включить пускатель кнопкой SBП (рисунок 4) при холодном двигателе и убедиться в том, что контакт 2-3 УВТЗ замкнут, и поэтому после отключения кнопки SBП катушка пускателя КМ остается включенной;

• подать на нагревательный элемент напряжение U2, имитируя нагрев обмотки статора двигателя, убедиться в срабатывании защитного устройства УВТЗ (отключении пускателя) после достижения температуры срабатывания;

• дать остыть нагревателю и позисторам;

• включая двигатель и подавая на нагреватель разные напряжения (величину напряжений задает преподаватель), убедиться в том, что время срабатывания защитного устройства зависит от скорости изменения температуры нагревателя;

• объяснить причину расхождения заводской температуры устройства и фактической (фактическую температуру каждый раз измерять термометром).

6. Провести такие же испытания устройства УЗОТЭ-2У, включая двигатель кнопкой SB1 (рис.4) и имитируя перегрузку двигателя условно нагревом электронагревателя, температура которого действует на датчик RK устройства.

7. Сравнить температурные пороги срабатывания защитного устройства УВТЗ-1 при одинаковом напряжении питания электронагревателя, а значит, при одинаковых скоростях изменения температуры нагревателя. При этом следует считать температуру помещения неизменной и начальную температуру нагревателя при каждом из экспериментов одинаковой.

Контрольные вопросы

1. Какие принципы защиты от возгораний заложены в существующих устройствах защиты?

2. По каким параметрам защищает устройство УЗОТЭ-2У?

3. По каким параметрам защищает устройство УВТЗ-1?

4. Чем отличается защита устройством УВТЗ от УЗОТЭ?

Практическая работа №18

Требования безопасности при эксплуатации холодильных установок

Цель работы: Ознакомиться и освоить основные приемы и методы безопасной эксплуатации холодильных установок с учетом их конструкции, месторасположения и условий применения.

Основные положения

Правила безопасности аммиачных холодильных установок (ПБ 09-592-03) и Правила устройства и безопасной эксплуатации холодильных систем (ПБ 09- 595-03) устанавливают требования безопасности, направленные на устранение опасных и вредных производственных факторов связанных: с токсичностью и взрывоопасностью веществ, применяемых в качестве холодильных агентов; с возможностью разрушения элементов холодильных систем работающих как под избыточным давлением, так и при низких температурах.

Соответствие элементов холодильных систем, в части прочности, герметичности, оснащенности средствами защиты, изготовление и эксплуатация аппаратов (сосудов) холодильных систем, содержащих в рабочем состоянии холодильные агенты, должна осуществляться в соответствии с требованиями нормативно-технической документации к устройству и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением и вышеуказанных Правил.

Организация, эксплуатирующая холодильные системы, должна обеспечить: содержание систем в исправном состоянии и безопасные условия их работы; учет аппаратов, входящих в системы, периодическое обследование условий их эксплуатации и плановые технические их освидетельствования; периодическую проверку наличия и исправности действия предохранительной арматуры, приборов автоматической защиты, местного и дистанционного контроля рабочих параметров, а также запорной и регулирующей арматуры; аттестацию инженерно-технических работников по промышленной безопасности; выполнение инженерно-техническими работниками Правил ознакомления персонала с инструкциями по безопасности и контроль за их выполнением.

Персонал, допущенный к обслуживанию конкретной холодильной системы должен знать: устройство и принцип действия оборудования холодильной системы; схемы и натурное размещение трубопроводов хладагента; характеристики и свойства используемых хладагентов; инструкцию по обслуживанию холодильной системы; порядок заполнения и опорожнения системы хладагентом; порядок и приемы действия в аварийных ситуациях; приемы и способы оказания доврачебной (первой) помощи пострадавшим при отравлениях хладагентом или пораженных им частей тела и глаз.

По сочетанию различных свойств холодильных агентов они подразделяются на три группы: группа 1. Нетоксичные и невзрывоопасные холодильные агенты (R 11, R 12, R 12В1, R 13, R 13В1, R 22, R 23, R 500, R 502); группа 2. Токсичные холодильные агенты и хладагенты, смеси паров которых с воздухом имеют нижнюю границу концентрационного предела распространения (НКПВ) пламени хладагента 3,5% и более (Аммиак, R160, R160); группа 3. Холодильные агенты, смеси паров которых с воздухом имеют (НКПВ) менее 3,5% (R170, R290, R600, R11 R1270).

Здания и помещения, которые обслуживаются холодильными системами, подразделяются на пять категорий (табл. 1).

