Исследование заземляющей сети машин и оборудования горной промышленности
Автор: Кутепов Антон Григорьевич, Петров Геннадий Михайлович
Журнал: Горные науки и технологии @gornye-nauki-tekhnologii
Статья в выпуске: 5, 2012 года.
Бесплатный доступ
Выполнено исследование существующих систем заземления в элек- трических сетях напряжением до 1 кВ. На примере типового участка полу- чены математические выражения и экспериментальные зависимости на- пряжения прикосновения от различных значений токов утечки и сопротив- лений повторного заземлителя.
Электробезопасность, системы заземления, сопротивление утечки, напряжение прикосновения
Короткий адрес: https://sciup.org/140215508
IDR: 140215508
Текст научной статьи Исследование заземляющей сети машин и оборудования горной промышленности
Вопрос заземления открытых проводящих частей электрического оборудования рассматривался с самого начала развития электротехники как одно из основных защитных мероприятий. Заземление применяется в качестве основной меры защиты от поражения электрическим током живых организмов при повреждении изоляции и замыкании на металлический корпус оборудования [4].
Различают две основные системы заземления: без нулевого провода (электрическая сеть с изолированной нейтралью) и с нулевым проводом (электрическая сеть с глухозаземленной нейтралью) [2]. Во втором случае все металлические токопроводящие части оборудования соединяются не только между собой, но и с нулевым проводом. Такая система заземления носит название зануления [1], которая преимущественно используется в электрических сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1 кВ. Начало применения этой системы положено немецким ученым Леблем в 30-х годах прошлого столетия.
В 40-х годах прошлого века требования к устройству заземлений получили отражения в действующих нормативных документах, которые со временем претерпевали изменения. В последней редакции ПУЭ (7-е издание) и предшествующих ГОСТах в Российской Федерации были приняты следующие типы систем заземления: TN, TT и IT. В свою очередь система TN может иметь следующие разновидности: система TN-C, система TN-S и система TN-C-S [5]. В современных системах электроснабжения при проектировании электрических сетей следует применять системы заземления типа TN-S и TN-C-S. При данных системах заземления для электроснабжения потребителей электроэнергии следует применять пятипроводные линии в трехфазной электрической сети и трехпроводные линии – в однофазных электрических сетях вместо четырех- и двухпроводных линий в соответствующих электрических сетях [3].
Исследование заземляющей сети промышленного предприятия.
В данной работе рассматривается заземляющая система промышленного предприятия в электрической сети с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1 кВ. Исследованию была подвержена схема электроснабжения камнеобрабатывающего цеха.
Рис. 1. Однолинейная схема электроснабжения
На рис. 1 представлена однолинейная схема электроснабжения данного предприятия. Питание электроэнергией осуществляется по двум кабелям марки АСБ 4х240 длиной 180 м от двух трансформаторов мощностью по 1000 кВ^А каждый. Электроснабжение потребителей цеха осуществляется как электропотребителей второй категории. В качестве типового участка была рассмотрена схема заземляющей сети от трансформаторной подстанции до рабочего стола № 8, питающегося от однофазной электрической сети.
На рис. 2 показана схема замыкания фазы на корпус электроприемника через сопротивление утечки. В левой части рисунка показаны пути протекания токов, а в правой части - схема замещения и обозначение различных сопротивлений.
Рис. 2. Схема замыкания фазы на корпус электроприемника
Zt-Ze^l+ ZvkaE^" Z®k/i3
Z 2— ZPENnnl+ Z РЕкл2+ Z РЕклЗ zo=Ra+Rn3
|
№ n/n |
Тип КОБЕЛЯ |
L, м |
z, Ом |
|
1 |
АСБ 4x240 |
180 |
0,024 |
|
2 |
BBTheLS 5x10 |
40 |
□ ,07165 |
|
3 |
ВВП 3x2,5 |
6 |
0,0444 |
Схема, представленная на рис. 2, описывается системой уравнений (1). Решая данную систему уравнений, получим выражения (2), (3), (4) для определения токов, протекающих в данной цепи:
Для дальнейших преобразований введем соотношения:
Яо
^пз
-
А. Рассмотрение случая выполнения только системы зануления. Получим выражение для напряжения прикосновения (5):
В табл. 1 представлены значения напряжения прикосновения при различных значениях А.
Таблица 1
Значения напряжения прикосновения для случая выполнения только системы зануления
|
A |
0,05 |
0,1 |
0,2 |
0,4 |
0,5 |
0,75 |
|
U пр , В |
113,23 |
115,78 |
120,54 |
128,87 |
132,53 |
140,51 |
|
A |
1 |
1,5 |
2 |
5 |
10 |
20 |
|
U пр , В |
147,15 |
157,59 |
165,41 |
188,84 |
201,83 |
210,1 |
На рис. 3 представлена зависимость напряжения прикосновения от разных значений А = Zут/Z1.
Рис. 3. Зависимость напряжения прикосновения от различных значений
А = Z ут /Z 1 при выполнении только системы зануления.
Б. Рассмотрение случая выполнения системы заземления.
Выражение для напряжения прикосновения будет иметь вид (6):
Un,=
^* ■ H "21 ■ (^Пз ■ (1 + S) + Z3) + Z3 J?^]
Результаты вычисления значений напряжения прикосновения в данном случае представлены в табл. 2.
