Заземление общие требования. Системы заземления электроустановок, их виды, требования к ним, расчет заземляющего устройства для электрооборудования

РАЗДЕЛ ВОСЬМОЙ

ЗАЗЕМЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

1. Части установок, подлежащие заземлению

В установках с напряжением 500 в и выше переменного и постоянного тока все доступные для прикосновения металлические части, которые не находятся под напряжением, но могут оказаться под ним вследствие повреждения изоляции, должны быть заземлены во всех случаях.

При номинальном напряжении 36 в переменного тока и 110 в постоянного тока необходимо выполнять заземление в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках.

К частям, подлежащим заземлению, относятся корпуса приборов, аппаратов, электрических машин и трансформаторов, каркасы распределительных устройств и щитов, корпуса кабельных муфт, арматура изоляторов распределительных устройств, металлические защитные трубы и ограждения.

Обмотки трансформаторов низшего напряжения (до 500 в включительно), не имеющие непосредственного заземления, необходимо заземлять через пробивные предохранители.

Сопротивление защитного заземления не должно превышать 4 ом, за исключением установок небольшой мощности (кустарных мастерских, отопительных установок, жилых домов и т. п.) с предохранителями на вводе не более 25 а, когда величина защитного заземления не должна быть больше 10 ом.

Для заземления элементов осветительной установки используются нулевые провода (или заменяющие их естественные заземляющие проводники). Нулевой провод не должен защищаться предохранителями, кроме случаев, когда он не используется для заземления.

Если сеть имеет заземленную нулевую точку, то необходимо выполнить следующее:

винтовую металлическую резьбу патрона соединить с нулевым проводом;

заземление корпуса светильника и выключателя выполнить посредством отдельного провода или жилы провода, присоединяемого к нулевому проводу групповой линии;

однополюсные выключатели поставить в рассечку фазного провода;

при напряжении 380/220 в с заземленной нулевой точкой ни в коем случае не применять штепсельных розеток с предохранителями такой конструкции, которая допускает возможность прикосновения к токоведущим частям при смене предохранителя под напряжением.

ЗАЩИТНЫЕ ЗАНУЛЕНИЕ, ЗАЗЕМЛЕНИЕ И ОТКЛЮЧЕНИЕ. МОЛНИЕЗАЩИТА. ЗАЩИТА ОТ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

ЗАЩИТНЫЕ ЗАНУЛЕНИЕ, ЗАЗЕМЛЕНИЕ И ОТКЛЮЧЕНИЕ

Общие понятия . Прикосновение к частям электроустановок, находящимся под напряжением, может вызвать поражение электрическим током. Так, например, ток силой мА (0,02 - 0,025 А) парализует мышцы человека и лишает его возможности самому оторваться от контакта с частями электроустановки, находящимися под напряжением. При токах силой мА сердце начинает работать аритмично, нормальная циркуляция крови нарушается и через 1 - 2 с у потерпевшего прекращаются сердцебиение, пульс и дыхание. Если за это время не будет оказана первая помощь и не проведено искусственное дыхание возможна смерть потерпевшего.

Основными причинами поражения электрическим током являются прикосновения к токоведущим частям электрооборудования, нормально находящимся под напряжением, и прикосновения к частям электрооборудования нормально не находящимся под напряжением, но которые могут случайно оказаться под напряжением при замыкании на них одной из фаз сети в результате повреждения изоляции проводов, обмоток электрических машин, кабелей и т. п.

Для предохранения персонала от прикосновения к неизолированным токоведущим частям, находящимся под напряжением, применяют сетчатые ограждения, барьеры, кожухи и другие средства, рекомендуемые правилами техники безопасности .

При прикосновении к частям электроустановок, которые не должны находиться под напряжением, но могут случайно оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции тоководущих частей или по другим причинам, принимаемые меры защиты от поражения электрическим током зависят от того, как работает электрическая сеть - с глухозаземленной или с изолированной нейтралью. В сетях с глухозаземленной нейтралью нейтраль трансформатора (нулевая точка обмоток, соединенных в звезду) присоединена к заземляющему устройству; в сетях с изолированной нейтралью нейтраль трансформатора к заземляющему устройству не присоединена (т. е. изолирована от земли).

