Пример расчета защитного заземления методом коэффициентов использования

1. Исходные данные

Напряжение электроустановки U, В Расчетный ток замыкания на землю Iз, А Мощность питающего трансформатора Р, кВА Форма вертикальных заземлителей, м Рразмеры вертикальных заземлителей, м l d Глубина заложения t0,м Растояние между вертикальными заземлителями a, м Ширина горизонтальной соединяющей полосы bп, м Род грунта Климатическая зона Конфигурация заземлителя Примечание

380 - 250 труба 3,0 0,06 0,7 4,5 0,04 Суглинок 11 Контур Сеть с изолированной нейтралью

2. Для электроустановок напряжением до 1000 В сети с изолированной нейтралью при мощности питающего транс­форматора Р > 100 кВА допустимое сопротивление заземля­ющего устройства (см. табл. 1)Ом.

3. Сопротивление растеканию одиночного заглубленного трубчатого вертикального заземлителя подсчитываем по формуле (см. табл. 2)

где

(значение р_грунта принято по табл. 3, величина коэффициен­та сезонности для вертикальных электродов Ψ= 1,7 опреде­лена по табл. 4 для II климатической зоны);

Ом.

4.При находим исходное число вертикальных труб

шт.

Для n₁=1 и a/l=4,5/3=1,5 c учетом интерполяции по табл.5 имеем

Уточняем число труб.

шт.

Аналогично предыдущему

шт.

Округляем до ближайшего целого, окончательно принимаем n=20;

5. Для полосового заземлителя, расположенного в земле, сопротивление растеканию (см. табл. 2)

где м;

(значение коэффициента для горизонтальной полосы Ψ=4 принято по табл.4 для II климатической зоны).

Ом

Согласно табл. 6 при n=20, a/l=1,5 и расположении труб в заземлителе по контуру η_г=0,295.

6. Вычислим результирующее сопротивление растеканию группового заземлителя по формуле (3)

Ом.

7. Так как вычисленное R_гр<R_з,то определенные и хо­де расчета число труб n=20 и длину соединяющей полосы L = 94,5 м принимаем окончательно.

Экспериментальная часть

Сопротивление растеканию защитного заземления может быть измерено несколькими способами с применением раз­личных приборов. В лабораторной работе используется пере­носной взрывобезопасный измеритель сопротивления зазем­ления типа М-416.

Прибор размещен в пластиковом корпусе с откидной крышкой. На лицевой стороне прибора расположены: руко­ятка переключателя пределов измерения, рукоятка реохор­да, кнопка включения прибора, регулятор чувствительности и четыре зажима для присоединения измерительных прово­дов, которые обозначены цифрами 1, 2, 3, 4. Этим прибором можно .измерить сопротивление заземления от 0,1 до 1000 Ом в диапазонах: 0,1—10; 0,5—50; 2—200 и 10—1000.

Принцип действия прибора М-416 основан на компенса­ционном методе измерения с применением вспомогательного заземлителя R_всп и потенциального электрода (зонда) R _z. Сущность компенсационного метода (рис. 4) заключается в уравновешивании напряжений, падающих на сопротивлении растеканию заземляющего устройства (R_x) и на колпброванном сопротивлении (R).

Калиброванный резистор R подключается к измерительному трансформатору Т_р с коэффициентом трансформа­ции 1. При этом ток в цепи калиброванного сопротивления I₂ по величине равен току, протекающему через испытуемое заземление I₁:

Передвигая подвижной контакт К, добиваются пулевого показания индикатора (мкА), что соответствует

так как

Принципиальная электрическая схема прибора М-416 приведена на рис.5.

Схема состоит из трех основных функциональных узлов: источника постоянного тока, преобразователя постоянного тока в переменный (генератора) и измерительного устрой­ства.

Принцип работы отдельных узлов прибора следующий.

Источником питания служат три последовательно соеди­ненных элемента напряжением по 1,5 -В. Постоянный ток преобразуется в переменный для исключения погрешностей .измерения, обусловленных электролизом грунтовых иод при протекании постоянного тока.

Преобразователь собран на транзисторах VI — V3. На транзисторе V1 с трансформатором Тр 1 собран задающий генератор, а на транзисторах V2 и V3 с трансформатором Тр2 — усилитель мощности.

Измерительное устройство состоит из трансформатора ТрЗ, сдвоенных резисторов R7 и R8 с циферблатом, галетного переключателя В1 и усилителя переменного тока с фазочувствительным синхронным детектором и индикатором.

