Міністерство освіти і науки, молоді та спорту
Національний університет
“Львівська політехніка”
/
Розрахункова робота
РОЗРАХУНОК ЗАХИСНОГО ЗАЗЕМЛЕННЯ
З ДИСЦИПЛІНИ “Проектування систем захисту інформації”
План
1.Загальні теоретичні відомості
2.Розрахункова частина
3.Захист заземлення
Висновок
1.Загальні теоретичні відомості
Захисне заземлення – навмисне електричне з’єднання із “землею” або її еквівалентом металевих струмопровідних неструмоведучих частин електроустановок, які можуть виявитися під напругою в результаті пошкодження ізоляції.
У відповідності з вимогами ГОСТ 12.1.080-81 ССБТ “Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление” захисне заземлення переважно застосовується в трифазних мережах з напругою до 1000 В з ізольованою нейтраллю та мережах з напругою понад 1000 В з будь-яким режимом нейтралі.
Основними елементами заземлювального пристрою є заземлювачі, які можуть бути природними і штучними. Як природні заземлювачі можуть бути використані металеві та залізобетонні частини комунікацій і будівельних споруд, які знаходяться в землі. В якості штучних заземлювачів застосовуються вертикальні та горизонтальні електроди. Як вертикальні електроди використовують стальні стрижні діаметром 10 – 16 мм та довжиною 5 –10 м, кутову сталь розміром від 40 x 40 до 63 х 63 мм, а також стальні труби діаметром 50 – 60 мм довжиною 2,5 – 3 м. Вертикальні електроди з’єднують стальною штабою шириною 20 x 40 мм та товщиною 4 мм або круглим дротом діаметром 10 – 12 мм.
Для заземлення електроустановок, які живляться від мережі з ізольованою нейтраллю, використовують комбіновані групові заземлювачі, які складаються з вертикальних електродів, розміщених за планом у ряд або по контуру, з’єднаних горизонтальним електродом.
Для заземлення електроустановок з напругою понад 1000 В мережі із заземленою нейтраллю використовують розподільний заземлювач, який виконують у вигляді сітки, що складається зі з’єднаних один з одним горизонтальних електродів, розміщених на глибині 0,5 – 0,7 м у межах території, зайнятої заземленим обладнанням.
2.Розрахункова частина
Вихідні дані для розрахунку захисного заземлення
Напруга електро-мережі U, В
Потужність
трансфор-матора
Струм
замикання
на землю Із, А
Тип
грунту
Глибина закла-дання h, м
Довжина електроду
, м
Діаметр електроду
d, м
Відстань між електро-дами
a, м
220
600
–
Пісок
0,6
3,5
0,013
4,0
Мета розрахунку – визначення основних конструктивних параметрів заземлення (кількість, розміри, порядок розміщення вертикальних стрижнів та довжини з’єднувальної смуги), при яких опір розтіканню струму не буде більшим нормованого значення.
Розрахунок виконується методом коефіцієнтів використання у такій послідовності:
1. З’ясувати вихідні дані:
– характеристика електроустановки (тип, напруга, потужність, засоби заземлення, розміщення обладнання тощо);
– форма та розмір стрижнів, з яких потрібно виготовити заземлюючий пристрій, глибина закладання їх у землю.
2. Визначити розрахунковий струм замикання на землю та відповідне йому нормоване значення опору розтіканню струму захисного заземлення
Розрахунковий струм замикання – це найбільш можливий для даної електроустановки струм замикання на землю.
Для електроустановок з напругою до 1000 В . В електроустановках напругою понад 1000 В визначається за формулою:
де – лінійна напруга мережі, кВ; – довжина кабельних та повітряних ліній відповідно, км.
Відповідні нормативні значення опору розтіканню струму заземлювального пристрою (ЗП) вибираються з таблиці 1.