Электроустановки напряжением до 1000 В переменного тока могут быть как с глухозаземленной, так и с изолированной нейтралью; постоянного тока - с глухозаземленной или изолированной средней точкой. В четырехпроводных сетях переменного тока и трехпроводных сетях постоянного тока глухое заземление нейтрально или средней точки обязательно.

Для защиты от поражения электрическим током при прикосновении к частям электрооборудования, нормально не находящимся под напряжением, но могущими оказаться под напряжением при повреждении изоляции или по другим причинам, применяют защитные зануление, заземление и отключение.

Защитное зануление . В сетях с глухозаземленной нейтралью замыкание одной из фаз на землю или на проводник, соединенный с глухозаземленной нейтралью, является однофазным коротким замыканием. Если замыкание произошло на корпус электрооборудования, не связанного с землей, то человек, стоящий на земле и прикоснувшийся к этому электрооборудованию, окажется под полным фазовым напряжением и через него пройдет ток однофазного замыкания. Для предупреждения возможности поражения электрическим током при замыкании на корпус поврежденный участок должен быть отключен от сети в возможно короткий срок, чтобы ограничить до минимума время, в течение которого это оборудование будет представлять опасность для персонала. В этих целях в сетях с глухозаземленной нейтралью применяют защитное зануление.

Защитным занулением называется преднамеренное металлическое соединение с глухозаземленной нулевой точкой (нейтралью) трансформатора в сетях переменного тока и с глухозаземленной средней точкой источника электроснабжения в трехпроводных сетях постоянного тока частей электроустановок, нормально не находящихся под напряжением, но которые могут случайно оказаться под таковым. Соединение это выполняют проводником, который называется зануляющим, или нулевым защитным проводником. При замыкании одной из фаз на корпусе электрооборудования, имеющего соединения нулевым защитным (зануляющим) проводником с глухозаземленной нейтралью трансформатора в сетях переменного тока или с глухозаземленной средней точкой в сетях постоянного тока, возникает однофазное короткое замыкание, которое вызывает срабатывание соответствующего защитного аппарата (предохранителя, автомата) и отключение поврежденного участка. Схема присоединения электрооборудования к защитному занулению показана на рис. XV.1, а .

Защитное зануление применяют в сетях переменного тока с глухозаземленной нейтралью или с глухозаземленным нулевым проводом в трехпроводных сетях постоянного тока для автоматического отключения поврежденного участка сети в минимально возможное короткое время.

Защитное заземление . В сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью токи замыкания на землю, возникающие при повреждении изоляции одной из фаз, обусловлены величиной сопротивления изоляции проводников и емкостью относительно земли двух других оставшихся неповрежденных фаз. Эти токи (называемые токами утечки) относительно невеликиА и менее) и часто недостаточны для приведения в действие аппаратов защиты и автоматического отключения. Но они могут стать смертельными для человека, стоящего на земле и прикоснувшегося к частям оборудования, оказавшимся под напряжением при замыкании на землю и не соединенными с землей. Поэтому в сетях переменного тока с изолированной нейтралью, а в сетях постоянного тока с изолированной средней точкой для защиты от поражения электрическим током при прикосновении к частям электрооборудования, оказавшимся под напряжением в результате повреждения изоляции токоведущих проводников, применяют защитное заземление.

Защитным заземлением называется преднамеренное металлическое соединение с землей в сетях переменного тока с изолированной нейтралью или в сетях постоянного тока с изолированной средней точкой частей электроустановок, нормально не находящихся под напряжением, но которые могут случайно оказаться под напряжением по тем или иным причинам. Соединение это выполняют проводником, который называют заземляющим. Заземляющий проводник присоединяют к заземлителю, имеющему непосредственное соединение с землей. При замыкании фазы на корпус электрооборудования большая часть тока замыкания пройдет через заземляющий проводник, а меньшая через тело человека, прикоснувшегося к электрооборудованию, так как сопротивление металлического проводника во много раз меньше, чем сопротивление тела человека. Схема присоединения электрооборудования к защитному заземлению показана на рис. XV.1, б .

