Размещено на http://www.allbest.ru/

Методические указания к выполнению расчетно-практической работы для студентов дневного и вечернего отделения всех специальностей

БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

РАСЧЁТ СИСТЕМЫ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ

Брянск 2000

Введение

Эксплуатация большинства машин связана с применением электрической энергии. Электрический ток, проходя через организм человека, оказывает на него термическое, электролитическое и биологическое действие, вызывая общие и местные электротравмы. Характер воздействия электрического тока на организм человека зависит от ряда факторов: значения и длительности протекания тока через организм, рода и частоты тока и индивидуальных свойств человека.

Анализ несчастных случаев в промышленности показывает, что число травм, вызванных воздействием электрического тока, сравнительно невелико и составляет 0,5 - 1% общего числа несчастных случаев в промышленности, однако среди травм со смертельным исходом электротравмы составляют 20 - 40%.

В связи с изложенным повышенное внимание необходимо уделять вопросам электробезопасности как на стадии проектирования технологического оборудования, так и на стадии его эксплуатации. Особую роль здесь должны играть разработка и эффективное применение защитных мер в электроустановках, к которым относится защитное заземление.

1. Общие положения и определения

На практике условиями возникновения электротравм являются:

1. прикосновение к токоведущим частям электрооборудования, находящимся под напряжением (случайное, не вызванное производственной необходимостью прикосновение к оголенным проводам, зажимам, ошибочная подача напряжения во время ремонтов и осмотров);

2. прикосновение к нетоковедущим (токопроводным) частям электрооборудования, случайно оказавшимся под напряжением при повреждении изоляции (прикосновение к корпусу электродвигателя, имеющему замыкание на корпус, или к приводимому им в действие станку);

3. попадание человека в зону действия электрической дуги, нахождение человека вблизи оборванного провода, упавшего на землю (возможность поражения шаговым напряжением).

Замыканием на корпус называется случайное соединение токоведущих частей оборудования с корпусом или другими частями, нормально не находящимися под напряжением, что происходит вследствие повреждения изоляции (старение, износ, механические повреждения).

Замыканием на землю называется случайное электрическое соединение находящихся под напряжением частей электроустановок с землей, сопровождаемое протеканием аварийного тока через грунт. Это может произойти вследствие появления контакта между токоведущими частями и заземленным корпусом оборудования, а также при падении на землю оборванного провода или при повреждении изоляции и т. д.

Во всех перечисленных случаях ток частей оборудования, находящихся под напряжением, проходит в землю непосредственно или через специально предусмотренный для этой цели электрод - заземлитель. Вблизи заземлителя или места непосредственного контакта оборванного провода с землей образуется электрическое поле. Потенциал любой точки этого электрического поля в зависимости от расстояния до электрода изменяется по гиперболическому закону (рис. 1). Потенциалы в точках, удаленных от электрода на расстоянии 20 м и более, принимают равными нулю. Человек, находящийся в поле растекания электрического тока, оказывается под напряжением шага, если его ноги находятся в точках с разными потенциалами (длину шага человека принимают равной 0,8 м).

Как видно из рис. 1, напряжение шага увеличивается по мере приближения человека к месту контакта электрода с землей.

2. Классификация помещений по степени опасности поражения электрическим током

Окружающая среда может усилить или ослабить опасность поражения человека электрическим током. Так, например, повышенная влажность снижает сопротивление изоляции, повышенная температура ускоряет старение изоляции, что приводит к снижению её сопротивления или даже к разрушению. При повышенной температуре воздуха сопротивление тела человека снижается, вследствие смачивания кожи выделяющимся потом.

Токопроводящий пол (металлический, земляной, железобетонный, кирпичный, ксилолитовый), на котором стоит человек, касающийся оборудования, находящегося под напряжением, резко уменьшает сопротивление цепи человека.

Наличие в помещениях токопроводящей пыли и количествах, достаточных для того, чтобы она проникала под кожухи электрооборудования и оседала на проводах, приводит к тому, что через осевшую пыль проходи ток, создаются утечки, а также замыкание на землю и между фазами.

Газы, пары и различные отложения на проводах, которые разрушают изоляцию и снижают ее сопротивление, также увеличивают опасность поражения электрическим током.

По степени опасности поражения электрическим током все помещения подразделяются на три класса

1. помещении без повышенном опасности, в которых отсутствуют признаки помещений двух других классов;

2. помещения с повышенной опасностью со следующими признаками:

· сырые, то есть с относительной влажностью воздуха, превышающей 75%,

· с проводящей пылью, выделяющейся по условиям производства в таком количестве, что она может оседать на проводах, проникать внутрь машин и аппаратов и ухудшать их изоляцию или охлаждение; с токопроводящими полами;

· жаркие (с температурой воздуха более +35°С постоянно или периодически более 1-их суток);

· с возможностью одновременного прикосновения человека к металлическим корпусам электрооборудования, с одной стороны, и к соединенным с землей металлоконструкциям зданий, с другой;

3. помещения особо опасные, имеющие один из следующих признаков:

· особо сырые (относительная влажность воздуха близка к 100%, при этом потолок, стены и все предметы покрыты влагой);

· с химически активными парами, газами или плесенью, грибками, разрушающими изоляцию;

· имеющие одновременно два или более признаков помещений с повышенной опасностью.