Таблица 1 Характеристика категорий зданий и помещений

При проектировании холодильных установок необходимо учитывать группы применяемых хладагентов, схемы холодоснабжения, категории зданий и помещений, а также величины наполнения единичных систем хладагентом по массе и размещение холодильного оборудования на холодопотребляющих объектах.

Последнее может быть выполнено по одному из следующих вариантов:

вариант 1 - машинное отделение отсутствует и все оборудование холодильной системы размещено в помещениях здания;

вариант 2 - холодильное оборудование размещено в машинном отделении, устроенном внутри здания отдельно от смежных помещений;

вариант 3 - машинное отделение устроено в обособленной пристройке к зданию или в отдельно стоящем здании или холодильное оборудование размещено на открытой площадке.

Для схем непосредственного охлаждения помещений категорий A, B, C, D допустимые наполнения единичных систем хладагентами группы 1 по массе должны определяться по приведенной ниже зависимости

,

где m - допустимое количество хладагента в единичной системе, кг;

c- практически допустимая концентрация паров хладагента при аварийных ситуациях в помещении, кг/м;

V- строительный объем помещения, в котором размещена единичная холодильная система или любая ее часть, м .

При размещении холодильного оборудования по варианту 1 в зданиях различных категорий допускается устанавливать его в помещениях, не создавая при этом препятствий свободному передвижению людей, при соблюдении следующих условий:

• в зданиях категорий А и С должны применяться холодильные системы (машины) блочного исполнения с бессальниковыми компрессорами;

• в зданиях категории В могут применяться холодильные системы (машины) агрегатированного разъемного исполнения с бессальниковыми компрессорами;

• в строениях категорий D и Е исполнения холодильных систем и компрессоров не ограничиваются.

Разводки трубопроводов хладагентов группы 1 в помещениях категорий В и D должны выполняться минимальной протяженности и не мешать проходу персонала и проезду внутреннего транспорта. Трубопроводы и арматура, расположенные на высоте от пола менее 2,2 м, должны иметь защитные ограждения.

Установленное холодильное оборудование должно быть защищено от внешних механических повреждений ограждениями, выполненными из несгораемых материалов, не препятствующими естественной циркуляции воздуха и доступу к оборудованию для осмотра и ремонта.

Не допускается применение холодильных систем с хладагентами группы 3 в строениях и помещениях категорий А, В, С и D. В отдельных помещениях зданий категории D (лабораториях, мастерских) допускается размещать агрегатированные холодильные машины, работающие на хладагентах группы 3, при условии, что наполнения единичных холодильных систем по массе не превышают 2,5 кг хладагента. В таких помещениях необходимо применять электрооборудование и электроустройства во взрывозащищенном исполнении.

В зданиях и помещениях категории Е не допускается применение хладагентов группы 3 в холодильных системах кондиционирования воздуха. Для других целей применение хладагентов группы 3 допускается без ограничении массовых наполнений хладагентов и схем холодоснабжения, но при условии размещения машинного отделения согласно варианту 3.

Прочность холодильных систем и их отдельных элементов, с учетом заполнения их хладагентами, рассчитывается по давлению Рр (расчетное), определяемому как максимально возможное избыточное рабочее давление.

Для защиты холодильного оборудования от превышения давления хладагентов сверх установленных значений, должны предусматриваться штатные электропневмогидравлические реле давления (блокировка), а также пружинные предохранительные клапаны, мембраны, разрушающиеся в сторону выброса, или плавкие пробки.

Контрольно-измерительные приборы и регулирующие устройства, подключаемые непосредственно к трубопроводам и аппаратам, заполненными холодильными агентами, должны быть изготовлены из материалов, стойких к рабочей и окружающей среде. Применение, в указанных выше целях, ртутных приборов и устройств не допускается. Применяемые манометры (мановакуумметры) должны иметь класс точности не ниже 2,5. Для контроля давления в системах смазки холодильного оборудования допускается использовать манометры класса точности не ниже 4. Замер температур должен осуществляться приборами с ценой деления их шкалы не более 2°С.

Исполнение электрооборудования и электроустройств, комплектующих холодильные системы (электродвигатели, пульты управления и защиты, стационарные и переносные светильники и электропроводки), должно соответствовать требованиям нормативно-технической документации к устройству электрооборудования.

Для холодильных систем, работающих на хладагентах группы 3, исполнение оборудования, по уровню его взрывозащиты должно соответствовать: зоне класса В-1а, для размещаемого в машинных отделениях холодильных систем; зоне класса В-1г для размещаемого на наружных площадках холодильных систем.

