Безопасность жизнедеятельности» лабораторная работа

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Составить характеристику основных схем применения заземляющих устройств.

Характеристика основных схем применения заземляющих устройств в отрасли связи составляется в процессе домашней подготовки.

Следует составить схему принципиальную электрическую, иллюстрирующую каждый пример использования заземляющего устройства (вариант схем и дайджест теоретического материала даны в п.7.).

Требующаяся характеристика содержит:

а) наименование случая использования заземляющего устройства (например: “заземление электроустановок связи в сетях с изолированной нейтралью”);

б) схему принципиальную электрическую, соответствующую п. а);

в) сведения о нормировке электрических параметров заземления.

Охарактеризовать по а), б), в) использование заземляющих устройств в сетях с изолированной, заземленной нейтралью, для молниезащиты и как рабочее заземление.

2. Определить количество горизонтальных и вертикальных электродов из условия получения требующегося сопротивления заземления.

Включение ПЭВМ и вызов файла для лабораторной работы выполняет преподаватель. Студент вводит цифровые показатели своего варианта и геометрические размеры заземлителей (длина вертикального электрода L=2,7..3,0 м, длина горизонтального электрода L1=(1,03..1,05L), диаметр (эквивалентный) каждого электрода выбирается в пределах 0,05…0,06 м, глубина размещения горизонтального электрода F=0,8 м), а также коэффициент сезонности ψ для удельного сопротивления грунта - для вертикального электрода (Q) и горизонтального электрода (Q1).

Таблица 10.1. Варианты задания для лабораторной работы №10.

№.№ п.п. Климатическая зона Удельные сопротивления грунта Рабочий ток (А) заземления Cопротивление заземления (Ом)

Q Q1

1 1 210 180 40 4.0

Предусмотрена возможность вызова студентом справочной таблицы для ψ. В этой таблице даны значения ψ для L=3 и L=5, а также для L1=10 м и L1=50 м. Поскольку вводимые значения L и L1 могут отличаться от указанных, то студент должен самостоятельно, методом линейной интерполяции, определить ψ для вводимых L и L1. Линейную интерполяцию можно реализовать либо построением соответствующего графика, либо согласно формуле:

здесь ψ, ψ1 искомое значение коэффициента сезонности, соответствующее видимой длине заземляющего электрода L, La и Lв - соответственно первое и второе значение длины заземляющего электрода, для которых известны справочные значения коэффициента сезонности (соответственно ψ1 и ψ1).

После ввода всех данных на экране монитора появляется информация о количестве вертикальных и горизонтальных электродов, требующихся для получения введенного сопротивления заземления, с запросом: “будете ли оптимизировать систему заземления по величине L?”. Следует писать расчетные данные (для того, чтобы на заключительной стадии исследования сформировать вывод: каковы количественные изменения в конструкции заземления, обусловленные проведением оптимизации) и удовлетворительно ответить на запрос. Это открывает возможность выполнения п.5.3. содержания работы.

3. Выполнить процесс оптимизации конструкции заземляющего устройства.

Объем металла V, размещаемого в земле при сооружении заземляющего устройства, для заданных Q,Q1, сопротивления заземления есть функция от L, L1, F. Эта функция разрывная (поскольку количество электродов можно менять лишь дискретно) и многоэкстремальная.

С этой целью надо ввести начальные значения L=3 м, L1=3.1 м, F=0.8 м, остальные параметры вводят также, как это написано в п.6.2. Окончание ввода запускает программу расчета функции V(L, L1, F); при L1, F=const варьируется L в пределах, меньших. Границы участка вариации [L',L"] указываются на экране после графического ввода. Если L"<15 м, то требуется повторный ввод L=L", L1=1.05L, F=0,8м до достижения L"≥15 м. Задача студента на этом этапе - определить наименьшее значение VMIN в пределах L и отметить соответствующее L=Lопт.

Далее проводится уточнение Далее проводится уточнение VMIN при вариации L1. С этой целью следует ввести L=Lопт, L1=(1,03...1,05)L, окончание ввода включает программу расчета V(Lопт, L1, F) с графическим выводом результата. По этому графику студент определяет L1=L1опт соответствующее наименьшему значению VMIN, и переходит к изучению графика V(F) при L=Lопт, L1=L1опт, F=Fопт соответствует min V(F) для F€[0.8,3].

Заключительная стадия исследования заземления состоит в количественной оценке конструкции заземления при вводе L=Lопт, L1=L1опт, F=Fопт. На экран монитора выводятся следующие параметры заземления, при которых обеспечивается нормативный срок его работы (15 лет):

а) поперечное сечение вертикального и горизонтального электродов (см2);

б) количество горизонтальных и вертикальных электродов;

в) диаметр коксовой засыпки, обеспечивающей экономию металла заземления (м).

