Расчеты по электробезопасности: перенапряжения и заземление

Рейтинг 2
СРС2
Задача1
Грозовой разряд произошел в столб телеграфной линии,
расположенной на расстоянии а, м, от высоковольтной
линии
электропередачи напряжением U, кВ. Высота подвеса проводов h, м, стрела
провеса проводов f, м. Зарегистрированная величина тока I, кА. Требуется
определить:
1. Величину индуктированного напряжения Uи на проводах
высоковольтной ЛЭП.
2. Кратность перенапряжения.
Числовые значения заданных величин указаны в табл. 2.5.
Методические указания к решению задачи 3
При
поражении
молнией
элементов
воздушных
линий
электропередачи
возникающее
перенапряжение
складывается
из
индуктированного напряжения на проводах линии и из потенциала на
пораженном элементе, обусловленного протеканием по нему тока прямого
разряда.
При разряде молнии в землю или в соседний объект на проводах
возникает только индуктированное перенапряжение, величина которого
будет равна:
ℎср
𝑈инд = 𝑘
𝐼
𝑎 𝑚
где hcp – средняя высота подвеса проводов; а – расстояние от места разряда
молнии до линии электропередачи; Iм – ток молнии; k – коэффициент равный
25–30 Ом.
Средняя высота подвеса проводов воздушных линий в пролете
определяется как
2
ℎср = ℎ − 𝑓
3
где h – высота подвеса проводов; f – стрела провеса проводов.
Определяя кратность перенапряжения, следует иметь в виду, что
индуктированное перенапряжение воздействует на изоляцию фазы и его можно
считать одинаковым для всех трех фаз высоковольтной линии.
Задача 2
Расчёт контурного защитного заземления в цехах с электроустановками
напряжением до 1000 В.
вариант
Габаритные размеры цеха, м
Длина
Ширина
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
60
72
66
72
18
72
90
72
66
65
72
93
55
67
70
56
70
90
8
18
24
24
18
24
16
12
18
24
18
25
26
16
16
18
20
24
25
8
Удельное
сопротивление
грунта, Ом*см
12000
10000
13000
15000
18000
21000
24000
27000
30000
33000
36000
39000
42000
45000
27000
24000
18000
15000
10000
20
21
20
65
20
20
12000
21000
1. Выбрать вариант.
2. Рассчитать результирующее сопротивление растеканию тока заземляющего
устройства и сравнить с допустимым сопротивлением.
3. На плане цеха размещают вертикальные заземлители и соединительную
полосу
Общие сведения
Заземление цеха является обязательным требованием для обеспечения
защитных мер электробезопасности и обеспечивается присоединением
электроустановок (шкафов управления, корпусов электродвигателей, станков и
т.п.) к заземляющему устройству (ЗУ), состоящее из заземлителя и заземляющих
проводников. Для заземления оборудования цеха на пром. предприятиях
используются различные виды заземлителей - естественные и искусственные.
Первые представляют собой проложенные непосредственно в земле
металлические трубопроводы и металлоконструкции самого цеха, а вторые —
вертикальные и горизонтальные заземлители (стальные уголки, стержни и
трубы), которые специально применяются для заземления.
В электрических установках с рабочим напряжением до 1000 вольт с
изолированной нейтралью, и всегда, когда рабочее напряжение выше 1000 вольт,
выполняют заземление, смысл которого — снизить ток, могущий протечь через
человека, до ничтожно малой величины. Это достигается заземлением частей
оборудования, причем заземляющее устройство обязано иметь сопротивление
значительно меньшее, чем у организма человека, который обладает в свою
очередь сопротивлением в диапазоне 800 Ом - 100 кОм, что зависит от
множества факторов, физиологических в том числе (состояние здоровья, обувь,
одежда и т.д).
Зануляют или заземляют внешние элементы трансформаторов, двигателей
и генераторов, осветительных приборов, различных аппаратов, а также приводы,
измерительные обмотки токовых трансформаторов, внешние оболочки щитов,
подвижные и съемные элементы конструкций с установленным внутри них
электрическим оборудованием, муфты кабелей и другие кабельные конструкции,
проводящие оплетки как проводов, так и кабелей, проводящие трубы для защиты
электропроводки, каркасы шинопроводов, тросы и т. п. Это касается как
стационарного, так и мобильного электрического оборудования, и то и другое
встречается в промышленности.