Над машинными отделениями холодильных систем не разрешается располагать помещения с постоянными рабочими местами, а также бытовые и административные помещения. Объемно-планировочные решения и конструктивные оформления строительных элементов машинных отделений холодильных систем должны выполняться с учетом требований строительных норм и правил, санитарных норм, норм технологического проектирования, требований нормативно-технической документации к устройству электроустановок и настоящих Правил.

Размещение оборудования должно обеспечивать свободные безопасные проходы и доступ ко всем его частям для обслуживания и ремонта: ширина центрального прохода для обслуживания оборудования должна быть не менее 1,5 м; проход шириной не менее 1,0 м допускается между выступающими частями аппаратов, сосудов, компрессорных агрегатов и блочных холодильных машин с электродвигателями мощностью не более 55 кВт и не менее 1,5 м - с электродвигателями мощностью более 55 кВт; при расположении машинного (аппаратного) отделения в помещении с внутренними колоннами расстояние от колонн до выступающих частей оборудования допускается 0,7 м.

Для постоянного обслуживания оборудования (арматуры) на уровне выше 1,8 м от пола должна быть устроена металлическая площадка с ограждением и лестницей. Допускается предусматривать переносные или откидные лестницы с приспособлениями для крепления их к площадкам. Высота поручней должна быть 1,0 м, бортов на площадках - не менее 0,15 м.

В случае аварийного вытекания хладагента под циркуляционными и защитными ресиверами и аммиачными насосами следует предусматривать поддоны или приямки. Глубина приямка должна быть не более 2,5 м. Приямки должны иметь не менее двух лестниц, а при глубине приямка более 2м - выход непосредственно наружу. Линейные и дренажные ресиверы следует размещать в специальном поддоне. Линейные ресиверы должны быть защищены навесом от солнечных лучей и осадков и ограждены забором высотой не менее 1,5 м.

Машинные отделения холодильных установок, должны иметь не менее двух выходов, один из которых непосредственно наружу. Протяженность пути, по проходам, от любого места в машинном отделении до ближайшего выхода, должна быть не более 30 м. Для машинных отделений аммиачных холодильных установок, площадь помещения которых не превышает 40 м² , допускается устройство одного выхода. Двери и окна машинных отделений должны открываться наружу. Двери из машинных отделений в смежные помещения и коридоры должны быть самозакрывающимися.

Коммуникации (трубопроводы, кабели, короба и другие), выходящие из машинных отделений в смежные помещения и коридоры, в местах их прохода через ограждения перекрытия, должны иметь газонепроницаемое уплотнение, выполненное из несгораемых материалов.

Машинные отделения холодильных систем должны оборудоваться общеобменной вентиляцией, обеспечивающей отвод газовыделений и избыточного тепла, с кратностью воздухообмена не менее предусмотренной строительными нормами и правилами. Оборудование системы механической вытяжной и аварийной вентиляции должно изготавливаться из неискрящих материалов. В машинных отделениях холодильных систем должны устанавливаться сигнализаторы аварийной концентрации паров хладагента в воздухе рабочей зоны. Сигнализаторы должны оборудоваться световыми указателями состояния, выведенными на диспетчерский пункт и размещенными снаружи отделений (над входами) и иметь блокировку, обеспечивающую автоматическое включение аварийной вентиляции при достижении определенной концентрация паров хладагентов. В машинных отделениях углеводородных холодильных установок сигнализаторы хладагента должны включать в работу аварийную вентиляцию и отключать основные источники электроснабжения холодильного оборудования при концентрации хладагента 10000 мг/м³.

В аммиачных холодильных установках предусматривают два уровня контроля концентрации аммиака в воздухе: I уровень. Предельно допустимая концентрация (ПДКрз) - в воздухе рабочей зоны помещений и вне помещений составляет 20 мг/м³; II уровень. Аварийная утечка аммиака - концентрация аммиака у мест установки датчиков равна 25 ПДК(рз) или 500 мг/м³.

Снаружи на стене у всех входов в машинное и аппаратное отделения устанавливаются кнопки ручного аварийного отключения электропитания и одновременно они должны включать в работу аварийную и общеобменную вытяжную вентиляции, а также светозвуковую сигнализацию. Общеобменная и аварийная вентиляции должны иметь ручные пусковые устройства внутри вентилируемых помещений.

Машинные отделения холодильных систем должны оборудоваться следующими видами электроосвещения: рабочим, аварийным и ремонтным. Ремонтное освещение должно иметь напряжение не более 12 В.

Стационарные навесные грузоподъемные и транспортные средства, размещаемые в машинных отделениях холодильных систем, должны быть управляемые с пола, а их электрооборудование по уровню взрывозащиты должно соответствовать категориям и группе смеси, классу взрывоопасной зоны.

