до 100 кВ·А, заземляющие устройства могут иметь сопротивление не более 10 Ом. Оборудование, подлежащее защитному заземлению Защитному заземлению в соответствии с ГОСТ 12.1.030-81 подлежат металлические части электроустановок (с изолированной нейтралью, доступные для прикосновения человека и не имеющие других видов защиты, обеспечивающих электробезопасность. Защитное заземление следует выполнять
−
при номинальном напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока - во всех случаях
−
при номинальном напряжении от 42 В до 380 В переменного тока и от 110 В до 440 В постоянного тока при работах в условиях с повышенной опасностью и особо опасных по ГОСТ 12.1.013-78. Во взрывоопасных помещениях заземление выполняется независимо от значения напряжения. Проверка заземляющего устройства осуществляется по окончании монтажа, а затем периодически в процессе эксплуатации устройства не реже одного раза в год в период наименьшей проводимости почвы летом - при наибольшем просыхании, а зимой - при наибольшем промерзании.

7
III. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Расчет заземляющего устройства Расчет заземляющего устройства при проектировании защитного заземления сводится к определению числа вертикальных электродов и определению сопротивления заземляющего устройства, состоящего из рассчитанного числа вертикальных электродов, соединенных металлической полосой и заземляющего проводника. Рис. 3 – Конструкция заземляющего устройства – глубина заложения заземляющего устройства
L – длина электрода А – расстояние между электродами
Определение числа вертикальных электродов Число одиночных необъединенных вертикальных электродов, одинаковых по размерами симметрично расположенных в однородном грунте, рассчитывают методом последовательного приближения по формуле (1): с зд т η
=
⋅ η
(1) где n – число вертикальных электродов R
0
– измеренное сопротивление одиночного вертикального электрода R
зд
– предельно допустимая величина сопротивления заземляющего устройства с – коэффициент сезонности (см. табл. 1 Приложения т – коэффициент экранирования

взаимного влияния) вертикальных электродов. (рис, рис. 2, Приложения. Метод последовательного приближения состоит в том, что напер- вом шаге принимают т и определяют n
1
. По находят соответствующее ему значение т
(рис, рис Приложения) и по формуле (1) определяют новое значение n
2
. По n
2
находят соответствующее значение т и по формуле (1) новое значение n
3
. Так продолжают расчет до тех пор, пока разница между двумя последующими числами электродов будет меньше единицы (те. n
i
- n
i-1
≤
1). Последнее использованное в расчетах значение коэффициента экранирования принимают фактическим η
тф
Полученное число электродов округляют до ближайшего большего их числа до ближайшего большего целого, что является фактическим количеством одиночных электродов. Расчет сопротивления заземляющего устройства Сопротивление не объединенных в один контур вертикальных заземлителей рассчитывают по формуле c
тф
,
o
R
R
n
Σ
⋅ η
=
⋅ η
(2) где R
0
– сопротивление одиночного вертикального заземлителя, Ом
n – число вертикальных электродов (заземлителей с – коэффициент сезонности η
тф
– фактический коэффициент использования вертикальных заземлителей. Длина соединительной полосы l п определяется из выражения п ( 1)
l
A n
=
⋅
−
– при расположении вертикальных электродов по контуру или п n
=
⋅ ⋅
– при расположении вертикальных электродов вряд, где A – расстояние между электродами, м n – число вертикальных электродов. Сопротивление растеканию тока полосы, считая ее единичным горизонтальным заземлителем, рассчитывают по формуле п п
п п h


⋅
ρ
=
⋅ 

π ⋅ ⋅ η
⋅


(3)

где удельное сопротивление грунта, Ом⋅м (табл Приложения п – длина полосы, м п – коэффициент использования полосы рис, рис. 4 Приложения b – ширина полосы, м h – глубина заложения полосы. Сопротивление заземляющего устройства определяют по формуле п
зу зп п R
R
R
R
R
Σ
Σ
⋅
=
+
+
(4) где R
∑
– суммарное сопротивление всех вертикальных заземлителей п – сопротивление соединительной полосы R
зп
– сопротивление заземляющего проводника. Полученное сопротивление заземляющего устройства не должно превышать допустимого значения R
зу
< R
зд
ЗАДАНИЕ
1. Ознакомиться с теоретической частью и методиками измерения заземления и расчета заземляющего устройства.
2. Провести измерение сопротивления одиночного заземлителя для заданного варианта.
3. Используя данные варианта и результат измерения, рассчитать заземляющее устройство для защитного заземления.
4. Оформить отчет.

