Расчёт заземления

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землёй или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциала, разряд молнии и т.п.).

Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус и другими причинами. Это достигается путём уменьшения потенциала заземлённого оборудования (уменьшением сопротивления заземлителя).

Область применения защитного заземления – сети с напряжением до или выше 1000В переменного тока, трёхфазные, однофазные, постоянного тока.

В проектируемой в рамках дипломной работы системе мониторинга цен присутствует блок вторичного питания системного блока ПЭВМ, который, в свою очередь, должен быть запитан от трёхфазной промышленной сети предприятия (U = 380 В, 50 Гц) с заземленной нейтралью.

Таким образом, необходимо рассчитать заземлитель для блока вторичного питания, используемого для проектируемой системы тестирования.

Для заземления электроустановок следует использовать в первую очередь естественные заземлители. К ним относят: металлические части (арматуру) железобетонных конструкций, например фундаментов зданий; металлические подземные коммуникации (трубопроводы, броня и оболочки кабелей); некоторые наземные коммуникации (рельсовые пути) и др. Если естественные заземлители обеспечивают выполнение требований, предъявляемых к параметрам заземляющих устройств, то искусственные заземлители нужно применять, лишь когда необходимо уменьшить токи, протекающие по естественным заземлителям или стекающие с них в землю. Таким образом, в ряде случаев можно ограничиваться только использованием естественных заземлителей и отказаться от искусственных, что дает обоснованное снижение затрат материалов, труда, капиталовложений при монтаже и облегчает эксплуатацию заземляющих устройств.

Исходные данные: блок вторичного питания принимает на вход напряжение трёхфазной промышленной сети (U = 380 В, 50 Гц) с заземленной нейтралью, и имеет на выходе постоянное напряжение от 0 до 40 В. Система размещена в отдельном одноэтажном здании на территории предприятия. Размеры здания в плане указаны на Рис.3.

Рис.3. План здания

В качестве естественного заземлителя будет использоваться металлическая технологическая конструкция, частично погруженная в землю, её расчетное сопротивление растеканию (с учетом сезонных изменений) Rе = 15 Ом.

Ток замыкания на землю неизвестен, однако известна приближенная протяженность линий (кабельных и воздушных): l_к.л. = 60 км, l_в.л.= 55 км. Заземлитель предполагается выполнить из вертикальных стержневых электродов длиной l_в = 3,05 м, диаметром d = 8 мм. Верхние концы электродов соединяются с помощью горизонтального электрода – стальной полосы суммарной длиной L_г = 35 м, сечением 4х20 мм, уложенной в землю на глубине t₀ = 0,6 м. Удельные сопротивления земли на участке (грунт – суглинок – нижний слой, супесок - верхний), где предполагается сооружение заземлителя: для вертикального электрода длиной 3м r_расч,в = 150 Ом×м, для горизонтального длиной 35 м r_расч,г = 210 Ом×м.

Расчёт:

Методика расчёта соответствует рекомендациям[9].

Определим расчётный ток замыкания на землю:

(1)

Расчитаем требуемое сопротивление растеканию заземлителя, согласно рекомендациям правил устройства электроустановок (ПУЭ):

(2)

где выбрано в соответствии с [10], α1 и α2 выбраны по рекомендациям [3]. Однако, ПУЭ требуют, чтобы сопротивление заземлителя было не более 10 Ом (для установок до 1000 В), поэтому примем Rз = 10 Ом. Rе = 15 Ом, следовательно, использования только лишь естественного заземлителя будет недостаточно.

Рассчитаем требуемое сопротивление искусственного заземлителя, устанавливаемого в дополнение к естественному:

(3)

Уточним параметры заземлителя путём проверочного расчёта. Из предварительной схемы (Рис. 42) видно, что суммарная длина горизонтального электрода Lг = 35м, а количество вертикальных электродов n=6шт.

Определим расчётные сопротивления растеканию электродов – вертикального Rв и горизонтального Rг по рекомендациям [9]:

		(4)
		(5)

Тогда сопротивление растеканию принятого нами группового заземлителя:

(6)

учитывая, что ,

Полученное сопротивление искусственного группового значительно меньше, чем требуемое Rи, поэтому принимаем решение изменить контур на изображенный на Рис.4.

Рис.4. Уточнённый план здания

Пересчитаем Rг и R для нового контура по формулам (7), (8):

, n = 2шт, ,

		(7)
		(8)

Это сопротивление меньше требуемого, но эта разница в 9 В повышает условия безопасности, а именно допустимый ток замыкания на землю, поэтому принимаем этот результат как окончательный.

Таким образом, искусственный заземлитель будет состоять из 2 вертикальных стержневых электродов длиной 3 м и диаметром 8 мм, расстояние между которыми 5 м, и горизонтального электрода в виде стальной полосы длиной 5м, сечением 4х20мм, заглубленных в землю на 0,6м.

Список литературы

[1]	Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03, — СПб.: ДЕАН, 2003.
[2]	Г. 2.2.5.1313-03., Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны..
[3]	С. 2.2.4.548-96, Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений.
[4]	Гигиенические требования к аэроионному составу воздуха производственных и общественных помещений. СанПиН 2.2.4.1294-03., — СПб.: ДЕАН, 2003.
[5]	Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий. СН 2.2.4/2.1.8.566-96., — СПб.: ДЕАН, 1996.
[6]	С. 23-05-95, Естественное и искусственное освещение.
[7]	Технический регламент по пожарной безопасности в Российской Федерации..
[8]	Г. к. Р. п. телекоммуникациям, «Методика проведения работ по комплексной утилизации вторичных драгоценных металлов из отработанных средств вычислительной техники», 1999.
[9]	Д. П.А., Основы техники безопасности в электроустановках, Энергоатомиздат, 1984.
[10]	Г. 12.1.038-82, ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ Предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов.
[11]	Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. ГН 2.1.6.1338-03., — СПб.: ДЕАН, 2003.
[12]	Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. СанПиН 2.2.4.548-96, — СПб.: ДЕАН, 1996.
[13]	Инструкция по технике безопасности при работе на компьютере [Электронный ресурс] / Информсвязь, — Режим доступа: http://web.vrn.ru/gorzdrav/document_inf_files/tbcomputer.htm.