Холодильные камеры должны быть оборудованы ручной системой сигнализации "Человек в камере". Световой и звуковой сигналы "Человек в камере" должны поступать в помещение с постоянным дежурным персоналом (диспетчерская, операторская, проходная). Световое табло "Человек в камере" должно загораться снаружи над дверью камеры, в которой находится человек. У входа в охлаждаемые помещения (в коридоре, на эстакаде) должна быть вывешена инструкция по охране труда при проведении работ в камерах холодильника и защите охлаждающих батарей и трубопроводов от повреждений.

Машинные, аппаратные и конденсаторные отделения, относящиеся к помещениям с взрывоопасной зоной В-1б ( аммиачные холодильные установки), должны иметь устройства молниезащиты зданий по II категории, в соответствии с инструкцией по устройству молниезащиты зданий и сооружений, а также защиту от вторичных проявлений молнии и защиту от заноса высокого потенциала по наземным и подземным коммуникациям. Внутри зданий большой площади (шириной более 100 м) необходимо выполнять мероприятия по выравниванию потенциала. Помещения машинных и аппаратных отделений, ТП, РУ, электрощитовые, диспетчерские пункты, операторские (помещение КИП и А) должны быть оборудованы автоматической пожарной сигнализацией.

В холодильных системах с хладагентами группы 3 сбросы от предохранительных клапанов должны направляться на "факел", используемый для сжигания углеводорода предприятия. Выпуск паров аммиака в атмосферу без очистки через предохранительные устройства должен быть выполнен с помощью трубы, выводимой на 3 м выше конька крыши наиболее высокого здания в радиусе 50 м. Вывод на рабочий режим при первоначальном пуске компрессоров по завершению монтажа, ремонта, длительной остановки холодильной системы и после срабатывания приборов их защиты осуществляется вручную.

Инструкции по обслуживанию конкретных холодильных систем должны детально излагать порядок действия персонала перед пуском, в период пуска и в условиях эксплуатации, в том числе порядок: проверки положения перед пуском запорной арматуры на нагнетательных линиях конечных и промежуточных ступеней компрессоров объемного сжатия и на напорных линиях насосов жидких хладагентов; проведения дренирования из участков, всасывающих и нагнетательных линий возможных скоплений конденсата хладагента и смазочных масел; проверки положения запорной арматуры на линиях жидких хладагентов после остановки.

Температуры нагнетаемых компрессорами паров хладагентов, должны быть не менее, чем на 20°С ниже температур вспышки масел, используемых в рабочих полостях компрессоров. Вода, используемая для охлаждения корпусных частей и смазочного масла компрессоров, должна иметь на входе температуру не ниже 10°С. Хладоносители, на основе водных растворов солей (рассолы) или другие водорастворимые соединения, охлаждаемые внутри теплообменных труб испарительных аппаратов, должны иметь температуру замерзания не менее чем на 8°С ниже рабочих температур кипения хладагентов.

Охлаждение и прогрев аппаратов при пусках холодильных систем, после их длительного останова, должен осуществляться со скоростью снижения или подъема температуры их стенок не более 30°С. Вскрывать стальные аппараты, освобожденные от хладагента, допускается при температуре их стенок не ниже минус 35°С. На заполнение (пополнение) холодильных систем хладагентом из специальных транспортных средств (цистерн или контейнеров) должна разрабатываться инструкция с учетом местных условий и вида поставки хладагента, утверждаемая техническим руководителем организации.

Для обнаружения мест утечек хладагентов используются специальные индикаторные средства - химические индикаторы, галоидные течеискатели и другие. Составные части холодильных систем (компрессоры, аппараты, трубопроводы и другие), работающие с использованием хладагентов группы 3, до начала их очередного освидетельствования или внепланового осмотра (ремонта) должны быть подвергнуты внутренней дегазации, а смежные с ними части, содержащие хладагент, отсоединены и надежно отглушены.

Аппараты холодильных систем, в ходе эксплуатации, следует подвергать техническому освидетельствованию (табл. 2).

Таблица 2 Сроки проведения технического освидетельствования

Значения давлений при испытании на прочность принимают равными не менее 1,3 Р расчетного давления. При пневматических испытаниях аппарат должен находиться под пробным давлением в течение 5 мин. Холодильные аппараты, выдержавшие испытания на прочность, должны испытываться на герметичность пневматическим давлением, равным расчетному давлению аппарата. Допускается совмещать испытания аппаратов на герметичность с подобными испытаниями всей холодильной системы в сборе.