Усилитель переменного тока предназначен для повыше­ния чувствительности прибора и выполнен на двух транзи­сторах V4 и V5 по схеме с общим эмиттером. На входе уси­лителя включен фильтр, состоящий из СЗ, С5 и Др1, с по­мощью которого практически .исключается влияние блужда­ющих переменных токов промышленной частоты.

Выход усилителя нагружен на фазочувствительный син­хронный детектор, выполненный на двух диодах ДЗ и Д4, включенных но схеме однополупериодного выпрямителя. Вы­прямленное напряжение поступает на индикатор ИП, в ка­честве которого служит микроамперметр магнитоэлектриче­ской системы.

При .измерении выход преобразователя (генератора) под­ключается к вспомогательному заземлителю R_всп (зажим 4) и через первичную обмотку трансформатора ТрЗ — к из­меряемому сопротивлению R_x (зажим 1). Таким образом, создается основная цепь.

Вторичная обмотка трансформатора ТрЗ подключается к специальному калиброванному резистору (реохорду) R1 или R8 в зависимости от величины измеряемого сопротивления.

При такой схеме включения, помимо основной цепи тока, через землю создается цепь тока через резистор R1 или R8. Схема обеспечивает равенство этих токов. Регулируя вели­чину калиброванного резистора, .изменяют напряжение на резисторе R9, включенном между движком реохорда и за­жимом 3. К зажиму 3 прибора подключается потенциальный электрод (зонд) R _z. Разностное напряжение с резистора R9 подается через усилитель и детектор на индикатор ИП.

Момент компенсации наступает при таком положении подвижного контакта К реохорда R7 (R8), при котором па­дение напряжения на нем pau.no падению напряжения на измеряемом сопротивлении R _х При этом ток в цепи инди­катора равен нулю.

Реохорд имеет оцифрованную шкалу, что позволяет не­посредственно определять измеряемое сопротивление в омах.

Порядок работы с прибором М-416 следующий.

После проверки работоспособности прибора (в режимах «Контроль питания» и «Контроль 5 Ом») собирают схему для измерения R _х. Переключатель диапазонов устанавлива­ют .в положение XI, а регулятор чувствительности поворачи­вают влево (в сторону уменьшения чувствительности). За­тем .нажимают кнопку питания и, вращая ручку реохорда, устанавливают стрелку индикатора на нуль, увеличивая чув­ствительность по мере приближения стрелки к нулю до мак­симальной.

Если измеряемое сопротивление окажется больше 10 Ом, переключатель диапазонов измерения ставят последователь­но в положение Х5, Х20 или Х100. Результат .измерения ра­вен произведению показания на шкале реохорда на множи­тель, указанный на отметке, соответствующей положению переключателя диапазонов.

В качестве вспомогательного заземлителя и зонда при­меняются стальные, неокрашенные стержни диаметром 0,01—0,02 м, длиной 0,8—1 м. Стержни забивают в грунт на глубину не менее 0,5 м.

Расстояние между .измеряемым заземлителем R_x, вспо­могательным заземлителем R_всп и зондом R_z принимают ,в зависимости от устройства заземлителя R _х. Наименьшие расстояния, обеспечивающие приемлемую точность измере­ний, приведены на рис. 6.

Во время измерений прибор М-416 располагают как мож­но ближе к испытуемому заземлителю. Соединительные про­вода должны быть медными изолированными с сопротивле­нием 0,1—0,2 Ом.

При измерениях больших сопротивлений (от 10 до 1000 Ом), когда сопротивления соединительных проводов практически не влияют на величину измеряемого сопротив­ления заземления, зажимы прибора 1 и 2 соединяют пере­мычкой и присоединяют к измеряемому сопротивлению R_x одним проводом. При измерении малых сопротивлений (от 0,1 до 10 Ом), с величиной которых соизмеримо сопротивление

соединительных проводов, каждый зажим прибора при­соединяется к измеряемому сопротивлению отдельным проводом.

Измерение сопротивления заземляющего устройства про­изводится после монтажа, через год после включения в экс­плуатацию, а в последующем — при комплексном ремонте электроустановки, но не реже чем через 10 лет на электро­станциях, подстанциях ,и линиях электропередачи энергоси­стем, через 3 года — на подстанциях потребителей и через 1 год—цеховых электроустановках потребителей.

Кроме периодических измерений, делают, и внеочеред­ные — после капитальных ремонтов или переустройства ес­тественных или искусственных заземлителей.