Табл. 1
Допустиме значення опору заземлювального пристрою в електроустановках
Характеристика електроустановок
Найбільш допустиме значення ,
Ом
Для електроустановок з напругою понад 1000 В та розрахунковим струмом замикання на землю Із ( 500 А
Для електроустановок з напругою понад 1000 В та розрахунковим струмом замикання на землю Із ˂ 500 А
За умови, що заземлювальний пристрій є загальним для установок напругою до і понад 1000 В та розрахунковим струмом замикання на землю Із ˂ 500 А
Для електроустановок з напругою до 1000 В при потужності трасформатора
Для електроустановок з напругою до 1000 В при потужності трасформатора
Визначити потрібний опір штучного заземлювача , Ом. При використанні природних заземлювачів визначається за формулою:
де – опір розтіканню струму природних заземлювачів, Ом; – нормативні значення опору ЗП, Ом (табл. 1).
За умови відсутності природних заземлювачів
1.Розрахунковий питомий опір піску дорівнює:
де – питомий опір землі, визначений в результаті вимірювань, Ом ∙ м (вибирається залежно від типу грунту за табл. 2); – коефіцієнт сезонності, який враховує замерзання та висихання грунту (вибирається з табл. 3).
Табл. 2
Наближені значення питомих опорів землі залежно від типу грунту
Грунт
Питомий опір, Ом ∙ м
Грунт
Питомий опір, Ом ∙ м
можливі граничні коливання
за вологості
10 – 20% до маси грунту
можливі граничні коливання
за вологості
10 – 20% до маси грунту
Пісок
400 – 700
700
Глина
8 – 70
40
Супісок
150 – 300
300
Суглинок
40 – 150
100
Пливун
100 - 300
250
Чорнозем
9 – 53
20
Садова земля
30 – 60
40
Торф
10 – 30
20
Табл. 3
Значення коефіцієнтів сезонності
Тип електродів
Вертикальні довжиною 2 – 3 м та глибиною закладання їх вершини 0,5 – 0,8 м
1,2 – 1,4
Вертикальні довжиною 5 м та глибиною закладання їх вершини 0,8 м
1,1
2.Відстань від поверхні грунту до середини довжини вертикального стрижня дорівнює:
3.Опір розтіканню струму одиничного вертикального заземлювача , Ом. Для стрижневого вертикального заземлювача з круглим перерізом, заглибленого в землю, визначається за формулою:
де – розрахунковий питомий опір землі, Ом ∙ м; – довжина вертикального стрижня, м; d – діаметр перетину вертикального стрижня, м; – відстань від поверхні грунту до середини довжини вертикального стрижня, м, причому:
де h – глибина закладання вершини вертикального стрижня, м (рис. 2).
Рис. 2. Схема розташування
вертикального стрижня в грунті
4.Наближена (мінімальна) кількість вертикальних стрижнів за формулою:
5.Необхідна кількість вертикальних стрижнів n із врахуванням коефіцієнта використання (вибирається залежно від величини відношення , кількості та порядку розміщення вертикальних стрижнів за табл. 4) за формулою:
Табл. 4
Значення коефіцієнтів використання вертикальних електродів
Коефіцієнти використання вертикальних стрижнів , розміщених у ряд,
при кількості електродів у ряді
2
3
4
5
6
10
15
20
40
60
100
1
0,85
0,78
0,73
0,69
0,65
0,59
0,53
0,48
–
–
–
2
0,91
0,86
0,85
0,81
0,77
0,74
0,70
0,67
–
–
–
3
0,94
0,91
0,89
0,87
0,85
0,81
0,78
0,76
–
–
–
Коефіцієнти використання вертикальних стрижнів , розміщених по контуру,
при кількості електродів у контурі
2
3
4
5
6
10
15
20
40
60
100
1
–
–
0,69
–
0,61
0,56
–
0,47
0,41
0,39
0,36
2
–
–
0,78
–
0,73
0,68
–
0,63
0,58
0,55
0,52
3
–
–
0,85
–
0,80
0,76
–
0,71
0,66
0,64
0,62
Примітка. – відношення відстані між вертикальними електродами до їх довжини.