Предохранительные устройства, приборы защиты и контроля должны проходить проверку технического состояния с периодичностью не реже одного раза в 12 месяцев для самодействующих предохранительных устройств и не реже одного раза в 6 месяцев для приборов защиты и контроля.

На компрессорах и насосах, работающих в автоматическом режиме, должны быть на видном месте вывешены таблички: "Осторожно! Пускается автоматически".

Эксплуатацию включенного в холодильную схему аммиачного насоса следует осуществлять в соответствии с требованиями инструкции завода-изготовителя. Насос должен быть немедленно остановлен, если: упало давление напора или разность давлений напора и всасывания (при отсутствии или отказе приборов автоматики); появились утечки аммиака через неплотности агрегата; обнаружены неисправности манометров, обратных клапанов, средств автоматики.

Профилактические работы на аммиачном насосе проводятся после полной остановки агрегата, отключения электропитания, вывешивания соответствующих табличек на пусковых устройствах и вентилях, записи в суточном журнале работы компрессорного цеха. Неисправности насосов, связанные с утечкой аммиака, должны устраняться немедленно.

Дежурный обслуживающий персонал в течение смены должен записывать в суточный журнал основные параметры работы холодильной установки по показателям приборов, замечания о работе холодильного оборудования и вентиляционных устройств, причины остановки компрессоров, информацию о работе вентиляционных систем, меры, принятые для устранения недостатков в работе оборудования и другие замечания.

Аппарат (сосуд) должен быть выведен из работы в случае:

- повышения давления в сосуде выше разрешенного, несмотря на соблюдение всех требований, указанных в инструкции;

- неисправности предохранительных клапанов;

- обнаружения в основных элементах сосуда трещин, выпучин, значительного утончения стенок, пропусков или потения в сварных швах, течи в соединениях;

- возникновения пожара, непосредственно угрожающего сосуду под давлением;

- неисправности манометра и невозможности определить давление по другим приборам;

- неисправности крепежных деталей крышек и люков;

- неисправности указателя уровня жидкости;

-неисправности предусмотренных проектом контрольно-измерительных приборов и средств автоматики;

- утечки аммиака из системы, подключенной к данному аппарату.

После ремонта и профилактики отдельного холодильного оборудования, а также после вынужденной остановки компрессора, вызванной серьезными нарушениями в его работе, пуск его в эксплуатацию можно осуществлять только после письменного разрешения работодателя.

Задания

Ознакомьтесь с правилами безопасности аммиачных холодильных установок и правилами устройства и безопасной эксплуатации холодильных систем. Выберите необходимый тип холодильных систем и разработайте требования к их проектированию и монтажу по одному из вариантов таблицы 3 с установкой сроков их испытания и осмотров.
Таблица 3. Варианты задания
Вариант	Помещение, которые обслуживается холодильными системами
1	Больница
2	Торговый центр
3	Гостиница
4	Кафе
5	Промышленное предприятие
6	Детский сад
7	Магазин
8	Пансионат
9	Музей
10	Вокзал

Контрольные вопросы

1. Основные обязанности организаций, эксплуатирующих холодильные системы, связанные с безопасностью их эксплуатации.

2. Требования безопасности к персоналу, обслуживающему холодильные системы.

3. На какие группы подразделяются холодильные агенты в зависимости от их свойств?

4. Требования, предъявляемые к контрольно-измерительным приборам и регулирующим устройствам.

5. Требования безопасности при размещении холодильных систем.

6. Уровни контроля концентрации аммиака в воздухе.

7. Какие устройства безопасности предусматриваются при эксплуатации холодильных систем?

8. При каких условиях необходим вывод аппаратов (сосудов) из работы?

Практическая работа №4

Расчет шагового напряжения

Рассчитать напряжения шага в точках: х=0, х=1м, х=5м, х=10м, х=20м.

Исходные данные для расчета:

- ток замыкания I_з , А;

- вид грунта. Удельные сопротивления грунтов ρ, Ом·м (таблица 1);

- вид заземлителя;

- длина заземлителя L, м;

- диаметр заземлителя d, м;

- заглубление заземлителя Н, м;

- ширина шага а, м. Принять а=0,8м.

Таблица 1- Варианты заданий

Вид заземлителя:

- для вариантов 1, 4, 7 – полусферический;

- для вариантов 2, 5, 8, 0 - вертикальный трубчатый, расположенный у поверхности грунта;

- для вариантов 3, 6, 9 - заземлитель вертикальный трубчатый, заглубленный в грунте.

Для расчета напряжения шага выполнить поясняющую схему.

Порядок расчёта

Определить величину удельного сопротивления грунта ρ_гр по таблице 2.

Определить сопротивление одиночного заземлителя R_p.

Определить потенциал заземлителя φ_з.

