РАСЧЕТ ЗАЩИТНОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ КАРЬЕРНЫХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

В условиях ведения горных работ открытым способом заземлению подлежат корпуса экскаваторов, буровых станков, насосов, конвейеров, трансформаторов, выключателей и другого электрооборудования; приводы электрической аппаратуры; вторичные обмотки трансформаторов; каркасы силовых щитов и щитов управления; корпуса стационарных и передвижных трансформаторных подстанций, распределительных устройств и приключательных пунктов; металлические корпуса кабельных муфт, оболочки бронированных кабелей; металлические и железобетонные опоры и конструкции линий электропередачи; корпуса прожекторов, осветительной аппаратуры и т.д.

Целью расчетов является разработка структуры сети заземления, определение основных параметров заземлителей и заземляющих проводов для обеспечения безопасной эксплуатации карьерных электроустановок, машин и механизмов.

Сеть заземления карьера состоит из центрального и местных заземляющих устройств, соединенных между собой заземляющими проводами марки А, АС, ПС, ПСМ сечением не менее 35 мм . Центральное заземляющее устройство располагается на ГПП (КРП) карьера и представляет собой заземляющий контур, в узлах которого установлены заземляющие электроды (стержни, трубы, уголки). Местное заземляющее устройство выполняется в виде заземлителей, установленных по контуру или в ряд, и соединенных между собой стальными стержнями или полосами. Местное заземление выполняется около передвижных приключательных пунктов типа ЯКНО, ОПП, ПКРН, КРУПП, ЗКВЭ и передвижных комплектных трансформаторных подстанций (ПКТП) напряжением 6÷35 кВ.

Общее сопротивление сети заземления, включая сопротивление центрального заземлителя и сопротивление заземляющих проводников, не должно превышать 4 0м.

Расположенные в карьере с удельным сопротивлением грунта свыше 200 Ом·м передвижные приключательные пункты и комплектные трансформаторные подстанции должны заземляться присоединением к одному из центральных заземляющих устройств, обеспечивающих сопротивление заземления не более 4 Ом. Длина заземляющих проводников при этом не должна превышать 1 км от передвижных установок до центрального заземляющего контура.

В районах со скалистым грунтом и вечной мерзлотой с удельным сопротивлением грунта более 500 Ом·м допускается увеличение нормируемого сопротивления защитного заземления до величины не более 40 Ом [4]. Сопротивление местного заземления не нормируется (в расчетах рекомендуется не более 10 Ом).

Методика расчета защитного заземления

Расчет общекарьерной сети защитного заземления выполняется в следующей последовательности.

1. Расчетный емкостный ток однофазного замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью напряжением свыше 1 кВ определится по формуле:

, А, (2.6.1)

где - линейное напряжение сети, кВ;

- общая длина электрически связанных кабельных линий, км;

- общая длина электрически связанных воздушных линий, км.

2. Сопротивление защитного заземления:

, Ом (2.6.2)

где - допустимое напряжение прикосновения ( =36 В);

- коэффициент прикосновения ( =1 для карьерных сетей).

3. Общее сопротивление защитного заземления:

, Ом (2.6.3)

где - сопротивление центрального заземлителя, Ом;

, - сопротивление заземляющих проводов и жил кабелей, Ом.

4. Сопротивление растеканию тока для трубчатого (стержневого) заземлителя, заглубленного в землю на глубину :

, Ом (2.6.4)

где - удельное сопротивление грунта, Ом∙см;

- расстояние от поверхности земли до середины электрода, см;

- длина электрода, см;

- диаметр электрода, см.

5. Сопротивление растеканию тока для местных заземлителей, верхний конец которых не заглублен в грунт определится по формуле:

.Ом (2.6.5)

6. Сопротивление растеканию тока для полосового заземлителя,

проложенного в грунте:

, Ом (2.6.6)

где - ширина полосы (для стальных прутов = ), см;

- расстояние от поверхности земли до середины заглубления полосы, см.

Для заземлителя из равнобокой угловой стали в формулы (2.6.4)÷(2.6.5) вместо вводится эквивалентный диаметр =0,95 ( - ширина полки уголка, см).

7. Необходимое количество элементов центрального заземлителя (для заземляющего контура):

, (2.6.7)

где - коэффициент экранирования, учитывающий взаимное влияние

элементов заземлителя;

- сопротивление элементов центрального заземлителя, Ом.

8. Длина полосы, соединяющей отдельные элементы заземлителя:

, см (2.6.8)

где - расстояние между электродами, см (принимается а=500÷600 см).

9. Общее сопротивление центрального заземлителя с учетом коэффициентов экранирования:

, Ом (2.6.9)

где , - коэффициенты экранирования между электродами и полосой;

-сопротивление полосы, Ом.

