ДИПЛОМ / Раздел ДП Безопасность и охрана труда, Методические указхапния и примеры расчета / ПРимеры выполнения расчетов по ОТ

	R		Rcm.oч	Rn.oч	(8.24)
			R	R
	общ
			cm.oч	n.oч

Пример 8.5. Рассчитайте количество заземлителей в контуре заземления, выполненном в суглинистом грунте. Сопротивление растекания тока с контура заземления должно быть менее 10 Ом. Удельное сопротивление грунта равно

4000 Ом·см.

В наличии имеются металлические диаметром d = 5 см, длиной l = 250см,

иметаллическая полоса шириной b = 5 см, а глубина заложения труб t0 = 80 см. Решение: схема размещения 8.14 Так как заземлители заглублены, то для расчета сопротивления одиночно-

го заземлителя выбираем формулу (8.17)

R			2l		l		4t l		4000/2 3,14 250 ln(2 250/5
		ln				ln
			d		2
оз	2 l						4t l

l/2ln(4 205 250)/5 205 250 1,90м

Количество стержней в контуре заземления определим по формуле (8.20), приняв коэффициент сезонности сез = 1,6; допускаемое сопротивление Rд = 4 Ом, коэффициент экранирования ст = 1

n Rоз сез 119х1,6/4х1 5

Rд ст

Сопротивление соединительной полосы определим, в зависимости от схемы размещения по формуле (8.19), рассчитав предварительно длину полосы l =

1,05·а·п = 1,05x2,5x5=13,1м.

	Rn		ln	l2	4000/2x3,14x13,1ln13,12 /(5x82,5) 6,4Oм
		2 l		d t

Сопротивление очага заземления определим по формуле (8.24)

	R		Rcmoч Rn.oч	(11,9х6,4)/(11,9 6,4) 4,1Ом
			Rcm.oч Rn.oч
	общ

Вывод. Заземляющий контур, состоящий из 5 стержней и соединительной полосы, имеет сопротивление 4,1 Ом

8.7.2. Расчет защитного зануления

Защитное зануление – это преднамеренное соединение металлических нетоковедущих частей электроустановки с нулевым защитным проводником /V

217

(рис. 8.15). Оно эффективно в сетях с глухозаземленной нейтралью.

Рис. 8.15. Защитное зануление электроустановки

Защитный и, следовательно, в снижении времени воздействия электрического тока на человека. Замыкание на корпус превращается в однофазное короткое замыкание между фазным и нулевым защитным проводником с целью создания большого тока на обеспечивающего срабатывание защиты и отключение поврежденного участка от сети.

Применение повторного заземления нулевого провода Rn через каждые 20м обеспечивает снижение потенциала на корпусе оборудования при обрыве нулевого провода.

Условие надежного срабатывания защиты

Jкз к Jн

(8.25)

где Jкз –ток короткого замыкания, А;

Jн – номинальный ток плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания автомата, А (табл. 8.7);

к – коэффициент защиты (к = 3 – для плавких предохранителей; к = 4 – для взрывоопасных помещений, к = 1,25...1,4 – для автоматов защиты).

Таблица 8.7 – Технические характеристики предохранителей

Вид	Тип	Напряжение,	Ток	Номинальный ток
предохранителя		В	патрона, А	плавкой вставки Iн в А
1	2	3	4	5
Быстродействующий	ПМБ5-660/100	660	100	63; 100
предохранитель,	ПМБ5-660/250	660	250	160;250
патрон с наполнителем	ПМБ5-380/630	380	630	500,630
	ПМБ5-3 80/400	380	400	315; 400
	ПМБ5-3 80/250	380	250	160;250
	ПМБ5-380/100	380	100	40; 63
	ПМБ5-220/100	220	100	25; 40; 63
Продолжение таблицы 8.7
1	2	3	4	5
Предохранители	ПД-1;ПДС-1	380	6	1;2;4;6
		218

	с патроном и	ПД-2; ПДС-2	380	20	10; 15; 20 1
	наполнителем	ПД-3; ПДС-3	380	60	25; 35;60
		ПД-4; ПДС-4	380	125	80; 100;125
		ПД-5; ПДС-5	380	225	160; 200; 225
		ПД-6; ПДС-6	380	350	260; 300;350
		ПД-7	380	600	430; 500; 600
	Предохранители	ПН2-100	380;220	100	30;40;50;60;80;100
	с закрытым патроном
		ПН22250	380;220	250	80;100;120;150;200;250
	и наполнителем
		ПН2-400	380;220	400	200;250;300;350;400
		ПН2-600	380;220	600	300; 400; 500; 600

Активное сопротивление фазного и нулевого проводов определяют по формуле, задавшись сечением, длиной, материалом проводников

	Rф.н. пр		l			(8.26)
			S
	где l – длина провода, м;
	S – сечение провода, мм2;
	пр – удельное сопротивление проводника,				Ом мм2	(для медных про-
					м
	водников пр = 0,018 для алюминия	пр = 0,028).

