Методические рекомендации для проведения практического занятия по дисциплине Охрана труда на тему: Расчет заземления в сетях переменного тока с напряжением до 1000 В.

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство морского и речного транспорта

Печорское речное училище - филиал Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Государственный университет морского и речного флота им. адмирала С.О.Макарова»

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

для проведения практического занятия

по дисциплине Охрана труда

на тему: Расчет заземления в сетях переменного тока

с напряжением до 1000 В.

Разработал:

Преподаватель-организатор ОБЖ

Митяев И.И.

г.Печора,

2017

РАСМОТРЕНО

на заседании предметной (цикловой) методической комиссии

военно-спортивных дисциплин

Протокол № 1

от «06» сентября 2017 года

Председатель______И.И.Митяев

УТВЕРЖДАЮ

зам.директора Печорского речного училища-филиала ФГБОУ ВО «ГУМРФ им.адмирала С.О.Макарова» по учебной работе

__________________Э.Э.Пец

от «___» __________ 2017 года

СОДЕРЖАНИЕ

Пояснительная записка……………………………………...……………….	4
План проведения занятия…………………………………………………...	5
Основная часть ……………………………………………………………	6

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА.

Настоящие методические рекомендации разработаны с целью оказания методической помощи преподавателям, студентам(курсантам) для проведения и выполнения (соответственно) практического занятия по теме «Расчет заземления в сетях переменного тока с напряжением до 1000 В.» учебной дисциплине «Охрана труда».

Основная цель занятия - приобретения навыком расчета заземления в сетях переменного тока с напряжением до 1000 В.

  

Продолжительность 2 час.

I. ПЛАН ПРОВЕДЕНИЯ ЗАНЯТИЯ

1. Перед началом урока подготавливаю технические средства обучения и на доске записываю тему занятия или в дальнейшем демонстрирую ее по мультимедийному проектору.

2. Приветствие курсантов

3. Проверка наличия курсантов по списку.

4. Довожу название темы занятия.

Вспоминаем учебный материал, который изучали на предыдущих уроках. С этой целью провожу фронтальный опрос (письменную проверочную работу).

1. Выдаю Методические рекомендации проведения практического занятия на тему: Расчет заземления в сетях переменного тока с напряжением до 1000 В.

2. Студенты проводят расчеты заземления в сетях переменного тока с напряжением до 1000 В.

3. За 5 минут до окончания занятия собираю раздаточный материал.

4. Провожу краткий опрос по закреплению отработанного материала:

5. Даю задание на самостоятельную работу.

III.ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ.

1. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ:

№ п\п	Наименование мероприятия	Отводимое время (мин)
1	Начало урока (приветствие, отметка об отсутствующих в журнале и др.)	3
2	Проверка знаний по пройденному учебному материалу путём фронтального опроса.	5
3	Показ видеофильма: Оказание ПМП при ранениях	20
4	Раздача методических рекомендаций – в период показа фильма.
5	Объявление новой темы урока.	1
6	Объяснение нового учебного материала.	9
7	Самостоятельный расчет заземления в сетях переменного тока с напряжением до 1000 В.	45
8	Контрольное тестирование или фронтальный опрос.	5
9	Подведение итогов урока и домашнее задание.	2
	Итого:	90

2. Краткий теоретический материал по теме занятия.

2.1. Расчет защитного заземления

Цель работы – приобретение практических навыков в определении основных параметров заземления и самостоятельном решении инженерной задачи расчета защитного заземления электроустановки.

1. Защитное заземление в электроустановках, назначение, принцип действия, область применения.

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее 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.).

Защитное заземление предназначено для устранения опасности поражения электрическим током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.

Область применения защитного заземления – электроустановки по напряжению до 1000 В в сетях с изолированной централью и выше 1000В в сетях с любым режимом нейтрали источника тока (как с изолированной, так и с глухозаземленной).

В соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.030-81 [1] защитное заземление электроустановки следует выполнять:

• при номинальном напряжении 380В и выше переменного тока и 440В и выше постоянного тока во всех случаях;

• при номинальных напряжениях от 42В до 380В переменного и от 110В до 440В постоянного тока при работах в условиях с повышенной опасностью, особо опасных и наружных установках.

Примечание: Характеристики этих условий приведены в обязательном приложении к ГОСТ 12.1.013-78 [2].

Принцип действия защитного заземления в электроустановках напряжением до 1000В:

• снижение напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус и по другим причинам, до безопасных значений.

Это достигается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования за счет малого сопротивления заземляющего устройства, а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек и заземленного оборудования за счет увеличения потенциала основания до значений, близких к потенциалу заземленного оборудования.

