ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время на предприятиях имеет место высокий уровень производственногоэлектротравматизма. Люди, работающие с электроустановками, не только получают травмы, но и гибнут.
Одним из наиболее простых и эффективных способов защиты человека от поражения электрическим током при работе с электроустановками является их заземление с помощью различного вида заземляющих устройств.
В настоящее время широкое распространение получили заземляющие устройства, выполняемые из вертикальных и горизонтальных заземлителей и совершенно нет заземляющих устройств, выполняемых из труб и шаровых заземлителей.
В данной работе произведена попытка объединить в единое целое все виды этих заземляющих устройств, дать описание их конструкций и произвести расчеты.
Данные методические указания рекомендуются студентам технических вузов и техникумов, занимающихся разработкой конструкции заземляющих устройств и их расчетами.
Авторы просят читателей высказать замечания и предложения по данной работе и направить их по адресу: Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина 3, МарГТУ, кафедра «Безопасность жизнедеятельности», Кичкину Ю.Ф., Глухову О.А.
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Заземление - это преднамеренное электрическое соединение корпусов электроустановок посредством заземляющих устройств с землей. Цель заземления - снизить напряжение относительно земли, которое может появиться на металлических нетоковедущих частях установок, до безопасной величины.
Различают два вида заземления: рабочее, предназначенное для обеспечения электробезопасности в нормальных и аварийных режимах работы электроустановок, и защитное, предназначенное для обеспечения электробезопасности при аварийных режимах работы электроустановок.
В соответствии с ГОСТ 12.1.0300 - 81 системы стандартов безопасности труда (ССБТ) [1] заземлению подлежат:
- все электроустановки, питающиеся электрическим током напряжением 380 вольт и более переменного тока и 440 вольт и более постоянного тока, а также электроустановки, питающиеся напряжением 110-140
вольт переменного тока и 42-380 вольт постоянного тока и находящиеся в условиях с повышенной опасностью и особо опасных;
- приводы электрических аппаратов;
- корпуса электрических машин, трансформаторов, аппаратов, светильников;
- корпуса распределительных щитов, щитков и шкафов;
- металлические конструкции распределительных и кабельных установок;
- металлические оболочки проводов, трубы и рукава электропроводки;
- кожухи и опорные конструкции шинопроводов;
- тросы и стальные полосы, на которых укреплены кабели и провода;
- металлические корпуса передвижных и переносных токоприемников;
- электрооборудование, размещенное на движущихся частях станков,машин и механизмов;
- электрооборудование от перенапряжения и защиты от статическогоэлектричества;
- здания и сооружения для защиты от атмосферного электричества(молниезащита).
Не требуется заземлять:
- корпуса электроустановок, установленных на заземленных металлических конструкциях и имеющих хороший с ними контакт (щитки,шкафы, станины станков и др.);
- металлоконструкции с установленными на них заземленными электроустановками;
- арматуру изоляторов всех типов, оттяжек, кронштейнов, осветительной арматуры при установке их на деревянных опорах или на деревянных конструкциях открытых подстанций;
- съемные или открывающиеся части каркасов, шкафов, огражденийи др., если на них не установлено электрооборудование или если напряжение установленного на них электрооборудования не превышает 42
вольта переменного тока и 110 вольт постоянного тока;
- корпуса электроприемников с двойной изоляцией;
- электроустановки, питающиеся электрическим током напряжениемдо 42 вольт переменного тока и до 110 вольт постоянного тока (исключение представляют электроустановки во взрывоопасных зонах любого
класса и электросварочные установки).
РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА, ВЫПОЛНЯЕМОГО ИЗ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ЗАЗЕМЛИТЕЛЕЙ
Существуют два вида вертикальных заземлителей: трубчатые длиной 2,5-3,0 м диаметром 0,025-0,05 м и прутковые длиной 4,5-5,0 м диаметром 0,012-0,016 м, закладываемые в дно траншеи шириной в=0,5 м и глубиной h=0,5-0,8 м (рис. 2.1), жестко соединенные верхними концами соединительной полосой шириной 0,02-0,04 м и толщиной 0, 035-0,04 м [1-3].
Допускается применение мелкосортного профильного материала–угловойстали сечением 0,05x0,05 м и 0,06x0,06 м.
Погружение заземлителей в дно траншеи может осуществляться забивкой, вдавливанием и ввинчиванием, но для этого необходима разработка и изготовление специальных приспособлений, монтируемых на базе отечественных машин [6].