Диаметры голых стальных проводов, используемых для зануления, могут быть меньше, чем заземляющих проводников, но нулевые и фазные провода должны быть одинаковыми. Для стальных проводов воздушных линий до 1000В допускается диаметр не менее 4мм, а на ответвлениях для ввода в дом не менее 3 мм. В качестве зануляющих могут применяться проводники и из цветных металлов. Наименьшие допустимые их сечения указаны в табл. 8.8.

Таблица 8.8 – Наименьшее сечение зануляющих проводников

Зануляющие проводники	Медь, мм2	Алюминий, мм2
Неизолированные проводники при открытой проводке	4	6
Изолированные провода	1,5	2,5
Жилы кабелей или многожильных проводов в обшей	1	1,5
защитной оболочке с фазными жилами

Зануляющие проводники должны иметь проводимость не менее 50% от проводимости фазных проводников, а не 1/3, как для заземляющих. Тонкостенные стальные трубы, используемые в качестве зануляющего проводника, могут иметь нужную проводимость лишь при диаметрах 18-30 мм.

Сопротивление петли "фаза-ноль" (Zп = ZФ + ZH) определяют по формуле

Zn

Rф Rн

2

Хn2

(8.27)

где Rф, Rn – активное сопротивление фазного и нулевого проводов, Ом; Хп – реактивное сопротивление петли "фаза-ноль", Ом.

219

Если провода выполнены из цветных металлов, индуктивным сопротивлением можно пренебречь, ввиду его малой величины.

При отдельно проложенных нулевых проводах принимают Хn = 0,6 Ом на 1 км длины провода. Для стальных проводов значения Хn выбирают по табл. 8.9.

Расчетное значение тока короткого замыкания находят по формуле

Jкз				Uф	(8.28)
		Z	T	Zф Zн
3

где Uф – фазное напряжение, В (в сетях 380/220В Uф= 220В); ZT – сопротивление обмоток трансформатора, Ом (табл. 8.10);

ZФ, Zn – сопротивление фазного и нулевого проводов, Ом, (Zф +Zн =Zn).

Таблица 8.9 – Активные и индуктивные сопротивления стальных проводников

Размер или	Площадь		Активные и индуктивные сопротивления, Ом/км, при
диаметр, мм	сечения, мм			плотности тока, А/мм
			0,5	1		1,5	2
	полоса прямоугольного сечения
20x4	80		5,24/3,14	4,2/2,52		3,48/2,09	2,97/1,78
30x4	120		3,66/2,2	2,91/2,75		2,38/1,43	2,04/1,22
40x4	160		2,8/1,68	2,24/1,34		1,81/1,08	1,54/0,92
50x4	200		1,77/1,06	1,34/0,8		1,08/0,65	-
60x4	240		3,83/2,03	2,56/1,54		2,08/1,025	-
30x5	150		2,1/1,26	1,6/0,96		1,28/0,77	-
50x5	250		2,02/1,33	1,51/0,89		1,15/0,7	-
		проводник круглого сечения
5	19,63		17/10,2	14,4/8,65		12,4/7,45	10,7/6,4
6	28,27		13,7/8,2	11,2/6,7		9,4/5,65	8/4,8
8	50,27		9,6/5,75	7,5/4,5		6,4/3,84	5,3/3,2
10	78,54		7,2/4,32	5,4/3,24		4,2/2,52	-
12	113,1		5,6/3,36	4/2,4		-	-
14	150,9		4,55/2,73	3,2/1,92		-	-
16	201,1		3,72/2,23	2,7/1,6		-	-

Таблица 8.10 – Сопротивление силовых трансформаторов для однофазного замыкания

Мощность транс-	Активное сопротив-	Индуктивное сопро-	Полное сопротивле-
форматора, кВт	ление	тивление	ние,
	RТ, Ом	XТ, Ом	ZТ, Ом
25	0,652	0,81	1,036
40	0,376	0,53	0,649
63	0,202	0,358	0,411
100	0,106	0,237	0,259

220

160	0,061	0,150	0,162
250	0,038	0,096	0,103
400	0,022	0,061	0,065
630	0,012	0,041	0,0427
1000	0,0077	0,026	0,0271

При мощности трансформатора 1000 кВ·А и более величиной Zт /3 пренебрегают.

