Нормирование параметров защитного заземления

РАЗДЕЛ 1. РАСЧЕТ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ

БЕЗОПАСНОСТИ

Тема. Расчет защитного заземления

 

1. Теоретические положения.

2. Расчет заземляющего устройства.

 

Время: 2 часа.

Литература

1. Охрана труда в электроустановках: учебник для вузов; под ред. проф. Б.А. Князевского. - 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергия, 1977. – 320 с.

2. Правила устройства электроустановок. - 6-е изд., перераб. и доп., с измен. – М.: Главгосэнергонадзор России, 1998. – 607.

 

Теоретические положения

Защитное заземление

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение частей электроустановки с заземляющим устройством с целью обеспечения электробезопасности.

Корпуса электрических машин, трансформаторов, светильников, аппаратов и другие металлические нетоковедущие части могут ока­заться под напряжением при замыкании на корпус.

Если корпус не имеет контакта с землей, то прикосновение к нему в этом случае так же опасно, как и прикосновение к фазе с исправной изоляцией.

Если же корпус соединен с землей (рисунок 1.1), он окажется под напряжением, равным

U_З = I_З× R_З, (1.1)

где I_З – ток замыкания;

R_З – сопротивление заземляющего устройства.

 

 

Рисунок 1.1 – Выносное заземление:

а – принципиальная схема; б – вид в плане.

 

Человек, касающийся этого корпуса, попадает под напряжение при­косновения

U_пр = U_З× a₁, (1.2)

где a₁ – коэффициент напряжения прикосновения, имеющий величину меньше единицы и равный отношению напряжения на теле человека к напряжению на заземлителе.

Напряжением прикосновения называется напряжение между двумя точками цепи тока замыкания на землю (на корпус) при одновременном прикосновении к ним человека.

Ток через человека равен [1]

(1.3)

где R_ch =R_h+R_об+R_н – полное сопротивление цепи через человека, состоящее из сопротивления тела человека R_h, сопротивления обуви R_об и сопротивления опорной поверхности ног R_н.

Последнее выражение показывает, что чем меньше величины R_З и a₁, тем меньше ток через человека, стоящего на земле и касающегося корпуса оборудования, который находится под напряжением.

Таким образом, электробезопасность обеспечивается путем заземления корпуса посредством заземлителя, имеющего малое сопротивление заземления R_З и малый коэффициент напряжения прикосновения a₁.

Область применения защитного заземления

Защитное заземление может быть эффективным только в том случае, если ток замыкания на землю не увеличивается с уменьшением сопротивления заземления.

Это возможно в сетях с изолированной нейтралью напряжением до и выше 1 000 В, где при глухом замыкании на землю или на заземленный корпус ток практически не зависит от величины сопротивления заземления.

Защитное заземление применяется также в сетях с большими токами замыкания на землю, т. е. в сетях напряжением выше 1 000 В с эффективно за­земленной нейтралью. В последнем случае замыкание на землю явля­ется коротким замыканием, при этом срабатывает макси­мальная токовая защита.

Электрической сетью с эффективно заземленной нейтралью называется трехфазная электрическая сеть выше 1 000 В, в которой коэффициент замыкания на землю не превышает 1,4.

Коэффициентом замыкания на землю в трехфазной электрической сети называется отношение разности потенциалов между неповрежденной фазой и землей в точке замыкания на землю другой или двух других фаз к разности потенциалов между фазой и землей в этой точке до замыкания.

В сети с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1 000 В ток за­мыкания на землю тем больше, чем меньше сопротивление заземления, что значительно снижает эффективность защитного заземления.

Поэтому, согласно [2] в электрических сетях до 1000 В с глухозаземленной нейтралью защитное заземление применяется совместно с занулением и защитным отключением.

Устройство заземления

По расположению заземлителей относительно заземляемых корпусов, заземления делятся на выносные и контурные.

Выносное заземление показано на рисунке 1.1, б. Заземлители располагаются на некотором удалении от заземленного оборудования.

Поэтому заземляемые корпуса находятся вне поля растекания – на земле, и человек, касаясь корпуса, оказывается под полным напряжением корпуса относительно земли

U_пр=U_З. (1.4)

Так как a₁=1, получим ток через человека

(1.5)

Выносное заземление защищает только за счет малого сопротивления заземления.

Контурное заземление показано на рисунке 1.2, заземлители располагаются по контуру вокруг заземляемого оборудования на небольшом (несколько метров) расстоянии друг от друга.

Поля растекания заземлителей накладываются, и любая точка поверхности грунта внутри контура имеет значительный потенциал. Вследствие этого внутри контура коэффициент напряжения прикосновения a₁ намного меньше единицы. Коэффициент напряжения шага также меньше максимально возможной величины.