Защитное заземление применяется в сетях с изолированной нейтралью для уменьшения проходящего через тело человека тока замыкания на землю до безопасной величины.

Поскольку сети с изолированной нейтралью могут работать с неотключенным замыканием на землю или на корпус электрооборудования, в таких сетях необходим тщательный контроль за состоянием изоляции и своевременное устранение возникших повреждений.

Сети напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью, связанные через трансформатор с сетями напряжением выше 1000 В, должны быть защищены от опасности перехода высшего напряжения на сторону низшего при повреждении изоляции между обмотками низкого и высокого напряжения. Такой защитой является пробивной предохранитель, устанавливаемый в нейтрали или в одной из фаз на стороне низшего напряжения трансформатора.

Защитное отключение . Приведенные выше способы предупреждения и защиты от поражения электрическим током имеют свои недостатки. Так, например, заземленное электрооборудование в сетях с изолированной нейтралью при однофазных замыканиях не отключается и остается под напряжением и при неблагоприятных обстоятельствах может служить причиной несчастного случая . Зануление электрооборудования в сетях с глухозаземленной нейтралью дает возможность автоматически отключить поврежденный участок сети, но с задержкой до нескольких секунд (время срабатывания плавкой вставки предохранителя или расцепителя автомата). За время задержки отключения может произойти поражение электрическим током обслуживающего персонала. Эти недостатки защитных зануления и заземления устраняет система защитного отключения.

Защитным отключением называется система защиты, обеспечивающая автоматическое отключение быстродействующим устройством всех фаз аварийного участка с полным временем отключения с момента возникновения однофазного замыкания не более 0,2 с. Защитное отключение может применяться при снижении уровня изоляции в сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и при однофазном замыкании на корпус электрооборудования в сетях с глухозаземленной нейтралью. Устройства защитного отключения имеют высокую чувствительность и быстродействие. Их токи срабатывания весьма малы мА), поэтому они реагируют как на токи замыкания на землю, так и на токи утечки при снижении сопротивления изоляции сети, а их быстродействие (0,1 - 0,2 с) обеспечивает почти мгновенное отключение установки. Эти качества устройств защитного отключения почти полностью исключают возможность поражения от токов замыкания, опасных как по величине, так и по продолжительности действия.

Схема защитного отключения с быстродействующим реле показана на рис. XV.2. Между корпусом электрооборудования и вспомогательным заземлителем rв включено защитное реле напряжения РН, реагирующее на величину напряжения по отношению к земле. Электрооборудование может быть заземлено через заземлитель rз или занулено через заземлитель r0. При замыкании фазы на корпус электрооборудования на нем появляется напряжение. Если это напряжение превысит заданную величину, реле РН срабатывает, его контакт в цепи обмотки пускателя П размыкается и магнитный пускатель отключает электродвигатель от сети. Кнопка КнК служит для проверки действия защиты; КнП и КнС - кнопки пуска и остановки электродвигателя.

Защитное отключение применяют в случаях, когда безопасность персонала не может быть обеспечена устройством зануления или заземления.

Во взрывоопасных зонах искрение, возникшее при появлении разности потенциалов между попавшими под напряжение частями электрооборудования и землей, может вызвать воспламенение окружающей взрывоопасной смеси. Наличие зануления, заземления или защитного отключения устраняет эту опасность.

Занулению (заземлению) подлежат корпуса электрических машин машин, аппаратов, светильников, кабельные конструкции, металлическая оболочка кабелей, стальные трубы электропроводки , лотки, короба, металлические конструкции щитов, панелей и т. п.