По ожидаемому значению тока короткого замыкания из табл. 8.7 или 8.11 подбирается предохранитель с номинальным током плавкой вставки таким образом, чтобы соблюдалось условие надежного срабатывания (8.25).

Таблица 8.11 – Значение Jн стандартных предохранителей для сетей напряжением 220 и 380 В

Тип	Номинальный ток плавкой	Тип	Номинальный ток плавкой
предохранителя	вставки. Jн, А	предохранителя	вставки, Jн , А
НПИ 15	6;10;15	ПН2-400	200;250;300;350;400
НПН 60М	20;25;35;45;60
ПН2-100	30;40;50;60;80;100	ПН2-600	300;400;500;600;
ПН-250	80; 100; 120; 150;200;250	ПН2-1000	500;600;750;800; 1000

Напряжение на корпусах зануленного оборудования относительно земли определяют по формуле

Uзо = Jкз ·Rн

(8.29)

где Rн – сопротивление нулевого провода, Ом

Рассчитывают напряжение прикосновения на зануленном оборудовании по формуле

Unp Jkз Rн			Rнз	(8.30)
	R	з	R
			пз

где Rпз – сопротивление повторного заземления. Ом;

Rз – сопротивление рабочего заземления, Ом.

Согласно правилам устройства электроустановок сопротивление заземления нейтрали и всех повторных заземлений нулевого провода должно быть не более 8; 4; 2 Ом соответственно, при линейных напряжениях 220, 380 и 660В источника трехфазного тока или 127, 220, 380В источника однофазного тока.

Расчеты рабочего и повторного заземления выполняются аналогично расчетам защитных заземлений электроустановок.

Напряжение зануленных корпусов при обрыве нулевого провода снизится до значения

Un Iз Rnз	U	ф	Rnз		(8.31)
			R	R
		0		nз

221

где Rпз – сопротивление повторного заземления, Ом;

R0 – сопротивление заземления нейтрали, Ом.

Если сопротивление повторного заземления и сопротивление нулевого провода равны Rпз = Rн то корпуса, присоединенные к нулевому проводу как до, так и после места обрыва, будут иметь одинаковое напряжение

Un = U0 = 0,5 Uф

(8.32)

Пример 8.6. Определить эффективность зануления, если защита электроустановки выполнена предохранителем с током плавкой вставки 25 А. Сопротивление петли «фаза-нуль» равно 4 0м.

Решение. Ток замыкания для надежного срабатывания защиты должен в 3 раза превышать ток плавкой вставки – это значит Iзам = 3 х 25 = 75 А.

Определим ток замыкания для нашего случая по формуле

I	kэ			Uф			220	27,5A
			R		R
				0			4 4
					3

Вывод. Предохранитель с током плавкой вставки 25 А не сработает.

Пример 8.7. Воздушная линия, питающая ферму, выполнена проводом марки А-35, Нулевой провод имеет то же сечение и ту же марку, что и фазные провода. Расстояние от подстанции до фермы 0,5 км. На подстанции установлен трансформатор ТМ-100 мощностью 100 кВ А. Определить ток однофазного короткого замыкания при замыкании фазного провода сети 380/220 В на корпус электродвигателя вакуумного насоса. Переходным сопротивлением в месте короткого замыкания пренебречь.

Решение. Активное сопротивление проводов Rп сечением Sп, равным 35 мм2, длиной 1000 м при удельном сопротивлении проводника

	рпр = 0,028	Ом мм2	определенное по формуле (8.26), составит
		м
			Rп = 1000/ 35 х 0,028 = 0,79 Ом

Реактивное сопротивление составит 0,6 Ом.

Определим полное сопротивление петли «фаза-нуль» по формуле (8.27)

Zn Rф Rn 2 Xn2 0,79 2 0,62 =1,06 Ом

Сопротивление обмотки питающего трансформатора определим по табл.

8.10для трансформатора мощностью 100 кВ A ZT = 0,259 Ом.

Ток однофазного короткого замыкания рассчитаем по формуле (8.28)

222

Jkэ				Uф					220		191,9A
	Z		T	Z		Zn			0,259	1,06
					ф				3
3

Вывод. Ток короткого замыкания равен 192 А.

