 |
Конструкция заземляющих устройств и распределение потенциалов по поверхности земли при протекании тока замыкания на землю
|
|
|
|
Глава 9
ЗАЗЕМЛЯЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Конструкция заземляющих устройств и распределение потенциалов по поверхности земли при протекании тока замыкания на землю
Основой заземляющего устройства является заземлитель, от конструкции которого зависит безопасность людей на территории электроустановки.
Заземлитель – проводящая часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду. (ПУЭ)
Искусственный заземлитель – заземлитель, специально выполняемый для цели заземления. (ПУЭ)
Заземляющий проводник – проводник, соединяющий заземляемую часть (точку) с заземлителем. (ПУЭ)
Одиночный заземлитель не обеспечивает безопасности людей. Распределение потенциалов на поверхности земли вокруг одиночного трубчатого заземлителя показано на рис. 9.1.
Рис.9.1. Распределение потенциалов на поверхности земли вокруг одиночного заземлителя
За пределами зоны растекания, начиная с точки С находится зона нулевого потенциала.
Зона нулевого потенциала (относительная земля) – часть земли, находящаяся вне зоны влияния какого-либо заземлителя, электрический потенциал которого принимается равным нулю. (ПУЭ)
Зона растекания (локальная земля) – зона земли между заземлителем и зоной нулевого потенциала. (ПУЭ)
Замыкание на землю – случайный электрический контакт между токоведущими частями, находящимися под напряжением, и землей.
Заземляющее устройство - совокупность заземлителя и заземляющих проводников. (ПУЭ)
Для уменьшения взаимного экранирования вертикальных электродов их следует размещать на расстоянии а, равном 2 
3-м длинам 
вертикального электрода.
|
|
|
Сопротивление заземляющего устройства представляет собой сопротивление растеканию тока с заземлителя с учетом сопротивления заземляющих проводников, которое можно определить по выражению
где
– напряжение на заземляющем устройстве, В;
– ток, стекающий с заземлителя в землю, А.
Сопротивление заземляющего устройства – отношение напряжения на заземляющем устройстве к току, стекающему с заземлителя в землю. (ПУЭ)
Способы размещения электродов заземляющего устройства показаны на рис.9.3.
Коэффициент экранирования (коэффициент использования) η характеризует степень экранирования электродов, составляющих групповой заземлитель, и зависит от формы электрода, их количества и взаимного расположения (рис.9.3).
Рис.9.3. Способы размещения электродов заземляющего устройства (вид в плане):
а - вертикальные электроды размещены в ряд; б - вертикальные электроды размещены по контуру; в - горизонтальные электроды уложены параллельно на одинаковой глубине; г - горизонтальные электроды уложены расходящимися лучами на одинаковой глубине.
Если человек попадает в зону растекания и подходит к аппарату, у которого изоляция одной из фаз повреждена, он попадает под напряжение шага (шаговое напряжение).
Напряжение шага – напряжение между двумя точками на поверхности земли на расстоянии 1 м одна от другой, которое принимается равным длине шага человека. (ПУЭ)
Напряжение прикосновения – напряжение между двумя проводящими частями или между проводящей частью и землей при одновременном прикосновении к ним человека или животного. (ПУЭ)
Заземление – преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством. (ПУЭ)
Защитное заземление – заземление, выполняемое в целях электробезопасности.
|
|
|
Рабочее (функциональное) заземление – заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности). (ПУЭ)
Вблизи одиночного заземителя при пробое изоляции напряжение шага и прикосновения опасны для жизни людей, так как одиночные заземлители не решают проблемы безопасности.
Напряжения прикосновения и шага могут быть значительно снижены, если кривую снижения потенциала земли вблизи заземлителя сделать более пологой.
В электроустановках напряжением выше 1 кВ это достигается контурным размещением вертикальных заземлителей – электродов в защищаемой зоне (рис.9.4,а).