Заземляющие устройства . Устройство, состоящее из заземлителей (электродов заземления) и соединенных с ним зануляющих (заземляющих) проводников называется заземляющим устройством.

Заземляющие и зануляющие проводники . В качестве заземляющих и зануляющих проводников используют специально прокладываемые для этой цели провода, а также трубы электропроводки, алюминиевую оболочку кабелей, кожухи шинопроводов, лотки, короба, подкрановые пути, металлические фермы, колонны зданий.

В сетях с изолированной нейтралью проводимость заземляющих проводников должна быть не менее 1/3 проводимости фазных проводников. Не требуется применять для заземления медные проводники сечением более 25 мм2, алюминиевые проводники сечением более 35 мм2 и стальные проводники сечением более 120 мм2.

В сетях с глухозаземленной нейтралью проводимость зануляющих проводников должна быть не менее половины проводимости фазных проводников. При одинаковом материале фазных и зануляющих проводников это требование обеспечивается, если сечение зануляющего проводника будет не меньше половины фазного.

В осветительных сетях с глухозаземленной нейтралью невзрывоопасных установок для защитного зануления необходимо использовать нулевые рабочие провода. Во взрывоопасных установках для защитного зануления прокладывают специальный проводник, проходящий по одной трассе и в непосредственной близости от фазных проводов. В трехфазных силовых сетях для этой цели используют четвертую жилу кабеля или четвертый провод, проложенный в стальной трубе, вместе с фазными проводами. В двухпроводных осветительных сетях взрывоопасных установок всех классов (кроме класса B-I) в качестве нулевого защитного провода допускается использовать нулевой рабочий провод, а в помещениях класса B-I прокладывают третий провод.

В электроустановках с глухозаземленной нейтралью сечения (а значит и проводимость) зануляющих проводников должны быть такими, чтобы при замыкании фазы на корпус возникающий в петле фазовый провод - нулевой провод ток однофазного короткого замыкания обеспечивал срабатывание защиты - перегорание плавкой вставки предохранителя или отключение автомата. Для этого возникающий ток однофазного короткого замыкания в невзрывоопасных установках должен не менее чем в 3 раза превышать номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя или ток уставки автомата с обратно зависимой от тока характеристикой (например, с тепловым расцепителем), а при автоматах с электромагнитным расцепителем - в 1,25 - 1,4 раза номинальный ток уставки мгновенного срабатывания автомата. Во взрывоопасных установках для ускорения действия защиты сечения зануляющих проводов выбирают такими, чтобы возникающий ток однофазного короткого замыкания превышал ток плавкой вставки ближайшего предохранителя не менее чем в 4 раза, а номинальный ток автомата с обратно зависимой от тока характеристикой не менее чем в 6 раз. Требования к защите автоматики с электромагнитными расщепителями для взрывоопасных установок те же, что и для невзрывоопасных. При применении автоматических выключателей с комбинированным расцепителем, состоящим из теплового и электромагнитного элементов, для отключения однофазного короткого замыкания достаточно обеспечить срабатывание только теплового элемента, требующего по сравнению с электромагнитным элементом меньшей величины тока замыкания.

Величину тока однофазного короткого замыкания в А, возникающего в петле фаза - нулевой провод при однофазном замыкании на корпус, определяют по формуле

rф и rн - активное сопротивление фазных и зануляющих проводников, Ом;

x - реактивное сопротивление, Ом (определяется только для электропроводок в стальных трубах);

Zт/3 - сопротивление трансформатора, Ом.

Значения активных сопротивлений жил проводов и кабелей и алюминиевой оболочки трехжильных кабелей, используемой в качестве зануляющего проводника, приведены в табл. XV.1 (реактивное сопротивление не учитывается в силу его незначительности). Сопротивления даны при температуре нагрева жил при полной токовой нагрузке, допускаемой по нормам (для проводов и кабелей с резиновой и пластмассовой изоляцией 70° C, для кабелей с бумажной изоляцией 80° C).