Открытые или наружные электроустановки, размещенные на обрытом воздухе, следует приравнивать к электроустановкам, эксплуатирующимся в особо опасных помещениях, так как в зависимости от погоды возможны повышенная температура, токопроводящий «пол» (открытый сырой грунт) и особая сырость.

3. Защита от поражения электрическим током при переходе напряжения на металлические конструктивные части оборудования

Для защиты от поражения электрическим током при переходе напряжения на конструктивные металлические части оборудования применяются защитное заземление, защитное зануление и защитное отключение.

Защитное заземление представляет собой преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических истоковедущих частей оборудования, которые могут оказаться под напряжением.

Защитное заземление применяется в трехфазных трехпроводных сетях напряжением до 1000 В с изолированной централью, а в сетях с напряжением свыше 1000 В с изолированной и заземленной нейтралью (рис 2).

Защитное заземление может быть эффективным только в том случае, если сила тока замыкания на землю не увеличивается по мере уменьшения сопротивления заземления. Это возможно в сетях с изолированной нейтралью, где при глухом замыкании на землю или на заземленный корпус сила тока практически не зависит от сопротивления заземления.

Прикосновение человека к корпусу незаземлённого оборудования, случайно оказавшегося под напряжением, равносильно прикосновению его к фазе.

В случае замыкания на корпус заземленного электрооборудования, последнее окажется под напряжением

где - сила тока короткого замыкания; - сопротивление заземленного оборудования.

При наличии защитного заземления человек, касаясь оборудования, имеющего замыкание на корпус, окажется под воздействием только части полного напряжения, под которым относительно земли находится электрооборудование (рис 3) Эго напряжение называется напряжением прикосновения и оно будет равно

где - коэффициент напряжения прикосновения, который изменяется от нулевого значения в гонке над заземлителем до единицы в точке на границе нулевого потенциала (удаленной от заземлителя на расстоянии 20 м)

Из этого следует, что если человек стоит над заземлителем (), то напряжение прикосновения и ток равны нулю Если человек находится вне поля растекания, то он попадает под напряжение прикосновения, равное напряжению заземлителя относительно земли .

Сопротивление защитного заземляющего устройства в несколько сотен раз меньше сопротивления тела человека. Поэтому сила тока, проходящего через человека, в соответствии с законом Кирхгофа будет во столько же раз меньше силы тока короткого замыкания, а значение её будет безопасным, для жизни человека.

Защитное зануление - что преднамеренное электрическое соединение токопроводных частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением, к неоднократно заземлённому нулевому проводнику. Схема защитного зануления представлена на рис. 4.

Рис. 4. Принципиальная схема защитного зануления. 1- корпус; 2 - плавкие предохранители, автоматы и т. п.; - сопротивление заземления нейтрали источника тока; - сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника; - ток короткого замыкания; - фазный провод; О - нулевой провод

Область применения защитного зануления - трёхфазные четырехпроводные электрические сети напряжением до 1000 В с заземлённой нейтралью.

Назначение защитного зануления - устранение опасности поражения человека электрическим током при замыкании на корпус. Принцип его действия заключается в превращении замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание, в результате чего происходит срабатывание защиты и отключение поврежденной электроустановки от сети.

Защитное отключение - это устройство, обеспечивающее быстрое автоматическое отключение электроустановки от питающей сети при возникновении опасности поражения человека электрическим током. Такая опасность возникает при замыкании фазы на корпус, при снижении сопротивления изоляции и т. п. Схема защитного отключения представлена на рис. 5.

При появлении напряжения относительно земли на корпус ЭУ под действием катушки КРЗ срабатывает реле РЗ. Контакты реле разрывают цепь обмотки пускателя МП, и неисправная электроустановка ЭУ отключается от сети. Цепь искусственного замыкания, включаемая кнопкой К, служит для контроля исправности схемы отключения.

Защитное отключение может использоваться как самостоятельно, так и в сочетании с защитным заземлением. Оно применяется в тех случаях, когда выполнение защитного заземления связано с большими техническими трудностями (при большом удельном сопротивлении грунта, на скальных грунтах, для передвижных установок и т. д.).

4. Расчет система защитного заземления

4.1 Устройство защитного заземления

Устройство заземления осуществляется в соответствии с требованиями ПУЭ, СНиП-III-33-76 и Инструкции по устройству сетей заземления и зануления электроустановок (СН 102L76).

Заземление следует, выполнять:

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

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

· при любом напряжении переменного и постоянного тока во взрывоопасных электроустановках.