В электроустановках напряжением выше 1000В:

• обеспечение такого тока замыкания на земле (I_З), при котором магистральная защита срабатывает за время (), произведение которого на ток через тело человека (I_h) не превысит критерия безопасности (Q):

Q= I_h50..65 мАс.

Примечание: предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов через тело человека с учетом длительности воздействия приведены в ГОСТ 12.1.038-82 [3].

5.1.5. Принципиальная схема защитного заземления приведена на рис. 5.1.

R_h

Рис. 1. Принципиальная схема защитного заземления,

где:

1 - заземленное электрооборудование; 2 – заземлитель защитного заземления;

R_з, R_h – сопротивление защитного заземления и тела человека соответственно, Ом;

I_з – ток замыкания, А; I_h – ток через тело человека, mA;

Z_A, Z_B, Z_C – полное сопротивление изоляции фаз.

Заземление осуществляется с помощью специальных устройств — заземлителей. Заземлители бывают одиночные и групповые. Груповой заземлитель состоит из вертикальных стержней и соединяющей их горизонтальной полосы. Вертикальные электроды закладывают вместе с фундаментом зданий на определенном расстоянии друг от друга. С целью экономии средств ПУЭ [7] рекомендует использовать естественные заземлители.

В качестве естественных заземлителей рекомендуется использовать:

- проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывчатых газов и смесей;

• обсадные трубы скважен;

• металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящихся в соприкосновении с землей;

• свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле;

• другие металлоконструкции, расположенные в грунте.

Естественные заземлители соединяются с магистралями заземления не менее, чем двумя проводниками в разных местах.

3. Перечень средств обучения, используемых на занятии.

1.Компьютер.

2.Мультимедийный проектор.

3.Презентация : Расчет защитного заземления

4.Экран.

5.Раздаточный материал: Методические рекомендации (указания) к ПЗ.

4. Практические задания.

4.1. Ознакомление с содержанием теоретического материала.

4.2. Произвести расчет согласно методики и алгоритма расчета защитного заземления.

5. Порядок выполнения работы.

5.1. Ознакомление с содержанием теоретического материала.

5.2. Изучить Методику и алгоритм расчета защитного заземления.

5.3. Приступить к расчету заземления в сетях переменного тока с напряжением до 1000 В, используя приложения №1.

5.4. Результаты расчетов заземления в сетях переменного тока с напряжением до 1000 В представить преподавателю.

6. Методика и алгоритм расчета защитного заземления.

Цель расчета – определение основных, конструктивных параметров заземления (числа, размеров, порядка размещения вертикальных стержней и длины соединительной полосы, объединяющей их в груповой заземлитель), при которых сопротивление растеканию тока выбранного группового заземлителя (R_гр) не превзойдет нормативного значения (R_зн).

Расчет производится методом коэффициентов использования в нижеприведенной последовательности:

Уточнить исходные данные. Для расчета защитного заземления необходимы следующие сведения:

• характеристика электроустановки (тип установки, рабочее напряжение, способы заземления нейтралей, размещение оборудования и т.п.)

• форма и размеры стержней, из которых предусмотрено изготовить проектируемый заземлитель, предполагаемая глубина заложения их в земле.

6.1. Определить расчетный ток замыкания на землю и соответствующее ему нормативное значение сопротивления растеканию тока защитного заземления.

Расчетный ток замыкания – это наибольший возможный в данной электроустановки ток замыкания на землю. Для электроустановок напряжением до 1000В ток однополюсного замыкания на землю не превышает 10А, т.к. даже при самом плохом состоянии изоляции и значительной емкости сопротивление фазы относительно земли не бывает менее 100 Ом. Нормативное значение сопротивления защитного заземления практически не зависит от этого тока и согласно ПУЭ [7] и ГОСТ 12.1.030-81 [1] не должно превышать значений, приведенных в табл. 1.

В электроустановках напряжением свыше 1000В с изолированной нейтралью расчетное значение тока замыкания на землю может быть определено по следующей полуэмпирической формуле:

(5.1)

где – линейное напряжение сети (на высокой стороне трансформаторной подстанции), кВ;

– длина электрически связанных соответственно кабельных и воздушных линий, км;

Соответствующее полученному расчетному тока замыкания на землю нормативные значения сопротивления заземляющего устройства (ЗУ) выбираются по табл. 1.

Наибольшие допустимые сопротивления защитных заземляющих устройств в соответствии с требованиями ПУЭ [7] и ГОСТ 12.1.030-81 [1] приведены а таблице 1.