Величины активного и реактивного сопротивлений стальных труб электропроводки, используемых в качестве зануляющих проводников, приведены в табл. XV.2. Поскольку удельное сопротивление стальных труб зависит от величины проходящего по ним тока, приведенные в таблице значения активных и реактивных сопротивлений определены по величине тока однофазного короткого замыкания, который может пройти по петле фаза - нуль при указанных в таблице сечениях проводов и диаметров труб.

Таблица XV.1. Активное сопротивление жил проводов и кабелей и алюминиевой оболочки трехжильных кабелей
Сечение жил, мм2	Сопротивление, Ом/км
проводов и кабелей с резиновой ипластмассовой изоляцией	кабелей с бумажной изоляцией	алюминиевой оболочки трехжильных кабелей
алюминиевых		алюминиевых	алюминиевых

Таблица XV.2. Сопротивление стальных труб
	Условный проход трубы, мм	Сопротивление, Ом/км	Три одножильных провода сечением, мм2	Условный проход трубы, мм	Сопротивление, Ом/км
активное r	реактивное x	активное r	реактивное x

Для выбора зануляющих проводников из полосовой стали в табл. XV.3 приведены размеры стальных полос, эквивалентных по проводимости алюминиевым и медным проводам указанных в таблице сечений.

Расчетные сопротивления трансформаторов Zт/3 при вторичном напряжении 400/230 В приведены в табл. XV.4.

Таблица XV.3. Зануляющие проводники из полосовой стали
Сечение проводов, мм2	Сечение проводов, мм2	Размеры стальной зануляющей полосы, мм, при фазном проводе
	алюминиевом		алюминиевом

Таблица XV.4. Расчетные сопротивления трансформаторов
Мощность трансформатора, кВ·А	Сопротивление Zт/3, Ом, при соединении обмоток
звезда - звезда с выведенным нулем	треугольник - звезда с выведенным нулем

Пример . Во взрывоопасном помещении установлен электродвигатель мощностью 40 кВт, с номинальным током Iн = 77 А и пусковым током Iп = 577 А. Электродвигатель присоединен к распределительному щиту кабелем длиной 95 м. Питание щита осуществляется от трансформатора мощностью 630 кВ·А кабелем длиной 30 м, сечением 3¤95+1¤35 мм2 с алюминиевыми жилами. Трансформатор имеет соединение звезда - звезда с выведенным нулем.

Требуется выбрать марку кабеля, сечение жил и защитный аппарат к электродвигателю; проверить действие защиты при замыкании фазы на корпус электродвигателя.

Решение. Выбираем к электродвигателю кабель ВБВ с медными жилами сечением 3¤25+11¤16 мм2, с допускаемой нагрузкой 105 А, что составляет 138% номинального тока электродвигателя (по ПУЭ требуется не менее 125%). В качестве защитного аппарата устанавливается автоматический выключатель А3124 на номинальный ток 100 А, с комбинированным расцепителем - тепловым на 100 А для защиты от перегрузки и электромагнитным для защиты от токов короткого замыкания с установкой мгновенного срабатывания на 800 А. При пуске электродвигателя автомат не отключится, так как пусковой ток электродвигаА, а электромагнитный расцепитель срабатывает при 800 А.

Для проверки действия защиты при однофазном коротком замыкании на корпус электродвигателя определим суммарное сопротивление петли фаза - нуль.

1. Сопротивление трансформатора 630 кВ·А 0,043 Ом;

2. Активное сопротивление фазных шин алюминиевого кабеля 95 мм2 = 0,408 Ом/км; сопротивление нулевой жилы 35 мм2 = 1,11 Ом/км (табл. XV.1). Сопротивление на участке длиной 30 м (0,030 км): фазной жилы 95 мм2 ... 0,408·0,03 = 0,01224 Ом; нулевой жилы 35 мм2 ... 1,110·0,03=0,03330 Ом.