Пример 8.8. В сети напряжением 380/220 В часть электроустановок заземлена через заземляющее устройство, не имеющее соединения с нулевым проводом, а часть занулена (в нарушение ПУЭ). Сопротивление заземляющего устройства, не соединенного с нулевым проводом R3 составляет 2 Ом. Общее сопротивление заземляющего устройства на подстанции и повторного заземления R составляет 3 Ом. Сопротивление обмотки питающего трансформатора (Zт/3) типа ТМ-100 равно 0,358 Ом. Полное сопротивление фазного провода составляет 0,5 Ом. Переходным сопротивлением в месте замыкания пренебречь. Определить напряжение между корпусами зануленных электроустановок и землей.

Решение. Ток замыкания на землю рассчитаем по формуле (8.26)

Jkэ			Uф				220		37,5A
	ZT		Z				0,358 0,5	2 3
				ф	Zn
3

Напряжение на заземляющем устройстве при таком токе будет составлять

U3 =Iкз· R = 37,5·3 = 112 В

Вывод. Если пренебречь сопротивлением пола и обуви, то человек окажется под напряжением 112 В, что представляет опасность для жизни.

8.7.3. Расчет и выбор плавких вставок

Пусковой ток электродвигателя (А) определяют по формуле [ 17]

	In		k P 1000		(8.33)
			3 Uл д cos

где Р – мощность двигателя, кВт; к – коэффициент кратности пускового тока (для трехфазных двигателей

переменного тока л- = 5... 7);

Uл – линейное напряжение электросети, В;

cos – коэффициент мощности (можно принять cos = 0,8); nд – к.п.д. электродвигателя (определяется по паспорту). Ток предохранителей Iн (А) рассчитывают по формуле

223

Iн		Iн	(8.34)
	2,5

Условие надежного срабатывания защиты представлено выражением

(8.25).

Расчетное значение тока короткого замыкания находят по формуле

Jкз			Uл			(8.35)
			R	R
		3
			ф	н

где Uл – линейное напряжение, В;

Rф – сопротивление провода фазы при длине от трансформатора до места замыкания, Ом;

Rн – сопротивление нулевого провода той же длины, Ом.

По току короткого замыкания выбирается предохранитель с током плавкой вставки таким образом, чтобы выполнялось условие надежного срабатывания

(8.25).

Задачи

1 Заземление электрооборудования в линии электропередач с глухозаземлекной нейтралью выполнено с грубым нарушением ПУЭ: часть оборудования занулена, часть -заземлена. Сопротивление нулевой точки трансформатора равно сопротивлению заземления незануленного оборудования и равно 4 Ом. Линейное напряжение в сети равно 380 В, сопротивлением фазного и нулевого провода пренебрегаем. Рассчитайте величину тока, протекающего через человек прикоснувшегося к запуленному оборудованию при пробое изоляции заземленного оборудования, если известно, что сопротивление человека 1000 Ом. Оцените степень опасности.

2В момент включения ПЭВМ бухгалтер была поражена электрическим током Вследствие пробоя фазы на корпус. Определите ток через человека и оцените опасность поражения при условиях: а) человек стоит на деревянном полу; б) в момент включения касается трубы отопления. Сопротивление тела человека 1000 Ом, сопротивление обуви 50000 Ом, пола 100000 Ом.

3Дать заключение об опасности поражения электрическим током при касании к электрической установке с пробоем изоляции на корпусе, если человек:

стоит на земле; стоит на деревянном полу; одновременно касается трубы отопления. Сопротивление тела человека – 1000 Ом, пола – 105, обуви –6·104 Ом.

4Произошел обрыв на землю высоковольтного провода, ток замыкания равен 6А. Человек находится в поле растекания потенциалов на расстоянии 1 м от упавшего провода. Ширина шага 0,8 м, грунт – супесь. Найти напряжение шага и оценить опасность поражения.

5Работница прикоснулась к ножу рубильника при включении электроустановки. Напряжение в сети 200/380 В. Нейтраль сети заземлена, сопротивле-

224

ние заземления R3 =18 Ом. Сопротивление тела человека Rч = 1500 Ом, обуви Ro = 350 Ом, пола Rп = 80 Ом Определить величину напряжения прикосновения и оценить опасность поражения

6 Определить, сработает ли предохранитель с номинальным током плавкой вставки 35А, если сопротивление заземления нейтрали и сопротивление защитного заземления равны 4 Ом.