Рис. 9.4. Распределение потенциалов на поверхности земли:
а – при контурном выполнении заземлителя; б - вокруг отдельных заземлителей; в – растекание тока с заземлителя при их взаимном экранированием
Контурный заземлитель [контур заземления] состоит из ряда вертикальных электродов, соединенных металлической полосой. Потенциал земли в любой точке складывается из потенциалов, создаваемых отдельными электродами контура (рис.9.4, б). Как видно на рис.9.4,а в защищаемой зоне искусственно поднят потенциал земли по отношению к зоне нулевого потенциала, чем обеспечиваются безопасные напряжения шага и прикосновения. За пределами контура заземления происходит спад потенциала. Для устранения опасных шаговых напряжений в этих местах стремятся создать кривую спада потенциалов достаточно пологой.
При выполнении заземляющего устройства применяются: естественные и искусственные заземлители.
В первую очередь должны использоваться естественные заземлители, в качестве которых применяются:
¾ проложенные в земле стальные водопроводные трубы, соединенные в стыках сваркой;
¾ трубы артезианских скважин;
¾ стальная броня силовых кабелей, проложенных в земле, при их количестве не менее двух;
¾ металлические конструкции зданий и сооружений, имеющие надежное соединение с землей;
¾ свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле.
Не допускается использовать в качестве естественных заземлителей:
¾ трубопроводы горючих жидкостей и горючих или взрывчатых газов,
¾ алюминиевые оболочки кабелей;
|
|
|
¾ алюминиевые провода и кабели, проложенные в кабельных каналах, туннелях, блоках.
Искусственные заземлители применяются, если естественные заземлители не полностью удовлетворяют требованиям по значению сопротивления заземляющего устройства и по напряжениям прикосновения и шага.
Искусственные заземлители по расположению в земле и форме подразделяются на следующие группы:
¾ углубленные: из круглой или полосовой стали, укладываемые на дно котлована по периметру фундаментов (зданий, опор, колонн);
¾ вертикальные: из стальных вертикально ввинчиваемых или вдавливаемых в грунт стержней из круглой стали, а также из забиваемых отрезков угловой стали;
¾ горизонтальные: из круглой или полосовой стали, уложенные горизонтально в траншею на глубине 0,5-0,7 м и используемые по рямому назначению и для связи между стержнями вертикалных заземлителей;
¾ комбинированные, объединяющие в общую систему заземлители, перечисленные выше.
Для заземлителей обычно применяется круглая сталь диаметром: 16 мм – для вертикальных, 10 мм – для горизонтальных; полосовая сталь сечением 40х4 мм и углова сталь 50х50х5мм. Трубы для этой цели обычно не применяются из-за их дефицита.
Длина вертикальных заземлителей применяется равной:
- забиваемых — 2,5-5 м,
- ввинчиваемых и вдавливаемых 4,5-5 м.
В последнее время стали применяться вертикальные заземлители, погружаемые в землю на глубину от 10 до 30 м.
Заземляющие устройства районных трансформаторных подстанций и тяговых подстанций выполняются со сложным заземлителем в виде горизонтальной сетки с квадратными или прямоугольными ячейками и с вертикальными электродами, например, приведенного на рис.9.5.
Рис. 9.5. Сложный заземлитель в виде горизонтальной сетки с вертикальными электродыми
Глубина заложения верха вертикальных заземлителей должна быть равна 0,5-0,7 м от уровня планировочной отметки земли (рис.9.2), и заземлитель должен выступать над дном траншей на 0,1-0,2 м для удобства приварки к ним соединительных горизонтальных полос или круглых стержней (сталь круглого сечения более устойчива к коррозии, чем полосовая). Такое заглубление уменьшает сопротивление растеканию тока с заземлителя.
|
|
|
К каждому заземляемому элементу от заземляющей магистрали должен идти отдельный заземляющий проводник, присоединяемый сваркой к магистрали и болтом — к заземляемому элементу. Последовательное включение в заземляющий проводник заземляемых элементов не допускается.
Согласно Правилам устройства электроустановок искусственные заземлители могут быть из черной или оцинкованной стали или медными. Искусственные заземлители не должны иметь окраски.
Материал и наименьшие размеры заземлителей должны соответствовать приведенным в табл. 9.1.
Таблица 9.1
|
|
|