Определить потенциал в точке, находящейся на расстоянии «х».

Определить потенциал в точке, находящейся на расстоянии «х+а».

Определить напряжение шага.

Пояснения к решению задачи

Явления при стекании тока в землю

Электрическим замыканием на землю называется случайное соединение находящихся под напряжением частей электроустановки непосредственно с землей или с металлическими нетоковедущими частями, имеющими контакт с землей.

Замыкание на землю может произойти вследствие появления контакта между токоведущими частями и заземленным корпусом или конструктивными частями оборудования, при падении на землю оборванного провода, при пробе изоляции оборудования высокого напряжения и т. п. Во всех этих случаях ток от частей, находящихся под напряжением, проходит в землю через электрод, который осуществляет контакт с грунтом. Специальный металлический электрод принято называть заземлителем.

Рассмотрим стекание тока в землю через одиночный электрод полусферической формы и характер распределения потенциала на поверхности земли.

Ток на земле будет растекаться во все стороны по радиусам полусферы. В объеме земли, где проходит ток, возникает "поле растекания тока", которое характеризуется наличием потенциала грунта в любой точке, то есть в пределах поля растекания тока потенциал земли отличен от нуля. Теоретически оно простирается бесконечно. Однако, в реальных условиях уже на расстоянии 20м от заземлителя площадь полусферы, по которой растекается ток, становится столь большой, что сопротивление земли можно считать близким к нулю. Следовательно, и потенциал земли на расстоянии 20 м практически равен нулю.

Потенциал заземлителя определяется выражением:

где φ_з - потенциал заземлителя;

I₃ - ток, стекающий на землю;

R_p - сопротивление заземлителя растеканию тока, которое определяется как суммарное сопротивление самого электрода, переходного сопротивления от электрода к грунту и сопротивления грунта от заземлителя до точки с нулевым потенциалом.

Напряжение шага

Человек, находящийся в поле растекания тока заземлителя оказывается под напряжением шага, если его ноги находятся в точках с разными потенциалами.

Напряжением шага называется напряжение между двумя точками цепи тока, находящимися одна от другой на расстоянии шага, на которых одновременно стоит человек.

Если человек находится на расстоянии «X» от заземлителя, а длина шага равна «α» (рисунок 1), напряжение шага определяется как разность потенциалов между правой и левой ногами, находящимися в точках с координатами (x) и (х+а).

Рисунок 1 - Напряжение шага

Формула для определения напряжения шага будет иметь вид:

Потенциал этих точек определяется как:

Для расчета сопротивления заземлителей применяются следующие формулы:

- полусферический заземлитель:

где ρ - удельное сопротивление, Ом∙м;

r – радиус полусферы, м;

- заземлитель вертикальный трубчатый, расположенный у поверхности грунта:

где L - длина заземлителя, м (дана в задании);

d - наружный диаметр заземлителя, м (дан в задании);

- заземлитель вертикальный трубчатый, заглубленный в грунте:

где L – длина заземлителя, м;

d - наружный диаметр заземлителя, м;

H - глубина заложения заземлителя, м.

где H_o – величина заглубления.

Таблица 2 -Значения удельных сопротивлений грунтов

Результаты расчетов представить в виде таблицы 3:

Таблица 3 - Результаты расчетов

Практическая работа №5

Расчет защитного заземления

1. Общие теоретические сведения о защитном заземлении

В различных частях электрических установок возможны пробои изоляции и замыкания на металлические корпусы двигателей, пускателей, светильников, оболочек кабелей, стальных труб проводки и т.п.

Вследствие этого металлические нетоковедущие части оборудования, не находящиеся под напряжением могут оказаться под током и представлять опасность в случае прикосновения к ним людей.

Средством защиты от поражения током при переходе напряжения на нетоковедущие части электроустановок (3) рисунок 1 является защитное заземление.

Рис. 1. Схема защитного заземления:

А, В, С – фазы электросети;

1 – устройство защитного отключения;

2. – автоматические выключатели;

3. – электрооборудование;

4. – заземляющий проводник;

5. - заземлитель.

Защитное заземление – это заземление частей электроустановок с целью обеспечения электробезопасности. Защитное заземление применяют в электроустановках до 1 кВ переменного тока с изолированной нейтралью в трёхфазных трёхпроводных сетях с изолированным выводом однофазного тока, а также в электроустановках постоянного тока с изолированной средней точкой при повышенных требованиях безопасности (сырые помещения, передвижные установки, торфяные разработки, подземные работы и др.). В таких электроустановках применяют защитное заземление в сочетании с контролем изоляции сети и защитным отключением.