7 Найти сопротивление одиночного заземлителя, количество заземлителей, длину соединительной полосы, сопротивление заземляющего контура, если в наличие имеются стержни диаметром 5 см, длиной 2 м, полоса шириной 6 см, расстояние между стержнями 2.5 м. Допустимое сопротивление принять равным 10 Ом.

8 Определить сопротивление вертикального одиночного заземлителя, выполненного из угловой стали 50х50х5 мм, длиной 3 м, забитого вровень с поверхностью земли. Удельное электрическое сопротивление грунта составляет 40 Ом · м (глина). Грунт средней влажности.

9 Определить сопротивление вертикального одиночного заземлителя, выполненного из угловой стали 50x50x5 мм, длиной 3 м, заземлитель забит в грунт на глубину от поверхности земли до верхнего конца заземлителя 0,8 м.

10 Определить необходимое количество уголков п для выполнения заземляющего устройства (при расположении заземлителей в ряд) сопротивлением Rз = 4 Ом. Заземлитель выполнен из угловой стали 50x50x5 мм, длиной 3 м, забит в грунт на глубину от поверхности земли до верхнего конца заземлителя 0,8 м.

11 Определить сопротивление заземляющего устройства. Заземлители выполнены из угловой стали 50x50x5 мм, длиной 3 м и приварены к соединительной полосе с поперечным сечением 40x4 мм (В = 40 мм = 0,04 м), проложенной в грунте от поверхности земли до середины ширины полосы на глубине t = 0,5 м.

Глава 9. Защита от атмосферного электричества

9.1. Основные характеристики грозовой деятельности

Гроза – это атмосферное явление, сопровождающееся молниями и оглушительными раскатами грома. Молния – это электрический разряд в атмосфере между заряженным облаком и землей или между разноименно заряженными частями облака. Возможны разряды и между соседними облаками. Длина канала молнии обычно достигает нескольких километров, причем значительная часть его находится в грозовом облаке.

Во время грозы можно наблюдать молнии различного вида: плоские - на поверхности облаков; точечные – светящиеся точки, пробегающие на фоне облаков; шаровые – круглая, светящаяся газовая масса, кипящая и разбрасывающая искры диаметром 10-20 см, существующая от долей секунд до нескольких минут, скорость перемещения до 2 м/с по направлению ветра; линейные - искровой разряд с разветвлениями длиной 2-3 км, диаметром в несколько десят-

225

ков сантиметров.

Первичными поражающими факторами молниевых разрядов являются прямые удары (ток молнии достигает сотен и тысяч ампер).

Вторичными – разрушение объектов, расщепление деревьев, пожары, взрывы за счет быстрого испарения материала; обрыв линий электропередач; электрический разряд с проводов и электроаппаратуры; разность потенциалов между отдельными предметами внутри зданий и разряд; разрушение изоляции электроустановок, пробой на корпус и др.

Молния чаще всего ударяет в места выхода на поверхность грунтовых вод, на участки стыка пород земли разной удельной электрической проводимости (рис. 9.1), в места выхлопа газов и выхода дыма из труб (из-за повышенной ионизации воздуха), в наиболее возвышающиеся над землей части зданий и сооружений.

а– включения фунтов высокой электрической проводимости (l – глина, 2 – песок);

б– стыкование фунтов различной электрической проводимости; в, г – повышенная иониза-

ция воздуха (выход нагретых газов)

Рис. 9.1. Избирательность воздействия молнии Ударяет молния в землю и в места с большим удельным электрическим

сопротивлением, если в земле проложены протяженные металлические трубопроводы или кабели [38].

Возможность поражения объекта молнией в значительной степени определяется интенсивностью грозовой деятельности в той местности, где он расположен. Она зависит от его размеров и конфигурации, расположения среди соседних объектов и ряда других условий.

Поле растекания потенциалов при разряде молнии на землю представляет собой окружность на поверхности земли с радиусом R=20 м (иногда до 50м), внутри которой человек или животное могут попасть под напряжение шага.

Шаговое напряжение можно определить по формуле

Uш а б

(9.1)

где а, б – потенциалы ног, В.

Возможность поражения объекта молнией определяется интенсивностью грозовой деятельности в местности, где этот объект расположен, зависит от его размеров и конфигураций, расположения среди объектов.

Интенсивность грозовой деятельности характеризуется средним количеством грозовых часов в год (пч). Иногда грозовую деятельность измеряют количе-

226