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ
№
ва
ри
ан
та
Грунт
Со
сто
яние
гру
нт
а
R
0
, Ом, мм, мм
R
З.П.
Ом Расположение
за
зе
мл
ит
ел
ей
∑
Р источника энергии кВ
А
1
Чернозём Сухо 123 2,0 0,8 2 0,04 1,4 По контуру
60 2 Суглинок Влажно 21 2,5 0,8 2 0,05 0,6 Вряд Суглинок Сухо 35 3,0 0,8 9 0,03 1,7 Вряд Песок Сыро 112 2,0 0,8 2 0,04 0,9 По контуру
100 5
Чернозём Влажно 92 2,5 0,8 5 0,05 1,8 По контуру
90 6
Супесок Сухо 134 3,0 0,8 3 0,04 1,2 По контуру
40 7
Супесок Сыро 20 2,0 0,8 6 0,03 0,7 Вряд Песок Влажно 15 2,5 0,8 2,5 0,05 0,8 По контуру
40 9 Песок Сухо 24 3,0 0,8 3 0,04 0,5 По контуру
60 10
Чернозём Сыро 100 3,0 0,8 9 0,12 2,1 Вряд ТАБЛИЦА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
№ варианта Грунт Влажность R
0
η
тф
n
R
∑
п R
зу

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Отчет должен содержать
1. Наименование и цель работы
2. Результаты всех расчетов с комментариями по порядку выбора величин
3. Заполненную таблицу результатов.
4. Общий вывод по работе (оценку правильности расчетов.
5. Ответы на контрольные вопросы. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Виды заземления (по назначению.
2. Что такое заземляющее устройство
3. Что такое напряжение прикосновения и напряжение шага
4. Назначение и область применения защитного заземлителя.
5. Принцип действия защитного заземления с контурным заземляющим устройством.
6. Принцип действия защитного заземления с выносным заземляющим устройством.
7. Нормирование сопротивления заземляющего устройства.
8. Принцип измерения сопротивления заземления.
9. Физический смысл коэффициента экранирования вертикальных заземлителей.
10. Метод последовательного приближения при расчете числа вертикальных электродов. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Охрана труда в электроустановках. Сб. под ред. Князевского
Б.А. М Энергоатомиздат, 1983.
2. Правила устройства электроустановок (ПУЭ) 7-ое издание (утв. приказом Минэнерго РФ от 8 июля 2002 г. N 204).
3. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей (утв. приказом Министерства энергетики РФ от 13 января 2003 г.
N 6).

ПРИЛОЖЕНИЕ т 1,0 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0
2 4
6 8
10 12 14 16 18 20 n
A/L = 2
A/L = 1
A/L = 3
Среднее
Диапазон значений Рис. 1. Значение коэффициента использования вертикальных заземлителей т, расположенных вряд т 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 10 0
20 30 40 50 60 70 80 90 100 n
A/L = 2
A/L = 1
A/L = 3
Среднее
Диапазон значений Рис. 2. Значение коэффициента использования вертикальных заземлителей т, расположенных по контуру
1) A/L = 1; 2) A/L = 2; 3) A/L = 3

п 0,4 0,2 0,1 0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 2
3 4
0.77 0.89 0.92 5
0.74 0.86 0.9 8
0.67 0.79 0.85 10 0.62 0.75 0.82 20 0.42 0.56 0.68 30 0.31 0.46 0.58 50 0.2 0.36 0.49 65 0.2 0.34 0.47 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,3
A/L = 2
A/L = 1
A/L = 3 1
2 Рис. 3. Значение коэффициента использования соединительной полосы п, расположенных вряд ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 2
3 4
0 45 0 55 0.7 6
0 4 0 48 0.64 8
0 36 0 43 0.6 10 0 34 0 4 0.56 20 0 27 0 32 0.45 30 0 24 0 3 0.41 50 0 21 0.28 0.37 70 0 2 0.26 0.35 100 0,19 0.24 п 0
5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 n
0,8 0,6 0,4 0,2 0 1
,
0,3 0,5 0,7
A/L = 2
A/L = 1
A/L = 3 1
2 Рис. 4. Значение коэффициента использования соединительной полосы п, расположенных по контуру
1) A/L = 1; 2) A/L = 2; 3) A/L = 3

Таблица 1 Приближенные значения коэффициентов сезонности – с Тип заземлителей Глубина заложения заземлителям Коэффициент по количеству влаги) Сыро Влажно Сухо Труба, угловая сталь, металлические стержни длиной м (вертикальные заземлители) Вертикальный конец заземлителя расположен на глубине 0,8 мот поверхности грунта с 1,5 1,4 Полоса, круглая проволока и т.п. протяженные (горизонтальные) заземлители мм с 3,0 5,0 2,0 4,5 1,6 Таблица 2 Значение удельного сопротивления различных грунтов Вид грунта
ρ
, Ом⋅м Песок
7⋅10 2
Супесок
3⋅10 Суглинок
1⋅10 Глина
0,4⋅10 Чернозем
2⋅10 2

15

16