При совмещении ЗУ различных напряжений или назначений принимается меньшее из требуемых правилами значение сопротивлений.

6.2. Определить требуемое сопротивление искусственного заземлителя.

При использовании естественных заземлителей R_И определяется по формуле:

, Ом (5.2)

где:

- сопротивление растеканию тока естественных заземлителей, Ом;

- требуемое сопротивление искусственного заземлителя, Ом;

- расчетное нормированное сопротивление ЗУ, Ом; (табл. 1.)

При отсутствии естественных заземлителей требуемое сопротивление искусственного заземлителя равно рассчитанному нормируемому сопротивлению ЗУ:

Таблица 1 Допустимые сопротивления защитных заземляющих устройств

№ п/п	Характеристика электроустановки	Наибольшие, допустимые сопротивления заземляющего устройства, Ом
1	2	3
1	Электроустановки напряжением до 1000В Защитные заземляющие устройства сети с изолированной нейтралью при мощности генератора или трансформатора до 100 кВ·А более 100 кВ·А	10 4
2	Электроустановки напряжением выше 1000В Защитные заземляющие устройства электроустановок сети с эффективно заземленной нейтралью (с большими токами замыкания на землю). Заземляющее устройство выполняется с соблюдением требований к его сопротивлению Защитные заземляющие устройства электроустановок сети с изолированной нейтралью (с малыми токами замыкания на землю). если заземляющее устройство используется только для электроустановок выше 1000В если заземляющее устройство используется только для электроустановок до 1000В	0.5 250/I, но не более 10 (I – расчетный ток замыкания на землю, А) 125/ I, но не более 10

6.3. Определить расчетное удельное сопротивление земли по формуле:

, Омм, (5.3)

где

– расчетное удельное сопротивление земли, Ом·м;

– удельное сопротивление земли, полученное в результате измерений, Ом·м;

ψ– коэффициент сезонности, учитывающий промерзание или высыхание грунта (выбирается по приложение Б, таблица Б.1

6.4. Вычислить сопротивление растеканию тока одиночного вертикального заземлителя Rв, Ом.

Расчетная формула выбирается по табл. 1.17 [6] в завимости от типа, геометрических размеров и условий залегания. В случае стержневого круглого сечения (трубчатого) заземлителя, заглубленного в землю (рис. 2), расчетная формула имеет вид:

0,8м t

Ом, (5.4)

l

d

где

расчетное удельное сопротивление грунта, определенное по формуле 5.3, Ом·м;

длина вертикального стержня, м;

диаметр сечения, м;

расстояние от поверхности грунта до середины длины вертикального стержня, м.

6.5. Рассчитать приближенное (минимальное) количество вертикальных стержней:

(5.5)

где

– сопротивление растекание тока одиночного вертикального заземлителя, Ом;

– требуемое сопротивление искусственного заземлителя, Ом;

Полученное число стержней округляют до справочного значения [5].

6.6. Определить конфигурацию группового заземлителя – ряд или контур — с учетом возможности его размещения на отведенной территории и соответствующую длину горизонтальной полосы:

по контуру , м (5.6)

ряд , м (5.7)

где:

а – расстояние между вертикальными стержнями, м, определяемое из соотношения:

(5.8)

где коэффициент кратности, равный 1, 2, 3;

длина вертикального стержня.

количество вертикальных стержней.

6.7. Вычислить сопротивление растеканию тока горизонтального стержня Rr, Ом.

Расчетные формулы приведены в табл. 1.17 [6]. В случае горизонтального полосового заземлителя (рис. 5.3) расчет выполняется по формуле:

0,8 t

b Ом (5.9)

где

расчетное удельное сопротивление грунта, Ом·м;

длина горизонтальной полосы, м;

ширина полосы, м;

расстояние от поверхности грунта до середины ширины горизонтальной полосы.

Выбирать коэффициенты использования вертикальных стержней и горизонтальной полосы с учетом числа вертикальных стержней и отношения расстояния между стержнями к их длине (Приложение Б, таблицы Б.2, Б.3).

6.8. Рассчитать эквивалентное сопротивление растеканию тока

группового заземлителя:

, (5.10)

где

– соответственно сопротивления вертикального стержня и горизонтальной полосы, Ом;

- соответственно коэффициенты использования вертикальных стержней и горизонтальной полосы, Ом;

n – количество вертикальных стержней.