Питание электроустановок в таких условиях рекомендуют выполнять короткими кабельными или воздушными линиями, для которых емкостные токи незначительны. В соответствии с «Правилами устройств электроустановок» /1/ сопротивление заземляющего устройства (совокупность заземлителя и заземляющих проводников) должно быть:

- в установках до 1000 В с изолированной нейтралью – 4 Ом. При номинальных мощностях трансформаторов 100 кВ*А и менее – не более 10 Ом;

- в установках до 1000 В с глухозаземленной нейтралью выполняется рабочее заземление – 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В. При удельном сопротивлении грунта  более 10 Ом  м указанные значения сопротивлений увеличивают в отношении , но не более десятикратного.

Различают два вида заземляющих устройств: контурное и выносное. Контурное устройство в виде отдельных заземлителей, размещаемых по периметру (контуру) площадки с заземляемым оборудованием, применяется на открытых подстанциях и других установках напряжением свыше 1000 В.

Выносное заземление состоит из заземлителя 1 (рис.2) и магистрали (заземляющих проводников) 2. Заземляемое оборудование 3 находится вне поля растекания электрического тока, так как заземлитель 1 вынесен за пределы площадки с оборудованием 3.

Рис. 2. Схема выносного заземления

В качестве искусственных заземлителей применяют стальные уголки, забиваемые в землю вертикально, или стальные некондиционные трубы, толщина стенок не менее 3,5 мм и длина 2,5 – 3 м. Их забивают вертикально в землю на расстоянии 2,5 – 3 м друг от друга и более. Диаметр трубы не оказывает особого влияния на величину сопротивления растеканию; чаще всего берут трубы с наружным диаметром 6 см (рис. 3).

Рис. 3. Схема заземляющего устройства

Широкое применение находят углубленные прутковые заземлители из круглой стали диаметром 12 – 14 мм, длиной до 5 м и более, ввертываемые в грунт с помощью электрифицированного ручного заглубителя. При использовании углубленных прутковых заземлителей снижают расход металла и затраты труда по устройству заземления.

Прутковые заземлители, а также отрезки стальных уголков, используемые для заземления, наиболее выгодны, так как с их помощью можно достичь более глубоких слоев земли при значительно меньшем объеме земляных работ. Глубокая же закладка необходима для создания контакта со слоями почвы, не подверженными промерзанию или высыханию.

Для связи уголков и труб между собой применяют стальные полосы (ленты). Толщина их должна быть не менее 4 мм, а площадь поперечного сечения не менее 48 мм² для установок до 1000 В и 100 мм² – для установок выше 1000 В.

Наименьшие размеры заземлителей и заземляющих проводников приведены в табл. 1.

Таблица 1 - Наименьшие размеры стальных заземлителей и заземляющих проводников

2 Расчет заземления

Расчет заземления производим следующим образом:

по экспериментальным данным определяем характер грунта, в котором предполагается заложить заземляющее устройство, и удельное сопротивление грунта (табл. 2).

Таблица 2 - Электрическое сопротивление грунтов
Вид грунта		Удельное электрическое сопротивление, Ом  м
		Пределы колеба-					При влажности 10 – 20 %
		ний
Глина		8	– 70				40
Суглинок		40	– 150				100
Песок		400		– 700		700
Супесок		150		– 400		300
Торф		10			– 30		20
Чернозем		9	– 53				20
Каменистый		500		– 800		–

Сопротивление грунта с учетом коэффициента сезонности (табл. 3,4) для вертикальных стержней, Ом  м,

• _о.с.   _В  _о ,

где  _В – коэффициент сезонности; _о – удельное сопротивление грунта;

задаемся длиной вертикальных электродов (стержней) из условия: дляручной забивки до 3 м, для виброзабивки – до 5 м;

сопротивление растеканию тока одиночного стержня, Ом, (см. рис. 3),

R_c  (_o.c. 2   l_c ){ln(2  l_c / d )  0,5 ln[(4  t  l_c ) / (4  t  l_c )]} ,

где l_c – длина стержня, м; d – диаметр стержня из труб или приведенный диаметр для стержней из другого проката, м; t = H + (1/2)  l_c – расстояние от поверхности земли до середины стержня, м; Н – расстояние от поверхности земли до верха стержня (глубина заложения стержня), м;

предварительное количество заземлителей, шт.,

n_пр _с  R_c / R_з ,

где R₃ – сопротивление растеканию тока заземляющего устройства в соответствии с ПУЭ /1/; ηс – коэффициент использования вертикальных стержней; исходя из условия заложения заземляющего устройства (размеры площадки, размещение стержней по контуру или в ряд) находим длину соединительной полосы, м.:

при расположении в ряд

Таблица 4- Признаки климатических зон для определения коэффициентов сезонности ψ

Сопротивление растеканию тока соединительной полосы, Ом,

R_П  (_с.п. 2   l_n )[l_n (2  l_n² ) /(b  H )] ,

где l_n – длина полосы, м; b – ширина полосы, м;

по табл. 5 определим коэффициент использования (взаимного экранирования) вертикальных стержней (_с ) и по табл. 6 – коэффициент использования соединительной полосы (_П ) ;

Таблица 5 - Коэффициенты использования вертикальных стержней

Таблица 6 - Коэффициенты использования горизонтальных полосовых заземлителей

результирующее сопротивление заземляющего устройства, Ом,

R_{з. у.}  (R_c  R_п ) / [(R_c _п )  (R_п  n_пр _с )]  R₃

Если это условие соблюдается, то уточним количество стержней n =

= (n_пр_с) /_с , коэффициенты использования стержней и полосы и окончательно определим результирующее сопротивление заземляющего устройства R_з.у.. Более экономичный расчет дает метод, по которому выполняются расчеты по пп. 1–8 (см. пример задачи ниже), а затем определяют требуемое сопротивление группы стержней за вычетом сопротивления соединительной полосы по формуле:

R_г.с.  R₃  R_П / (R_П  R₃ _c ) ,

где R_г.с. – требуемое сопротивление группы стержней, Ом.

Тогда количество стержней, шт.,

14. = R_с /(R_г.с. _c ) .

Расстояние от системы заземления до здания L=0,6·Rз.у.

Задача № 1

Произвести расчет заземляющего устройства для электроустановок напряжением 380 В. Грунт – суглинок. Стержни можно разместить по контуру цеха, имеющего в плане размеры 2460 м. Глубина заложения стержней от поверхности земли Н = 0,5 м.

Решение:

1. Примем в качестве заземлителей стержни длиной l_c= 3 м из стальных труб d = 50 мм. Соединение заземлителей произведем на сварке стальной по-

лосой шириной b = 40 мм.

2. Удельное сопротивление грунта с учетом сезонных колебаний влаж-

ности для вертикальных стержней, Ом  м ,

• _о.с.  _В  ₀  1,5 100  150;

  • _В  1,5 (табл. 3)

  • 0  100 Ом  м (табл. 2)

Сопротивление растеканию тока одиночного стержня, Ом,

4. Предварительное количество заземлителей

_пр_с  R_c / R₃  41,2 / 4  10 ,

где R₃ = 4 Ом по ПУЭ.

5. Длина соединительной полосы по длине контура цеха, м,

l_п = 2  24  2  60 168,

• 168 /10 16,8;

• / l_c  16,8 / 3  5,6

6.Удельное сопротивление грунта для соединительной полосы, Ом  м ,

_с.п.  _Г  ₀ 3 100  300, _Г3(табл.3)

7. Сопротивление растеканию тока соединительной полосы, Ом,

8. По табл. 5 примем _с =0,76, по табл. 6_п =0,56.

9. Результирующее сопротивление заземляющего устройства, Ом,

R_{з. у.}  (R_c  R_п ) / [(R_c _п )  (R_п  n_пр _с )]  (41,2  4,2) / [(41,2  0,56)  (4,2 10  0,76)]  =3,15

Поскольку R_зу < R_з, условие соблюдается.

Уточним количество стержней, шт.:

14.  (n_пр _с ) /_с  10 / 0,76  13,16

Размещаем стержни по периметру цеха через 13 м.

10. Расстояние от системы заземления до здания

L = 0,6  R_{з. у.}  0,6  3,15  1,89  2 м

Задача № 2

Для условий предыдущей задачи произвести расчет заземляющего устройства экономичным методом.

Решение:

1. l_c=3 м; d = 0,05 м; b = 0,04 м.

2. _о.с.  150 Ом  м.

3. R_c  41,2 Ом.

4. n_пр_с  10 шт.

5. l_п =168 м,  16,8 м;  / l_c  5,6

6. _с.п.  300 Ом  м.

7. R_П  4,2 Ом

8. _с =0,76, _п =0,56.

9. Требуемое сопротивление группы стержней, Ом,

R_г.с.  R_з  R_п /(R_п  R_з _с )  4  4,2 /(4,2  4  0,56)  16,8 /1,96  8,57.

Необходимое количество стержней, шт.,

14.  R_c / R_г.с. _с  41,2 / 8,57  0,76  6,3

По конструктивным соображениям принимаем 8 стержней (по 4 вдоль каждой длинной стороны здания цеха).