Расчет производится для случая монтажа заземляющего устройства в однородный изотропный грунт с одинаковой величиной удельного сопротивления фунта.
 | |||
 | |||
Рис. 2.1. Типовая схема заземляющего устройства, выполняемого из вертикальных
заземлителей: а - продольное, б - поперечное сечение заземляющего устройства:
1 -проводник, 2 - горизонтальная соединительная полоса; 3- заземлители; 4 - траншея
Методика расчета
2.1.1. Исходные данные для расчета
Вид электросети
Напряжение в сети, В
Климатическая зона II
Вид грунта суглинок
Вид заземлителя,
Высота заземлителя, Н3, м 2,9
Диаметр заземлителя, d, м 0,035
Тип производственного помещения - деревообрабатывающий цех:
длиной l, м 25
шириной а, м 9
2.1.2. Определяем расчетное удельное сопротивление грунта
где р - удельное сопротивление грунта (табл. 2.1);
- повышающий коэффициент климатической зоны (для I зоны-1,8; II зоны-1,6; III зоны-1,4; IV зоны-1,2)
Таблица 2.1
Удельное сопротивление грунта и воды р
| п/п | Вид грунта | р, Ом*м | № п/п | Вид грунта и воды | р, Ом*м |
| Песок: сухой влажный | 25*102 6*102 | Глина | 0,6*102 | ||
| Супесь | 3*102 | Вода: речная | 1*102 | ||
| Чернозем | 0,2*102 | прудовая | 0,5*102 | ||
| Суглинок | 1*102 | грунтовая | 0,5*102 | ||
| Торф | 0,2*102 | морская | 0,01*102 |
2.1.3. Определяем сопротивление растеканию тока в земле одиночного заземлителя
где t – расстояние от поверхности земли до середины заземлителя (рис. 2.1)
2.1.4. Определяем ориентировочное количество заземлителей
где 
- допускаемое сопротивление заземлителей, для сетей напряжением до 1000 В ~4 Ом, для повторных заземлителей нулевого провода =10 Ом.
2.1.5. Определяем расстояние между заземлителями
Для заглубленных заземлителей, заложенных в дно траншеи a = 
2.1.6. Определяем общее количество заземлителей
где 
-коэффициент экранирования заземлителей (табл. 2.2).
Таблица 2.2
Коэффициент 
| |||||||||||||
| Заземлители, расположенные по четырехугольному контуру | Заземлители, расположенные в линию | ||||||||||||
| |||||||||||||
|
| 0,69 | 0,52 | 0,55 | 0,47 | 0,41 | 0,39 | 0,36 | 0,85 | 0,94 | 0,70 | 0,59 | 0,55 | 0,49 |
2.1.7. Определяем сопротивление растекания тока при 
2.1.8. Определяем длину соединительной полосы 
при расположении заземлителей по четырехугольному контуру
2.1.9. Определяем сопротивление растеканию тока соединительной полосы
где 
- повышающий коэффициент: для соединительной полосы по климатическим зонам: Iзона - 4,5; IIзона - 3,5; IIIзона - 2,5; IVзона -1,5; 
- ширина полосы ( =0,02-0,04 м).
2.1.10. Определяем сопротивление растеканию тока соединительной полосы с учетом коэффициента экранирования 
(табл. 2.3)
Таблица 2.3
Значения коэффициента 
| Заземлители, расположенные по четырехугольному контуру | Заземлители, расположенные в линию | ||||||||||||
|
| |||||||||||||
|
| 0,45 | 0,40 | 0,34 | 0,27 | 0,21 | 0,20 | 0,19 | 0,77 | 0,74 | 0,67 | 0,62 | 0,42 | 0,31 |
2.1.11. Определяем общее сопротивление заземляющего устройства
2.1.12. Составляем монтажную схему заземляющего устройства. Взависимости от вида в плане производственного помещения (объекта) иего размеров форма заземляющего контура может иметь вид линии (прималом количестве заземлителей), букв Г и П и прямоугольника (прибольшом количестве заземлителей) (рис. 2.2).
|
Рис. 2.2. Монтажная схема заземляющего устройства:
1 - производственное помещение; 2 - электроустановки; 3 - магистральная шина; 4 - проводники; 5 - соединительная полоса; 6 - заземлители
2.1.13. Составляем паспорт заземляющего устройства
Паспорт заземляющего устройства
1. Вид грунта суглинок
2. Вид заземлителя
3. Диаметр заземлителя, м 0,035
4. Высота заземлителя, м 2,9
5. Количество заземлителей, шт. 21
6. Расстояние между заземлителями, м 2,9
7. Допустимое сопротивление заземляющего устройства, Ом 4
8. Глубина траншей, м 0,7
9. Ширина траншей, м 0,5
10. Длина соединительной полосы, м 
11. Ширина соединительной полосы, м 0,04
12. Толщина соединительной полосы, м 0,04