Ток через человека, касающегося корпуса, в этом случае может быть значительно меньше, чем при выносном заземлении.

Рисунок 1.2 – Контурное заземление

Иногда при выполнении контурного заземления внутри контура проклады­вают горизонтальные полосы, которые дополнительно выравнивают потенциа­лы внутри контура (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 – Заземлитель с выравниванием потенциалов внутри

контура (сетка):

а – вид в плане; б – формы потенциальной кривой.

 

Чтобы уменьшить шаговые напря­жения за пределами контура вдоль про­ходов и проездов, в грунт закладывают специальные шины, как показано на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 – Выравнивание потенциалов за пределами контура

Для устройства защитного заземления применяются искусственные и естественные заземлители.

В качестве искусственных заземлителей в соответствии с [2] могут применяться стальные стержни диаметром не менее 16 мм для вертикальных заземлителей и диаметром не менее 10 мм для горизонтальных заземлителей, угловая (уголок) или прямоугольная (полоса) сталь с площадью поперечного сечения не менее 100 мм² и толщиной стенки не менее 4 мм, а также стальные тру­бы диаметром не менее 32 мм и толщиной стенки не менее 3,5 мм.

Стержни длиной 2,5 - 3 м погружаются (забиваются) в грунт вертикально в специально подготовленной вокруг защищаемой тер­ритории траншее (рисунок 1.5).

 

 

Рисунок 1.5 – Установка трубчатого заземлителя в траншее:

а – траншея; б – расположение электрода в грунте.

 

Вертикальные заземлители соединяются между собой стальной шиной, которая приваривается к каждому заземлителю со всех сторон.

В открытых электроустановках защищаемые корпуса нередко присоединяются непосредственно к заземлителю проводниками.

В зданиях прокладывается магистраль заземления, к которой присоединяются заземляющие проводники. Магистраль заземления соединяется с заземлителем не менее чем в двух местах.

В целом совокупность заземлителя и заземляющих проводников называется заземляющим устройством.

Заземляющими проводниками называются проводники, соединяющие заземляемые части с заземлителем.

В качестве естественных заземлителей могут быть использованы:

1) металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей, в том числе железобетонные фундаменты зданий и сооружений, имеющие защитные гидроизоляционные покрытия в не­агрессивных, слабоагрессивных и среднеагрессивных средах;

2) металлические трубы водопровода, проложенные в земле;

3) обсадные трубы буровых скважин;

4) металлические шпунты гидротехнических сооружений, водоводы, закладные части затворов и т. п.;

5) рельсовые пути магистральных неэлектрифицирован­ных железных дорог и подъездные пути при наличии предна­меренного устройства перемычек между рельсами;

6) другие находящиеся в земле металлические конструк­ции и сооружения;

7) металлические оболочки бронированных кабелей, про­ложенных в земле. Оболочки кабелей могут служить един­ственными заземлителями при количестве кабелей не менее двух. Алюминиевые оболочки кабелей использовать в каче­стве заземлителей не допускается.

Не допускается использовать в качестве заземли­телей трубопроводы горючих жидкостей, горючих или взры­воопасных газов и смесей и трубопроводов канализации и центрального отопления. Указанные ограничения не исклю­чают необходимости присоединения таких трубопроводов к заземляющему устройству с целью уравнивания потенциа­лов.

Не следует использовать в качестве заземлителей железо­бетонные конструкции зданий и сооружений с предварительно напряженной арматурой, однако это ограничение не распро­страняется на опоры воздушных линий электропередачи и опорные конструкции открытых распределительных устройств.

Возможность использования естественных заземлителей по условию плотности протекающих по ним токов, необходи­мость сварки арматурных стержней железобетонных фунда­ментов и конструкций, приварки анкерных болтов стальных колонн к арматурным стержням железобетонных фундамен­тов, а также возможность использования фундаментов в силь­ноагрессивных средах должны быть определены расчетом.

 

Нормирование параметров защитного заземления

Нормирование параметров защитного заземления в электроустановках осуществляется [2].

В электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью нейтраль генератора, трансформатора на стороне до 1000 В должна быть присоединена к заземлителю при помощи заземляющего проводника.

Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединены нейтрали генератора или трансформатора или выводы источника однофазного тока, в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.

Сопротивление заземлителя, расположенного в непосредственной близости от нейтрали генератора или трансформатора или вывода источника однофазного тока, должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока.

При удельном сопротивлении r земли более 100 Ом×м допускается увеличивать указанные выше нормы в 0,01 r раз, но не более десятикратного.

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: