Расчет защитного заземляющего устройства для электропривода крышного осевого вентилятора

Задание №3.

Рассчитать защитное заземляющее  устройство для электропривода крышного осевого вентилятора.

Исходные данные:

1. Источник электроэнергии – трехфазный генератор переменного тока мощностью 140 кВ•А, фазное напряжение – 220 В.
2. Электросеть системы IT.
3. Вертикальные заземлители из уголковой стали:

1-й вариант – ширина  полки (b) 35 мм, толщина полки (δ) 6 мм, длинна (l) 2 м;

2-й вариант - ширина  полки (b) 40 мм, толщина полки (δ) 5 мм, длинна (l) 1,5 м;

4. Горизонтальный (соединительный) заземлитель – стальная полоса:

1-й вариант – ширина (b) 25 мм, толщина (δ) 6 мм;

2-й вариант – ширина (b) 30 мм, толщина (δ) 5 мм;

5. Глубина заложения верхних концов вертикальных и горизонтальных заземлителей (h₀) 1,3м .
6. Грунт – супесок.
7. Климатическая зона – IV.
8. Требования к сопротивлению защитного заземляющего устройства:

0,7R_ДОП ≤ R_ЗЗУ ≤ R_ДОП

Определить (для каждого  варианта):

1. Количество вертикальных заземлителей (n_З).
2. Длину горизонтального (соединительного) заземлителя (L).
3. Сопротивление защитного заземляющего устройства (R_ЗЗУ).
4. Объем металла для изготовления защитного заземляющего устройства.

По результатам расчета  выбрать наилучший вариант заземляющего устройства при наименьшем расходовании средств на его изготовление ( по объему расходуемого материала –  металла).

 

 

 

 

 

Аннотация.

Тема курсовой работы –  Расчет защитного заземляющего устройства для электропривода крышного осевого  вентилятора.

При расчете 4 вариантов защитного  заземляющего устройства для электропривода крышного осевого вентилятора мы получили следующие результаты:

• I Вариант .

Количество вертикальных заземлителей (n_З) – 55;

Длина горизонтального заземлителя (L) – 115,5 м;

Сопротивление защитного  заземляющего устройства (R_ЗЗУ) – 4 (Ом);

Объем металла, необходимый  для изготовления ЗЗУ – 43 кг.

• II Вариант.

Количество вертикальных заземлителей (n_З) – 79;

Длина горизонтального заземлителя (L) – 124,42 м;

Сопротивление защитного  заземляющего устройства (R_ЗЗУ) – 3.6 (Ом);

Объем металла, необходимый  для изготовления ЗЗУ – 45 кг.

• III Вариант.

Количество вертикальных заземлителей (n_З) – 60;

Длина горизонтального заземлителя (L) – 126 м;

Сопротивление защитного  заземляющего устройства (R_ЗЗУ) – 3.7 (Ом);

Объем металла, необходимый  для изготовления ЗЗУ – 46.3 кг.

• IV Вариант.

Количество вертикальных заземлителей (n_З) – 85;

Длина горизонтального заземлителя (L) – 133,9 м;

Сопротивление защитного  заземляющего устройства (R_ЗЗУ) – 3,6 (Ом);

Объем металла, необходимый  для изготовления ЗЗУ – 48 кг.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Электроустановки различного класса напряжения потенциально являются источниками опасности для людей  в целом и для обслуживающего их персонала в частности. Травматизм и смертность при их эксплуатации довольно велики. Однако в силу объективных  причин их применение является неотъемлемой частью нашей жизни. С целью сокращения несчастных случаев разработана  система правил эксплуатации электроустановок – ПУЭ. В этом документе нашли  своё отражение, как общие требования, так и специальные. Среди всех их внимание уделено и использованию  защитных заземлений.

Согласно ПУЭ [4, глава 1.7] для защиты людей от поражения  электрическим током должна быть применена, по крайней мере, одна из следующих защитных мер: заземление, зануление, защитное отключение, разделительный трансформатор, малое напряжение, двойная  изоляция, выравнивание потенциалов

Заземлением называется преднамеренное электрическое соединение данной точки системы или установки, или оборудования с локальной землей посредством заземляющего устройства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общие положения.

Заземление устроено в  соответствии с требованиями ПУЭ, СНиП-Ш-33-76 и инструкции по устройству сетей  заземления и зануления в электроустановках (СН 102-76).

Заземление следует выполнять:

а)при напряжениях переменного  тока 380 В и выше и постоянного 
тока 440 В и выше во всех электроустановках;

б)при напряжениях переменного  тока выше 42 В и постоянного тока выше 110 В только в электроустановках, размещенных в помещениях с повышенной опасностью и в особо опасных, а также в наружных установках;

в)при любом напряжении переменного тока и постоянного  тока во 
взрывоопасных установках;

Заземлители могут быть использованы как естественные, так и искусственные. Причём, если естественные заземлители  имеют сопротивление растеканию, удовлетворяющие требованиям ПУЭ, то устройство искусственным заземлителями  не требуется.

В качестве естественных заземлителей могут быть использованы:

а) проложенные в земле  водопроводные и другие металлические  трубопроводы, за исключением трубопроводов  горючих и легковоспламеняющихся  жидкостей, горючих или взрывчатых газов и смесей;

б) обсадные трубы, металлические  и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в непосредственном соприкосновении с землёй;

в) свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле и т.д.

В качестве искусственных  заземлителей чаще всего применяют  угловую сталь 60x60 мм, стальные трубы  диаметром 35-60 мм и стальные шины сечением не менее 100 мм² .

Стержни длиной 2,5...3м погружаются (забиваются) в грунт вертикально  в специально подготовленной траншее (рис.1 ).

 

 

Вертикальные заземлители  соединяются стальной полосой, которая  приваривается к каждому заземлителю.

По расположению заземлителей относительно заземляемого оборудования системы заземления делят на выносное и контурное.

Выносное заземление оборудования показано на рис.2. При выносной системе  заземления заземлители располагаются  на некотором удалении от заземляемого оборудования. Поэтому заземленное  оборудование находится вне поля растекания тока и человек, касаясь  его, окажется под полным напряжением  относительно земли 

 

 

Выносное заземление защищает только за счёт малого сопротивления  грунта.

 

 

Контурное заземление показано на рис. 3. Заземлители располагаются по контуру заземляемого оборудования на небольшом (несколько метров) расстоянии друг от друга. В данном случае поля растекания заземлителей накладываются, и любая точка поверхности  земли внутри контура имеет значительный потенциал. Напряжение прикосновения  будет меньше, чем при выносном заземлении.

 

 

Где потенциал земли.

 

Защитное  заземление предназначено для обеспечения  безопасности человека при прикосновении  к нетоковедущим частям оборудования, случайно оказавшимся под напряжением, и при воздействии напряжения шага. Эти величины не должны превосходить длительно допустимых.

В ПУЭ  нормируются сопротивления заземления в зависимости от напряжения электроустановок.

В электроустановках  напряжением до 1000 В сопротивление  заземляющего устройства должно быть не выше 4 Ом; если же суммарная мощность источников не превышает 100 кВ А, сопротивление заземления должно быть не более 10 Ом.

В электроустановках  1000 В с током замыкания 500 А допускается сопротивление заземления но не более 10 Ом.

Если  заземляющее устройство используется одновременно для электроустановок напряжением до 1000 В и выше 1000 В, то но не выше нормы электроустановки (4 или 10 Ом). В электроустановках с токами замыкания 500 A, O,5 Ом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Методика расчета.

1. Определить сопротивление одиночного вертикального заземлителя по формуле R_В:

 

R_В= ( ln + 0,5 ln ),    (Ом)

 

где

ρ = ρ_пр • ψ                                                                        (Ом • м)

(ψ – коэффициент сезонности, всегда > 1; справочная величина, ρ_пр - сопротивление грунта, Ом •м);

t – расстояние от поверхности земли до середины заземлителя, находится по формуле:

t = 0,5 l + h                                                                           (м)

где l – длина( м), h – глубина заложения верхних концов вертикальных и горизонтальных заземлителей (м).

 

2. Определить ориентировочное количество вертикальных заземлителей n_З по формуле:

n_З = ,

где R_ДОП - нормируемое сопротивление растеканию тока заземляющего устройства, определяется по ПУЭ.

 

3. Определить (приближенно) длину горизонтального заземлителя L (м) по формуле:

• если заземлители расположены в ряд: L = a • ( n_З – 1) • 1,05 ;
• если заземлители расположены по контуру: L = a•n_З•1,05 ;

Значение a эквивалентно значению l.

 

4. Определить сопротивление горизонтального зазмелителя R_Г по формуле:

R_Г = ln                              (Ом)

где b – ширина (м);

5. Определить сопротивление всей системы R_ЗЗУ по формуле:

R_ЗЗУ =                             (Ом)

где  η_В и η_Г – соответственно коэффициенты экранирования вертикального и горизонтального заземления (всегда меньше 1). Определяются по справочнику в зависимости от геометрии заземляющего устройства.

6. Определить соответствие заданному условию:

0,7 R_ДОП ≤ R_ЗЗУ ≤ R_ДОП

7. Определить объем металла, необходимого для изготовления защитного заземляющего устройства:

V = (((b•δ•l) + ((b – δ) • δ • l)) • n_З + l • b • δ) • 1000         (кг)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет защитного  заземляющего устройства.

I вариант.

1. R_В = ( ln + 0,5 ln ) = 28.66 (4.79+0.22)=143.6 (Ом)

ρ = 300 •1,2 = 360 (Ом •м)

t = 0.5 • 2 + = 2.3 (м)

 

2. n_З= = 36 (R_ДОП принимается равным 4, так как напряжение меньше 1000 В).

 

3. Так как заземлителей больше 20, то их следует расположить по контуру.

 

L = 23675.6 (м)

4. R_Г = ln = 0,8(Ом)
5. R_ЗЗУ = = = 6.2 (Ом)
6. Данное значение не соответствует заданному условию

0,7≤ 6,2 ≤ 4, следовательно, итерируем увеличением количества заземлителей до величины сопротивления, которая удовлетворит заданное условие.

Увеличим количество заземлителей до 55 (n_З = 55).

L = 255115,5 (м)

R_Г = ln = 0,5(Ом)

R_ЗЗУ = = 4 (м)

Проверить соответствие условию: 4 •0,7 ≤ 4 ≤ 4

                                                                2,8 ≤ 4 ≤ 4.

7. V = (((0.035•0.006•2)+((0.035-0.006) •0.006•2)) •55+2•0.025•0.006) •1000=42 кг

 

II Вариант.

1. R_В = ( ln + 0,5 ln ) = 38,2 (4.4+0.9)=202,5 (Ом)

ρ = 300 • 1,2 = 360 (Ом • м)

t = 0.5 • 1,5 + 1,3 = 2,05 (м)

 

2. n_З= = 51 (R_ДОП принимается равным 4, так как напряжение меньше 1000 В).

 

3. Так как заземлителей больше 20, то их следует расположить по контуру.

 

L = 1.55180,3 (м)

4. R_Г = ln = 0,7(Ом)
5. R_ЗЗУ = = 5,9 (м)
6. Данное значение не соответствует заданному условию

0,7≤ 5,9 ≤ 4, следовательно, итерируем увеличением количества заземлителей до величины сопротивления, которая удовлетворит заданное условие.

Увеличим количество заземлителей до 79 (n_З = 79).

L = 1,579124,42 (м)

R_Г = ln (Ом)

R_ЗЗУ = = 3,6 (м)

Проверить соответствие условию: 4•0,7 ≤ 3,6 ≤ 4

                                                                2,8 ≤ 3,6 ≤ 4.

7. V = (((0.04•0.005•1,5)+((0.04-0.005) •0.005•1,5)) •79+1,5•0.025•0.006) •1000=45 кг