Полученное сопротивление растеканию тока группового заземлителя не должно превышать требуемое сопротивление, определенное в пункте 5.2.3:

(5.11)

Если полученное сопротивление группового заземлителя удовлетворяет условию 5.9, расчет считается выполненным. Если больше или значительно меньше требуемого (20%), необходимо внести поправки в предварительную схему ЗУ:

изменить количество вертикальных стержней;

конфигурацию ЗУ;

произвести повторный расчет, начиная с пункта 5.2.6.

Таким образом, защитное заземление рассчитывается путем последовательных приближений.

Рассчитанные параметры ЗУ привести в таблице 5.2.

Таблица 2. Рассчитанные параметры ЗУ.

гр Ом·м	lв, м	К	n, шт	lг, м	в	г	Rв, Ом	Rг, Ом	Rгр, Ом	Rи, Ом

Приложение Б

К расчету защитного заземления

Таблица Б.1 - Приближенные значения удельных электрических сопротивлений различных грунтов и воды, Ом  м

Грунт, вода	Возможные пределы колебаний	При влажности 10 – 20% к массе грунта
Глина	8 – 70	40
Суглинок	40 – 150	100
Песок	400 – 700	700
Супесок	150 – 400	300
Торф	10 – 30	20
Чернозем	9 – 53	20
Садовая земля	30 – 60	40
Каменистый	500 – 800	-
Скалистый	104 – 107	-
Вода:
Морская	0,2 – 1	-
Речная	10 – 100	-
Прудовая	40 – 50	-
Грунтовая	20 – 70	-
в ручьях	10 – 60	-

Примечания: 1. Удельное электрическое сопротивление грунта есть сопротивление куба грунта с ребром 1 м.

2. При малом процентном содержании влаги в грунте возможны большие значения сопротивлений.

3. Удельные сопротивления грунтов колеблются в течение года, что учитывается при расчетах введением так называемых сезонных коэффициентов сопротивления грунта (см. табл. 4- 6).

4.В таблице приведены приближенные значения удельных сопротивлений грунтов и воды. Пользоваться этими значениями, как и значениями, взятыми из других литературных источников, для расчетов заземлений нельзя, так как они могут отличаться от истинных в десятки и сотни раз. Для расчетов должны использоваться значения удельных сопротивлений грунтов, полученные натурными измерениями сопротивления грунта на том участке, где будет сооружаться заземлитель.

Таблица Б.2 - Коэффициенты использования _в вертикальных электродов группового заземлителя (труб, уголков, и т. п.) без учета влияния полосы связи

Число заземлителей	Отношение расстояний между электродами к их длине
	Электроды размещены в ряд (рис. 1.6, а)					Электроды размещены по контуру (рис. 1.6, б)
2	0,85		0,91		0,94	-	-		-
4	0,73		0,83		0,89	0,69	0,78		0,85
6	0,65		0,77		0,85	0,61	0,73		0,8
10	0,59		0,74		0,81	0,56	0,68		0,76
20	0,48		0,67		0,76	0,47	0,63		0,71
40	-		-		-	0,41	0,58		0,66
60	-		-		-	0,39	0,55		0,64
100	-		-		-	0,36	0,52		0,62

Таблица Б.3 - Коэффициенты использования _г горизонтального полосового электрода, соединяющего вертикальные электроды (трубы, уголки и т. п.) группового заземлителя

Отношение расстояний между вертикальными электродами к их длине	Число вертикальных электродов
	2	4		6		10			20			40		60			100
	Вертикальные электроды размещены в ряд
1	0,85		0,77		0,72		0,62			0,42		-			-			-
2	0,94		0,80		0,84		0,75			0,56		-			-			-
3	0,96		0,92		0,88		0,82			0,68		-			-			-
	Вертикальные электроды размещены по контуру
1	-		0,45	0,40				0,34			0,27		0,22			0,20			0,19
2	-		0,55	0,48				0,40			0,32		0,29			0,27			0,23
3	-		0,70	0,64				0,56			0,45		0,39			0,36			0,33

Таблица Б.4 - Признаки климатических зон для определения коэффициентов сезонности 

Характеристика климатической зоны	Климатические зоны СССР
	I	II	III	IV
Средняя многолетняя низшая температура (январь), 0С	От – 20 до – 15	От – 14 до – 10	От – 10 до 0	От 0 до + 5
Средняя многолетняя высшая температура (июль), 0С	0т + 16 до + 18	От + 18 до + 22	От + 22 до +24	От + 24 до + 26
Среднегодовое количество осадков, см	 40	 50	 50	30 – 40
Продолжительность замерзания вод, дни	190 – 170	 150	 100	0

Таблица Б.5 - Коэффициенты сезонности  для слоя сезонных изменений в многослойной земле