10. Для общего сопротивления заземляющего устройства в наиболее удаленной точке сети должно выполняться условие

Ом. (2.6.10)

Пример 6.1. Рассчитать общую карьерную сеть защитного заземления с центральным заземляющим контуром на ГПП-110/35/6 кВ. Суммарная длина воздушных и кабельных линий 6 кВ соответственно составляет =6,5 км, =2,7 км. Длина экскаваторного кабеля КГЭ 3x35+1x10+1х6 =200 м. Длина кабеля КГ 3x70+1x10, питающего СБШ-250 =400 м. В качестве заземляющего провода ВЛ-6 кВ используется провод АС-35.

Решение.

1. Составляем расчетную схему заземляющей сети (рис.2.6.1).

2. Расчетный ток однофазного замыкания на землю по формуле (2.6.1):

А.

3. Допустимое сопротивление защитного заземления:

Ом.

Расчет сопротивления заземления проводим, исходя из параметров заземляющей сети, от центрального заземлителя до наиболее удаленного электроприемника напряжением 6 кВ Ом.

Рис.2.6.1.

4. Сопротивление заземляющего провода от ГПП до ПКРН-6:

Ом,

где = 0,85 Ом/км – сопротивление 1 км провода АС-35.

5. Сопротивление заземляющей жилы кабеля, питающего ЭКГ-8И:

Ом,

где =54,3 м·Ом/мм² - удельная проводимость медных жил.

6. Сопротивление центрального заземляющего контура, исходя из условия 4 Ом:

Ом.

Для устройства центрального заземляющего контура предварительно принимаем стальные трубы ( =6 см, =350 см), соединенные стальным прутом ( =1 см). Расстояние между трубами =6 м, глубина прокладки соединительного прута и забивки труб =50 см от поверхности земли. Удельное сопротивление грунта =0,8·10 Ом·см.

7. Сопротивление трубчатого электрода по формуле (2.6.4):

Ом.

8. Необходимое число трубчатых электродов без учета коэффициента экранирования:

.

Для соотношения при расположении электродов по контуру коэффициент экранирования =0,71.

9. Уточненное количество трубчатых электродов:

шт.

10. Длина соединительного прута:

см.

11. Сопротивление растеканию тока для соединительного прута:

Ом.

12. Сопротивление центрального заземлителя с учетом коэффициента экранирования электродов и соединительного прута:

Ом.

13. Сопротивление защитного заземления до наиболее удаленного экскаватора:

Ом < 4 Ом.

14. Фактическое напряжение прикосновения:

В < 36 В.

Пример 2.6.2. Рассчитать местное заземляющее устройство, установленное около приключательного пункта ЯКНО-6. Удельное сопротивление грунта =0,8·10 Ом·см. Расчетный ток 033 =3,8 А. Длина питающего экскаватор кабеля КГЭ 3x35+1x10+1х6 =150 м. Расчетное сопротивление местного заземления не должно превышать 10 Ом.

Решение.

1. В качестве заземляющих электродов выбираем стальные стержни =4 см, =300 см. Верхние концы вертикально заглубленных стержней находятся на уровне поверхности земли. Расстояние между электродами составляет =3 м.

2. Сопротивление отдельного электрода:

Ом.

3. Сопротивление заземляющей жилы кабеля:

Ом.

4. Общее сопротивление заземления:

Ом.

5. Ориентировочное число стержней

шт;

для соотношения при расположении электродов в ряд коэффициент экранирования = 0,76.

6. Уточненное количество стержней

.

7. Длина соединительного прута

см.

В местных заземляющих устройствах в случае, если верхний конец электродов не заглублен, сопротивлением растеканию тока соединительного прута пренебрегают.

8. Сопротивление местного заземлителя с учетом коэффициента экранирования (для =4 коэффициент =0,72)

Ом.

9. Напряжение прикосновения

В.

Задачи для самостоятельного решения

Задача 2.6.1. Рассчитать общую карьерную сеть защитного заземления с заземляющим контуром на КРП-6 кВ.

Исходные данные:

- длина кабельных и воздушных линий карьерной сети соответственно =4,7 км и =16,5 км;

- расстояние от КРП до ПКРН наиболее удаленного экскаватора =1,2 км (заземляющий провод АС-35);

- длина экскаваторного кабеля КГЭ 3x35+1x10+1х6 =200 м;

- удельное сопротивление грунта =0,4·10 Ом·см;

- заземляющий контур состоит на трубчатых электродов =6 см, =350 см, соединенных стальным прутом =1 см, =5 м; заглубление электродов на =50 см.

Задача 2.6.2. Рассчитать общую карьерную сеть защитного заземления с заземляющим контуром на ГПП-110 кВ.