Система заземления состоит из 59 вертикальных электродов и 58 горизонтальных электродов

При вариации L от 3.0 м до 4.5 м min minimorum V(L) достигается при Lopt=3.438760 м.

Следует изучить V(L) при изменении L от 3 м до 15 м.

В сетях с заземленной нейтралью при Uл < 100 В (рис. 2) нулевой рабочий (ОР) проводник может быть использован и как нулевой защитный (0З) проводник. Сопротивление заземляющего устройство, к которому присоединены нейтрали генераторов или выводы источников однофазного тока, в любое время года должно быть не более 2, 4, 8 Ом соответственно при Uл=660,380,220 В. Это сопротивление должно быть обеспечено с учетом использования естественных заземлителей, а также повторных (Rп) заземлителей. При этом R0 ≤ 15, 30, 60 Ом при соответственно

Uл=660, 380, 220 В.

Рис. 1. Заземление в сетях с изолированной нейтралью.

Рис. 2. Применение заземляющих устройств в сетях с заземленной нейтралью.

Рис. 3. Применение рабочего заземления Rp для питания Rэу от источника тока E.



Общее сопротивление растеканию тока заземлителей (в том числе естественных) всех повторных заземлений нулевого провода должно быть не более 5, 10, 20 Ом соответственно при Uл=660,380,220 В. При этом Rp одного повторного заземления должно быть не более 15, 30, 60 Ом соответственно при указанных выше значениях Uл. При удельном сопротивлении земли ρ > 100 Ом*м допускается увеличить указанные нормы в (ρ/100)≤10 раз.

Величину сопротивления Rp рабочего заземления обычно устанавливают в пределах Rp ≤ 0.05Rэу .

Естественными заземлителями обычно являются размещенные в земле железобетонные конструкции фундамента здания.

Сопротивление току растекания железобетонных конструкций, расположенных в земле, определяется с учетом повышенного сопротивления бетонного слоя и его промерзания (или высыхания). Такой учет достигается увеличением в 1,8 раза удельного сопротивления грунта, в котором расположен естественный заземлитель.

Сопротивление заземления R'в вертикального электрода

здесь ρв - удельное сопротивление земли для вертикального электрода,

l,d - длина и диаметр электрода.

R_в^´ = (0,9*4,0)/(3,14*3,0) ln 〖((4*3,0)/(0,05))〗=2,09 Ом

Сопротивление R'г заземления горизонтального электрода (естественного), периметр которого равен p

здесь ρг - удельное сопротивление земли для горизонтального электрода.

R_г^´ = (0,9*3,14)/(210)4,0=0,053 Ом

Искусственный вертикальный заземлитель имеет сопротивление

здесь t = F + L / 2 = 0,8+3/2=2,3

R_в^´ = (4,0)/(2*3,14*3,0) * 〖(ln(2*3,0)/(0,05)+1/2ln(4*2,3+3,0)/(4*2,3-3,0))〗=1,088 Ом

Сопротивление Rг растеканию тока в земле одиночного горизонтального электрода длиной L1 и эквивалентным диаметром d1.

Для определения сопротивления Rз, системы из N вертикальных и N-1 горизонтальных электродов используют соотношение

Здесь ηг, ηв - коэффициенты использования соответственно горизонтального и вертикального электродов.

Величины коэффициентов использования в справочнике [3] даются в табличном виде с допущением линейной интерполяции для промежуточных значений L, L1, N. При разработке файла, обеспечивающего исследование заземляющего устройства, предпочтительнее аналитический эквивалент для ηг, ηв (при размещении заземлителей по контуру)

здесь а, b,

k = a1 + a2X1 + a3X2,

x = L1 / L – 1

Значения a1, a2, a3 представлены в таблице 2.

Таблица 2. Аппроксимирующие коэффициенты.

коэффициенты Для ηг Для ηв

а B k а b k

a1 0.275 0.175 0.22575 0.36 0.33 0.19286

a2 0.0425 0.0075 0.00085 -0.08 0.18 -0.0433

a3 0.0225 0.0275 -0.0067 0.02 -0.03 0.00688

Коррозия металла заземлителя зависит от тока, проходящего через электроды. Сечение металла искусственных заземлителей, требующееся для обеспечения нормативного срока службы Tc заземления, оценивается соотношением

здесь I - среднее за время Tc значение амплитуды тока (А) заземления, Tc = 15 лет,

S, S1- сечение металла соответственно вертикального и горизонтального электродов, см2.