Испытания следует проводить в периоды наименьшей проводимости грунта: летом при наибольшем просыхании почвы, зимой при наибольшем ее промерзании.

Проверку оформляют актом, и результаты записывают в технический паспорт установки.

РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

1. Усвоить назначение, принцип действия, область приме­нения защитного заземления. Разобраться с устройством ес­тественных и искусственных заземлителей, заземляющих проводников.

2. Изучить компенсационный метод 'измерения сопротив­ления растеканию тока заземлителей. Ознакомиться с прин­ципиальной схемой .и правилам,!] пользования прибором М-416.

3. Собрать последовательно схемы для измерений сопро­тивлений R_x, R_z и R_nin (рис. 7), выполнить измерение этих величин прибором М-416, полученные результаты занести в отчет по лабораторной работе.

Заводской номер прибора

Rx, Ом

Rz, Ом

Rвсп. Ом

4. По исходным данным, которые задаются преподавате­лем, выполнить расчет защитного заземления методом коэф­фициентов использования.

Напряжение электроустановки С , В

Расчетным ток замыкания на зем.лю / з. А

Мощность питающих генераторов или трансформаторов Р

кВА

Форма вертикальных заземлителей

Размеры вертикальных заземлптелей м :

d или by

Глубина заложения b₀, м

Расстояние между вертикальными заземлителями а, м

Ширина горизонтальной соединяющей полосы bп, м

Род грунта

Климатическая зона

Конфигурация заземлителя

Примечание

5. Результаты расчетов представить в виде следующих выводов:

ρ_грунта Ом • м

Коэффициенты сезонности Ψ

для вертикальных заземлителей

для горизонтальной полосы

Сопротивление растеканию одиночнго вертикального зазем-

лителя R_B, Ом

Число вертикальных заземлнтелеп п, шт

Длина соединяющей горизонтальной полосы L , м Сопротивление растеканию соединяющей полосы R_r, Ом Коэффициенты использования:

η_в :

η_г :

Сопротивление растеканию группового заземлителя Rгр. Ом

Допустимое сопротивление защитного заземления Rз. Ом

6. По заданию преподавателя рассчитать на ЭВМ EG 666/6 параметры заземляющего устройства, обеспечива­ющие минимум затрат металла при соблюдении требований на допустимую величину сопротивления. Указания о поряд­ке работы с ЭВМ EG 666/6 in программу вычислений полу­чить у лаборанта.

КОНТРОЛЬНЫЙ ВОПРОСЫ

I В чем состоит защитное действие заземления?

2. Как нормируется защитное заземление по допустимой величине сопротивления растеканию электрического тока?

3. В каких электрических сетях защитное заземление не эффективно и почему?

4. Какие электроустановки подлежат обязательному защитному за­ землению независимо от условий их эксплуатации?

5. Можно ли использовать алюминиевую оболочку силовых кабелей и качестве заземляющего проводника?

6. От чего зависит величина сопротивления растеканию одиночных заземлителей?

7. Как рассчитать сопротивление растеканию горизонтальной полосы, вертикального уголка, трубы?

8. Что такое удельное сопротивление грунта ρ ? От чего оно зависит, в каких единицах измеряется?

9. Для чего нужны коэффициенты сезонности Ψ?

10. Что учитывается коэффициентами использования η? От чего за­висит их величина?

11. Какой метод измерения сопротивления заземления использован и приборе М-416, в чем его сущность?

12. С какой целью постоянный ток преобразуется в переменный при измерениях сопротивления заземляющих устройств?

13. Каковы контрольные сроки измерения сопротивления защитного заземления цеховых электроустановок потребителей?

Рис. 1. Прикосновение человека к заземленному корпусу электроустановки

при пробое изоляции: я — схема прикосновения; б — эквивалентная

схема замещения

Способы размещения вертикальных электродов в групповом заземлителе: а – в ряд; б – по контору.

Рис 3 Взаимное экранирование заземлителей при параллельном их включении

Рис 4. Схема измерения сопротивления заземления компенсационным методом

Рис 5. Принципиальная электрическая схема прибора М-416

Рис 6. Рекомендуемое взаимное расположение-электрвдов (зондовов) и минимальные расстояния между ними при измерении сопротивления: а— одиночных заземлителей; б – контурных заземлителей (D – наибольшая диагональ контура заземления)

Рис 7. Схема присоединения прибора М-416 для измерения : a- сопротивления Rx,

б - сопротивления Rz; в- сопротивления Rп.