Исходные данные:

- длина кабельных и воздушных линий карьерной сети соответственно =8,7 км и =23 км;

- расстояние от КРП до ЯКНО наиболее удаленного экскаватора =1,5 км (заземляющий провод АС-35);

- длина экскаваторного кабеля КГЭ 3x35+1x16+1х10 =200 м;

- удельное сопротивление грунта =0,6·10 Ом·см;

- заземляющий контур состоит на трубчатых электродов =6 см, =350 см, соединенных стальным прутом =1,65 см, =6 м; заглубление электродов на =50 см.

Задача 2.6.3. Рассчитать общую карьерную сеть защитного заземления с заземляющим контуром на ГПП-110/35/6 кВ при следующих исходных данных:

- расчетный емкостный ток 033 =3,45 A.

- расстояние от ГПП до наиболее удаленной КТПН-6/0,4 кВ =0,8 км (заземляющий провод A-50);

- длина гибкого кабеля КГ 3х50+1х16 от КТПН до бурового станка СБШ-250 =150 м;

- удельное сопротивление грунта =0,7·10 0м·см;

- заземляющий контур состоит из стержневых электродов =3 см, =300 см, соединенных стальной полосой =3 см, =5 м; электроды заглублены на =0,7 м.

Задача 2.6.4. Рассчитать общую карьерную сеть защитного заземления с заземляющим контуром на КРП-10 кВ при следующих исходных данных:

- расчетный емкостной ток 033 =5,7 А;

- расстояние от КРП до наиболее удаленной ячейки ЯКНО-6 =1,4 км заземляющий провод AС-35;

- длина гибкого экскаваторного кабеля КГЭ 3x25+1x10+1х6 ( =0,2 км);

- удельное сопротивление грунта =1,2·10 Ом·см;

- заземляющий контур состоит из трубчатых электродов ( =5 см, =400 см), соединенных полосовой стальной лентой =4 см, =5 м; электроды заглублены на =0,7 м.

Задача 2.6.5. Рассчитать местное заземляющее устройство, установленное около ПКРН-6 кВ. Ток 033 =3,18 А. Длина питающего экскаватор ЭКГ-12,5 кабеля =150 м. Удельное сопротивление грунта =2,5·10 Ом·см. В качестве заземляющих электродов использованы стальные уголки 60x60 мм длиной =3 м. Расстояние между уголками =3,5 м. Сопротивление местного заземляющего устройства 10 Ом. Кабель КГЭ 3x50+ 1x16+1x10 мм².

Задача 2.6.6. Рассчитать местное заземляющее устройство, установленное около ПКТП-10/0,4 кВ. Ток 033 =6,54 А. Длина питающего буровой станок СБШ-250МН кабеля =150 м. Удельное сопротивление грунта =1·10 Ом·см. В качестве заземляющих электродов использованы стальные уголки 60x60 мм длиной =4 м, выходящие на поверхность на высоту =50 см. Расстояние между уголками =3,5 м. Сопротивление местного заземляющего устройства 10 Ом. Кабель КРШК 3х150+1х50 мм².

Задача 2.6.7. Заземление экскаватора ЭКГ-8И осуществляется через заземляющий провод к центральному заземлителю, расположенному около КРП. Длина питающего кабеля КГЭ 3x35+1x10+1x6 составляет =200 м. Удельное сопротивление грунта =0,8·10 Ом·см. Определить количество электродов для сооружения местного заземления, расположенного около ЯКНО-6ЭП. Сопротивление местного заземляющего устройства 10 Ом.

Задача 2.6.8. Заземление шагающего экскаватора ЭШ-10/70А осуществляется через заземляющий провод к центральному заземлителю, расположенному около КРП. Длина питающего кабеля КГЭ 3x70+1x16+1x10 составляет =200 м. Удельное сопротивление грунта =0,8·10 Ом·см. Определить количество электродов для сооружения местного заземления, расположенного около ПКРН-6ВМ. Сопротивление местного заземляющего устройства 10 Ом.

Задача 2.6.9. Заземление роторного экскаватора ЭРГ-400-17/1,5 осуществляется через заземляющий провод к центральному заземлителю, расположенному около ГПП. Длина питающего кабеля КГЭ 3x25+1x10+1x6 составляет =200 м. Удельное сопротивление грунта =0,4·10 Ом·см. Определить количество электродов для сооружения местного заземления, расположенного около ПКРН-6.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается опасность для персонала замыкания токоведущих частей на корпус электрооборудования?

2. Как устраивается сеть защитного заземления карьера, и требования предъявляемые к ней?

3. Как устраивается центральное заземляющее устройство?

4. Что представляет собой местное заземляющее устройство?

5. В какой последовательности выполняется расчет элементов заземляющего контура?

6. Каким образом учитывается экранирующий эффект горизонтальных полосовых и вертикальных стержневых электродов?

7. Изложите особенности устройства защитного заземления в условиях предприятий с высоким удельным сопротивлением горных пород?

8. Изложите последовательность расчета элементов заземляющей сети.