Таблица 2
Значения напряжения прикосновения для случая выполнения системы заземления
|
B=0 |
||||||||
|
А |
0,1 |
0,2 |
0,5 |
1 |
2 |
5 |
10 |
20 |
|
U пр , В |
114,55 |
119,37 |
131,51 |
146,33 |
164,81 |
188,51 |
201,65 |
210 |
|
B=1 |
||||||||
|
A |
0,1 |
0,2 |
0,5 |
1 |
2 |
5 |
10 |
20 |
|
U пр , В |
62,7 |
69,87 |
87,94 |
110 |
137,55 |
172,92 |
192,55 |
205,03 |
|
B=2 |
||||||||
|
A |
0,1 |
0,2 |
0,5 |
1 |
2 |
5 |
10 |
20 |
|
U пр , В |
45,34 |
53,29 |
73,33 |
97,82 |
128,4 |
167,68 |
189,49 |
203,36 |
|
B=4 |
||||||||
|
A |
0,1 |
0,2 |
0,5 |
1 |
2 |
5 |
10 |
20 |
|
U пр , В |
31,41 |
40 |
61,62 |
88,04 |
121,05 |
163,48 |
187,03 |
202,02 |
|
B=8 |
||||||||
|
A |
0,1 |
0,2 |
0,5 |
1 |
2 |
5 |
10 |
20 |
|
U пр , В |
22,12 |
31,12 |
53,8 |
81,51 |
116,15 |
160,67 |
185,39 |
201,12 |
На рис. 4 представлены зависимости напряжения прикосновения от А=Zут / Z1 при разных значениях B = R0 / R пз.
Рис. 4. Зависимости напряжения прикосновения от разных значений соотношения А = Zут / Z1 при разных значениях B = R0 / R пз в случае выполнения системы заземления
-
В. Рассмотрение случая металлического короткого замыкания (Z ут = 0).
Выражение для напряжения прикосновения в этом случае запишется следующим образом (7):
Результаты расчета значений напряжения прикосновения для данного случая сведены в табл. 3.
Таблица 3
Значения напряжения прикосновения для случая металлического короткого замыкания
|
R пз = 10 Ом |
|||||||||
|
В |
0 |
0,125 |
0,25 |
0,375 |
0,5 |
0,625 |
0,75 |
0,825 |
1 |
|
U пр , В |
109,24 |
97,17 |
87,51 |
79,6 |
72,99 |
67,4 |
62,61 |
60,04 |
54,8 |
|
R пз = 4 Ом |
|||||||||
|
В |
0 |
0,125 |
0,25 |
0,375 |
0,5 |
0,625 |
0,75 |
0,825 |
1 |
|
U пр , В |
108,11 |
96,28 |
86,79 |
79 |
72,49 |
66,97 |
62,24 |
59,7 |
54,5 |
|
R пз = 2 Ом |
|||||||||
|
В |
0 |
0,125 |
0,25 |
0,375 |
0,5 |
0,625 |
0,75 |
0,825 |
1 |
|
U пр , В |
106,28 |
94,83 |
85,6 |
78,01 |
71,66 |
66,27 |
61,63 |
59,14 |
54,1 |
|
R пз = 1 Ом |
|||||||||
|
В |
0 |
0,125 |
0,25 |
0,375 |
0,5 |
0,625 |
0,75 |
0,825 |
1 |
|
U пр , В |
102,8 |
92,05 |
83,33 |
76,13 |
70,06 |
64,9 |
60,44 |
58,05 |
53,1 |
|
R пз = 0,5 Ом |
|||||||||
|
В |
0 |
0,125 |
0,25 |
0,375 |
0,5 |
0,625 |
0,75 |
0,825 |
1 |
|
U пр , В |
96,49 |
86,96 |
79,14 |
72,61 |
67,07 |
62,32 |
58,2 |
55,98 |
51,4 |
На рис. 5 представлены зависимости напряжения прикосновения от B = R0 / R пз при разных значениях R пз.
Рис. 5. Зависимости напряжения прикосновения от разных значений соотношения В = R0 / Rпз при разных значениях R пз в случае металлического короткого замыкания
Следующим этапом планируется выполнить исследования напряжения прикосновения и токов, протекающих по данной цепи, при переходном режиме.
Выводы
Полученные зависимости показывают, что по мере увеличения А при разных соотношениях В напряжение прикосновения увеличивается. При А , близком к нулю, т. е. при металлическом КЗ, напряжение прикосновения стремится к величине падения напряжения на зануляющей системе. По мере увеличения В при разных значениях сопротивления повторного заземлителя напряжение прикосновения уменьшается. Наиболее безопасной является сеть с выполненной системой заземления при минимальных значениях сопротивления повторных заземлителей.
The investigation of existing grounding systems in electrical power networks with voltage up to 1kV. On an example of a typical site mathematical expressions and experimental the dependences of pressure of a touch on various values of currents of leak and resistance of a repeated grounding conductor are received.
Список литературы Исследование заземляющей сети машин и оборудования горной промышленности
- Манойлов В.Е. Основы электробезопасности. -5-е изд., перераб. и доп. -Л.: Энергоатомиздат, 1991. -480 с.
- Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок. -М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. -192 с.
- Петров Г.М. Обеспечение электробезопасности на предприятиях горнодобывающей промышленности.//Электробезопасность, № 1. -ЮУрГУ, 2011. -С. 35 -39.
- Петров Г.М. К вопросу обеспечения электробезопасности на предприятиях горнодобывающей отрасли//ГИАБ. Отдельный выпуск 4, 2011. -С. 335-340.
- Правила устройства электроустановок. Седьмое издание. -М.: ЗАО "Энергосервис", 2002. -280 с.