6.Довжина горизонтальної смуги при дорівнює:
7.Опір розтіканню струму горизонтальної з’єднувальної смуги , Ом при дорівнює:
де – розрахунковий питомий опір землі, Ом ∙ м; – довжина горизонтальної смуги, м; b – ширина смуги (b = d, якщо це круглий дріт), м; – відстань від поверхні грунту до середини ширини горизонтальної смуги, м,
де h – глибина закладання горизонтальної смуги, м (рис. 3).
Рис. 3. Схема розташування з’єднувальної горизонтальної смуги
8.Розрахунковий опір розтіканню струму групового заземлювача R, Ом за формулою:
де n – кількість вертикальних стрижнів; – коефіцієнт використання горизонтальних смуг (вибирається залежно від величини відношення , кількості та порядку розміщення вертикальних стрижнів за табл. 5).
Табл. 5
Значення коефіцієнтів використання горизонтальних смуг
Коефіцієнти використання горизонтальних стрижнів , які поєднують вертикальні електроди, розміщені у ряд, при кількості вертикальних електродів у ряді
2
4
6
10
20
40
60
100
1
0,85
0,77
0,72
0,62
0,42
–
–
2
0,94
0,89
0,84
0,75
0,56
–
–
3
0,96
0,92
0,88
0,82
0,68
–
–
Коефіцієнти використання горизонтальних стрижнів , які поєднують вертикальні електроди, розміщені по контуру, при кількості електродів у контурі
2
4
6
10
20
40
60
100
1
–
0,45
0,40
0,34
0,27
0,22
0,20
0,19
2
–
0,55
0,48
0,40
0,32
0,29
0,27
0,23
3
–
0,70
0,860
0,56
0,45
0,39
0,36
0,33
Примітка. – відношення відстані між вертикальними електродами до їх довжини.
9.Визначений розрахунковий опір розтіканню струму групового заземлювача R не перебільшує нормативне значення опору (. Якщо ця вимога виконується, то розрахунок вважається виконаним.
3.Захист заземлення
Заземлювачі варто з'єднувати між собою шинами шляхом зварювання. Перетин шин і магістралей заземлення за умовами механічної міцності й достатньої провідності рекомендується брати не меншим (24*4) мм.Провідник, що з'єднує заземлювач з контуром заземлення, повинен бути лудженим для зменшення гальванічної корозії, а з'єднання повинні бути захищені від впливу вологи.Магістралі заземлення поза будівлею необхідно прокладати на глибині близько 1.5 м. а усередині будівлі - по стіні чи спеціальних каналах так. щоб їх можна було зовні оглядати. З'єднують магістралі з заземлювачем тільки за допомогою зварювання. До пристрою ТЗПІ, що заземлюється, магістраль підключають за допомогою болтового з'єднання в одній точці.Для зменшення опорів контактів найкращим є постійне безпосереднє з'єднання металу з металом, отримане зварюванням чи пайкою. При з'єднанні під гвинт необхідно застосовувати шайби (зірочки або Гровера), що забезпечують сталість тільності з'єднання.При контакті двох металів у присутності вологи виникає гальванічна і (або) електрична корозія. Гальванічна корозія є наслідком утворення гальванічного елемента, у якому волога є електролітом. Ступінь корозії визначається положенням цих металів в електричному ряді.Електрична корозія може виникнути при контакті в електроліті двох однакових металів. Вона визначається наявністю у металі локальних електрострумів, наприклад, струмів у заземленнях силових кіл.Найефективнішим методом захисту від корозії є застосування металів з малою електрохімічною активністю, таких, як олово, свинець, мідь. Значно зменшити корозію і забезпечити гарний контакт можна, ретельно ізолюючи з'єднання від проникнення вологи.
Висновок: отже визанчений розрахунковий опір розтікання струму не перебільшує нормативне значення опору (. А тому розрахунок вважається виконаним, і для заземлення електромережі 220В, до якої підключення 3 ЕОМ і трансформатором потужність 600кВт потрібно застосувати захисне заземлення по контуру, використавши вертикальні стрижні довжиною 3 м, діаметром 0,01 м. А сам мідний провідник, що веде до контуру помістити в пластиковий коробок, що захистить його від механічних пошкоджень