При устройстве защитного заземления могут быть использованы как естественные, так и искусственные заземлители. Причём, если естественные заземлители имеют сопротивление растеканию тока, удовлетворяющее требованиям ПУЭ, то устройство искусственных заземлителей не требуется.

В качестве естественных заземлителей могут быть использованы:

· проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы, за исключением трубопроводов, транспортирующих горючие и легковоспламеняющиеся жидкости, горючие и взрывчатые газы и смеси;

· обсадные трубы, металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в непосредственном соприкосновении с землей;

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

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

Стержни и трубы длиной 2,5-3 м погружаются (забиваются) в грунт вертикально в специально подготовленной траншее (рис. 6).

Вертикальные заземлители, устанавливаемые в грунте, соединяются определенным образом стальной полосой, которая приваривается к каждому заземлителю. Расположение заземлителей показано на рис. 7.

Стальные заземлители должны иметь определенные минимальные размеры (см. прил., табл. 1).

По расположению заземлителей относительно заземляемого оборудования системы защитного заземления подразделяются на выносные и контурные. Выносное заземление оборудования показано на рис. 8.

При выносной системе заземления заземлители располагаются на некотором удалении от заземляемого оборудования Поэтому заземленное оборудование находится вне поля растекания тока и человек, касаясь его, оказывается под полным напряжением относительно земли . Выносное заземление защищает человека только лишь при малом сопротивлении грунта.

Контурное заземление показано на рис. 9 Заземлители располагаются по контуру заземляемого оборудования на небольшом (несколько метров) расстоянии друг от друга. В данном случае поля растекания тока заземлителей накладываются друг на друга, и любая точка поверхности земли внутри контура имеет значительный потенциал. При этом напряжение прикосновения будет меньше, чем при выносном заземлении.

где - потенциал земли.

4.2 Нормирование параметров защитного заземления

Защитное заземление предназначено для обеспечения безопасности человека при прикосновении его к нетоковедущим частям оборудования, случайно оказавшимся под напряжением, а также 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 с силой тока замыкания допускается сопротивление заземления

,

но не более 10 Ом

Если заземляющее устройство используется одновременно для электроустановок напряжением до 1000 В и выше, то

но не выше нормы электроустановки (4 или 10 Ом).

В электроустановках с силой тока замыкания 1Э > 500 A, rs Ј 0,5 Ом.

4.3 Порядок расчёта защитного заземления

Расчёт заземления сводится к определению числа заземлителей и длины соединительной полосы исходя из допустимого сопротивления заземления. Расчёт производится в следующем порядке.

1. Выбирается вид заземлителя, его размеры и размеры соединительной полосы (диаметр и длина трубы, сечение соединительной полосы).

2. Выбирается значение удельного сопротивления грунта, соответствующее или близкое по значению удельному сопротивлению грунта в заданном районе размещения проектируемого заземления (см. прил., табл. 2). При расчёте также можно использовать данные, полученные при измерении удельного сопротивления грунтов.

3. Определяется значение электрического сопротивления растеканию тока в землю с одиночного заземлителя по формуле

,

где - удельное сопротивление грунта, ;

- длина заземлителя, м;

- расстояние от поверхности грунта до середины заземлителя, м,

, где - глубина заложения заземлителя в грунт, м;

- коэффициент сезонности, вводится в расчёт для приведения выбранного значения удельного сопротивления грунта к условиям наихудшей его проводимости в наиболее сухое время года (см. прил., табл. 2);

- диаметр заземлителя, м.

4. Рассчитывается число заземлителей без учёта взаимных помех, оказываемых заземлителями друг на друга, так называемого явления взаимного «экранирования»

,

где - допустимое сопротивление всей системы заземления по ПУЭ.

5. Рассчитывается число заземлителей с учётом коэффициента экранирования

где - коэффициент экранирования, выбираемый по приложению (табл. 3) в зависимости от вида заземления, расстояния между соседними заземлителями и числа заземлителей.

Расстояние между заземлителями , м.

6. Определяется длина соединительной полосы, м

7. Рассчитывался значение сопротивления растеканию тока с соединительной полосы, Ом,

где - ширина соединительной полосы ( мм); - глубина заложения полосы в грунте.

8. Рассчитывается полное значение сопротивление системы заземления, Ом,

где - коэффициент экранирования полосы, выбираемый из приложения (табл. 4).

Расчёт выполнен верно, если полученное значение будет меньше допустимого сопротивления по ПУЭ . В случае необходимости расчёт корректируется. Варианты заданий приведены в приложении (табл. 5).

Приложение

защитный заземление электрический ток

Таблица 1 Наименьшие размеры стальных заземлителей

Таблица 2 Приближенные значения удельного сопротивления грунтов,

Таблица 3 Значения коэффициента экранирования для заземлителей

Таблица 4 Значения коэффициента экранирования для соединительной полосы

Таблица 5 Таблица вариантов заданий

Примечание: диаметр заземлителя мм.

ширина соединительной полосы мм,

допустимое сопротивление системы заземления по ПУЭ Ом.

Размещено на Allbest.ru