Защитное заземление, защитное зануление, расчет заземляющего устройства. Защитное заземление. Принцип действия заземления

Лабораторная работа № 1

Защитное заземление, защитное зануление, расчет заземляющего устройства.

1. Цель работы: Изучить меры защиты от поражения электрических током, защитное зануление, методику расчета контура защитного заземления.

2. Краткие теоретические сведения.

Защитное заземление

Защитным заземлением называется  преднамеренное электрическое соединение с землей или эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус.

Задача защитного заземления – устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшейся под напряжением.

Принцип действия заземления – снижение напряжения между корпусом, оказавшимся под напряжением, и землей до безопасного значения.

Рассмотрим два случая:

Если корпус электрооборудования не заземлен, то прикосновение человека к корпусу, который оказался в контакте с фазой равносильно прикосновению к фазе. В этом случае ток, проходящий через человека, определяется по формуле 1.1

Ih = Uф / Rh + Rоб + Rпола + (Rизол /3), (1.1)

Напряжение, под которым окажется человек, прикоснувшийся к корпусу, напряжение прикосновения составит:

Uпр = Ih ×Rh, (1.2)      

Если корпус заземлен (рис. 1.1), то ток, проходящий через человека при Rоб + Rпола = 0, можно определить по выражению

Ih = (3Uф / Rh × Rиз) × Rз, (1.3)

Рисунок  1.1. Корпус электроприемника заземлен

Зануление

Занулением называется преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.

Принцип действия зануления – превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание (замыкание между фазным и нулевым проводниками) с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную установку от питающей сети.

Зануление требует наличия в сети нулевого защитного проводника, заземления нейтрали источника тока и повторного заземления нулевого защитного проводника.

Назначение нулевого защитного проводника. Различают нулевой защитный и нулевой рабочий проводники.

Нулевым защитным проводником называется проводник, соединяющий зануляемые части с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока (генератора или трансформатора).

Нулевым рабочим проводником называется проводник, служащий для питания током электроприемников и соединенный с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока (генератора или трансформатора)

Рисунок 1.2. Принципиальная схема зануления

При замыкании фазы на корпус (рис. 1.2) по цепи, образовавшейся через землю, будет проходить ток:

Iз = Uф / Rо + Rз, (1.4)

на корпусе относительно земли возникает напряжение

Uк = Iз Rз = Uф × (Rз / Rо + Rз), (1.5)

Назначение заземления нейтрали – снижение до безопасного значения напряжения относительно земли нулевого защитного провода.

Назначение повторного заземления нулевого защитного провода – уменьшение опасности поражения людей электрическим током, возникающей при обрыве нулевого защитного провода и замыкания фазы на корпус за местом обрыва.

Если нулевой защитный проводник будет иметь повторное заземление, то при его обрыве сохранится цепь тока Iз через землю (рис.1.3) , благодаря чему напряжение зануленных корпусов относительно земли, находящихся за местом обрыва, снизится до значения:

Uк = Iз Rп = Uф ×(Rп / Rо + Rп),  (1.6)

Рисунок 1.3. Замыкание фазы на корпус при обрыве нулевого защитного проводника

Расчет заземляющих устройств

При расчете заземляющего устройства определяют тип заземлителей, их количество и место размещения, а также сечение заземляющих проводников.

Сопротивление растеканию заземлителей в основном зависит от удельного сопротивления грунта р, которое определяется в зависимости от состава почвы, ее влажности, температуры, плотности прилегания частиц, наличия растворимых солей и пр.

Ниже приведены величины удельного сопротивления грунта р (Ом*м), полученные на основании опытных данных при влажности грунта 10...20 %:

песок..........................700 Ом-м;

супесок......................300 Ом-м;

суглинок....................100 Ом-м;

глина..........................40 Ом-м;

садовая земля............40 Ом-м;

чернозем....................20 Ом-м;

торф............................20 Ом-м.

Зная расчетное удельное сопротивление грунта, можно определить сопротивление одиночного заземлителя.

Сопротивление вертикального заземлителя при длине 1 (м), диаметре d (мм) определяется по формуле

R₀ =(0,366 р/ /)lg(41/d), (1.7)

В расчетах можно пользоваться упрощенными формулами:

для углубленного пруткового электрода диаметром 12 мм, длиной 5 м - R₀ = 0, 00227 р;

для электрода из угловой стали размером 50 х 50 х 5 мм, длиной 2,5 м - R₀= 0,0034 р;

для электрода из трубы диаметром 60 мм, длиной 2,5 м –

Ro = 0,00325 р, где р - удельное сопротивление грунта выражено в Ом*см.

Число вертикальных заземлителей определяется по формуле

n = R₀/(η R_З), (1.8)

где л - коэффициент экранирования (использования) трубчатых заземлителей определяется по табл. 1.2; R_З - сопротивление заземляющего устройства при линейном напряжении 380 В.

Таблица 1.1.

 Коэффициент экранирования

Число    трубчатых   заземлителей

Коэффициент экранирования т) при отношении расстояния между трубами