Климатическая зона по табл.4	Условная толщина слоя сезонных изменений, м	Влажность земли во время измерений ее сопротивления
		Повышенная	Нормальная	Малая
I	2,2	7,0	4,0	2,7
II	2,0	5,0	2,7	1,9
III	1,8	4,0	2,0	1,5
IV	1,6	2,5	1,4	1,1

Таблица Б.6 - Коэффициенты сезонности  для однородной земли

Климатическая зона по табл. 4			Состояние земли во время измерений ее сопротивления при влажности
			Повышенной			Нормальной	Малой
		Вертикальный электрод длиной 3 м
I		1,9			1,7			1,5
II		1,7			1,5			1,3
III		1,5			1,3			1,2
IV		1,3			1,1			1,0
		Вертикальный электрод длиной 5 м
I		1,5		1,4					1,3
II		1,4		1,3					1,2
III		1,3		1,2					1,1
IV		1,2		1,1					1,0
		Горизонтальный электрод длиной 10 м
I		9,3		5,5						4,1
II		5,9		3,5						2,6
III		4,2		2,5						2,0
IV		2,5		1,5						1,1
		Горизонтальный электрод длиной 50 м
I		7,2		4,5							3,6
II		4,8		3,0							2,4
III		3,2		2,0							1,6
IV		2,2		1,4							1,12

Таблица Б.7 - Перечень индивидуальных заданий

№п/п	Трансформаторная подстанция напряжением U, кВ	Размеры здания		Расчетное сопротивление естественного заземлителя, Rе, Ом	Протяженность линии электропередач		Параметры вертикального электрода		Параметры горизонтального электрода	Удельное сопротивление земли  измеренное, Ом  м	Климатическая зона
		Длина L, м	Ширина В, м		lК.Л. ,км	LВ.Л., км	Длина lВ, м	Диаметр d, м	Сечение полосы, мм2
1	6/ 0,4	24	12	15	70	65	5	12	4 х 40	120	I
2	10/ 6	24	12	18	45	70	3	14	4 х 40	110	II
3	10/ 0,4	18	6	17	50	60	3	12	6 х 56	130	III
4	6/ 0,4	12	12	19	85	75	5	14	8 х 60	70	IV
5	10/ 6	24	18	13	92	63	5	12	4 х 32	80	I
6	10/ 6	18	12	16	75	54	5	14	6 х 60	110	II
7	6/ 0,4	12	18	18	84	65	3	12	6 х 50	90	III
8	10/ 0,4	30	12	16	73	68	5	14	4 х 48	114	IV
9	10/ 0,6	30	18	14	82	74	5	16	4 х 32	70	I
10	6/ 0,4	18	12	12	91	69	3	12	6 х 48	160	II
11	10/ 0,4	18	12	-	49	38	5	16	4 х 50	162	III
12	10/ 6	24	12	14	94	65	5	17	6 х 56	90	IV
13	10/ 0,4	24	18	-	78	65	3	18	8 х 50	80	I
14	6/ 0,4	12	6	18	73	62	5	19	4 х 56	162	II
15	10/ 6	18	12	10	86	63	5	20	8 х 48	150	III
16	10\ 0,4	12	18	11	93	54	3	22	4 х 56	122	IV
17	6/ 0,4	18	12	12	99	86	5	14	8 х 25	160	I
18	10/ 0.4	24	12	17	75	53	5	15	4 х 56	120	II
19	10/6	12	6	19	73	54	5	16	8 х 32	110	III
20	6/ 0,4	18	12	13	92	68	5	18	4 х 48	190	IV

7. Контрольные вопросы:

1. Назначение защитного заземления;

2. Принцип действия защитного заземления;

3. Область применения защитного заземления;

4. Цель расчета защитного заземления;

5. Нормирование значений сопротивления заземляющего устройства;

6. Физический смысл коэффициента использования заземлителя.

Литература

ГОСТ 12.1.030.-81. ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление. Введ. 01.07.82г.

ГОСТ 12.1.013.-78. ССБТ. Строительство. Электробезопасность. Общие требования. Введ. 01.01.80г.

ГОСТ 12.1.038.-82. ССБТ. Предельнодопустимые уровни напряжений прикосновения и токов. Введ. 01.07.83г.

П.А. Долин. Основы техники безопасности в электроустановках. – М.: Энергия.- 1984.-448 с.

М.О. Найфельд. Заземление, защитные меры электробезопасности. –М.: Энергия.- 1971.

П.А. Долин. Справочник по технике безопасности. –М.: Энергоатомиздат 1984.-824 с.

Правила устройства электроустановок. -М.: Энергоатомиздат.- 1987.-648 с.