Но есть случаи, когда заземление не обязательно. Так, не делают зануления
и не заземляют корпуса оснащенные дополнительной изоляцией, и корпуса тех
электрических потребителей, которые имеют подключение к сети не напрямую,
а через изолирующий трансформатор. Допускается не делать вообще зануление
и не заземлять корпуса, установленные непосредственно на уже зануленных или
заземленных проводящих конструкциях при надежном между ними контакте.
В качестве искусственных заземлителей используют стальные трубы
длиной 1,5…4 м, диаметром 25…50 мм, которые забивают в землю, а также
металлические стержни и полосы. Для достижения требуемого сопротивления
заземлителя, как правило, используют несколько труб (стержней), забитых в
землю и соединённых там металлической (стальной) полосой.
На электрических установках напряжением до 1000В одиночные
заземлители соединяют стальной полосой толщиной не менее 4мм и сечением
не менее 48мм2 . Для уменьшения экранирования рекомендуется одиночные
заземлители располагать на расстоянии не менее 2,5…3 м один от другого.
Контурным защитным заземлением называется система, состоящая из
труб, забиваемых вокруг здания цеха, в котором расположены электроустановки.
Заземление электроустановок необходимо выполнять:
 при напряжении выше 380В переменного и 440В постоянного тока в
помещениях без повышенной опасности, т. е. во всех случаях;
 при номинальном напряжении выше 42В переменного и 110В
постоянного тока в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в
наружных установках;
 при любых напряжениях переменного и постоянного тока во
взрывоопасных помещениях.
Методика расчета
Сопротивление растеканию тока, Ом, через одиночный заземлитель из
труб диаметром 25…50 мм.
𝜌
R 𝑇𝑃 = 0.9 ∙
𝑙 𝑇𝑃
где  - удельное сопротивление грунта, которые выбирают в зависимости от
его вида (суглинок, глина, песок), Омсм; lтр – длина трубы, м.
Затем определяют ориентировочное число вертикальных заземлителей без
учёта коэффициента экранирования:
R 𝑇𝑃
𝑛=
𝑟
где r – допустимое сопротивление заземляющего устройства, Ом. В
соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПЭУ) на электрических
установках напряжением до 1000В допустимое сопротивление заземляющего
устройства равно не более 4 Ом.
Разместив вертикальные заземлители на плане и определив расстояние
между ними, определяют коэффициент экранирования заземлителей по табл. 1.1.
Число вертикальных заземлителей с учётом коэффициента экранирования:
𝑛
𝑛1 =
𝜂 𝑇𝑃
Длина соединительной полосы, м,
𝑙п = 𝑛1 ∙ 𝑎
где a – расстояние между заземлителями, м.
Если расчётная длина соединительной полосы получилась меньше
периметра цеха (задаётся по варианту), то длину соединительной полосы
необходимо принять равной периметру цеха плюс 12…16 м. После этого следует
уточнить значение тр .
𝑎
Если
> 3, принимают тр = 1
𝑙𝑇𝑃
Сопротивление растеканию электрического тока через соединительную
полосу, Ом.
𝜌
𝑅П = 2.1 ∙
𝑙п
Результирующее сопротивление растеканию тока всего заземляющего
устройства, Ом.
R 𝑇𝑃 ∙ 𝑅П
𝑅з =
𝜂п ∙ R 𝑇𝑃 + 𝜂 𝑇𝑃 ∙ 𝑅П ∙ 𝑛1
где n – коэффициент экранирования соединительной полосы (табл. 1.2)
Полученное результирующее сопротивление растеканию тока всего
заземляющего устройства сравнивают с допустимым (не более 4 Ом). На плане
цеха размещают вертикальные заземлители и соединительную полосу.
План заземляющего устройства к примеру: 1- площадь, занятая
оборудованием; 2 – контур заземления; 3 – ограждение цеха или ПС