3. Активное сопротивление фазных жил медного кабеля 25 мм2 = 0,888 Ом/км; сопротивление нулевой жилы 16 мм2 = 1,39 Ом/км. Сопротивление на участке 95 м (0,095 км):

фазной жилы 25 мм2, ..... 0,888·0,095 = 0,08436 Ом,

нулевой жилы 16 мм2 ..... 1,390·0,095 = 0,13205 Ом.

4. Полное сопротивление петли фаза-нуль:

Rп = 0,043 + 0,01224 + 0,03330 + 0,08436 + 0,13205 = 0,30495 Ом.

Ток однофазного короткого замыкания определится по формуле (IV.1):

что превышает номинальный ток теплового элемента расщепителя автоматического выключателя в

721 / 100 = 7,21 раз

(для взрывоопасных установок требуется не менее чем в 6 раз). Таким образом, выбранный автомат надежно отключает поврежденный участок.

Аналогичным образом ведется расчет при использовании в качестве зануляющих проводников алюминиевой оболочки кабеля, стальных труб электропроводки и стальных полос.

Зануляющие (заземляющие) проводники из стальных полос крепятся в сухих помещениях непосредственно к опорной поверхности (рис. XV.3, a), в помещениях сырых и с химически агрессивными средами - на опорах, на расстояниимм от поверхности основания (рис. XV.3, б). Непрерывность электрической цепи стальных труб электропроводки обеспечивается муфтами на резьбе, а тонкостенных труб приваркой в двух точках соединительной манжеты к трубе (рис. XV.3, в). Отдельные элементы используемых строительных металлоконструкций (ферм, балок, колонну соединяют между собой перемычкой на сварке (рис. ХV.3, г), а в местах пересечения температурных швов гибкой перемычкой из стального троса с соединительной гильзой (рис. XV.3, д).

Для непосредственного соединения с землей зануляемых и заземляемых частей электроустановок служат заземлители, которые могут быть естественными и искусственными.

В качестве естественных заземлителей используют металлические конструкции зданий и сооружений, имеющие надежное соединение с землей, свинцовые оболочки кабелей и проложенные в земле трубопроводы (кроме труб с горючими газами и жидкостями). Алюминиевые оболочки кабелей и голые алюминиевые провода использовать в качестве заземлителей нельзя, так как они покрываются оксидной пленкой, плохо проводящей ток.

Искусственные заземлители применяют горизонтальные и вертикальные. Вертикальные заземлители изготовляют из стальных круглых стержней диаметроммм, длиной 4,5 - 5 м, а также из стальных уголков 50¤50 мм и отбракованных стальных водопроводных труб диаметроммм, длиной 2,5 - 3 м. Приближенное значение сопротивления растеканию тока одного вертикального заземлителя в Ом можно определить по формуле

R = ρ / l, (XV.2)

где ρ - удельное сопротивление грунта, Ом·м (табл. XV.5); l - длина вертикального заземлителя, м.

Таблица XV.5. Удельное сопротивление грунта ρ
Грунт	Удельное сопротивление, Ом·м
Мергель, известняк, крупнозернистый песок


Суглинок

Смешанный грунт (глина, известняк, щебень)
Садовая земля
Чернозем

Обычно заземляющее устройство выполняют из нескольких заземлителей (стержней, уголков, труб), закладываемых в землю в ряд или по контуру. Общее сопротивление группы вертикальных заземлителей определяют по формуле

Rв. о = Rв / nη , (XV.3)

где
Rв - сопротивление растеканию одного вертикального заземлителя, Ом;
п - количество заземлителей;
η - коэффициент, зависящий от количества заземлителей.
При количестве заземлителей до 10, расположенных в один ряд через 3 м, η = 0,95-0,93; расположенных по контуру, η = 0,86-0,74.

Горизонтальные заземлители применяют для соединения между собой вертикальных заземлителей, реже - в качестве самостоятельных заземлителей. Их изготовляют из стальных полос толщиной 4 - 5 мм или из стальных прутков диаметроммм и закладывают в землю на глубину мм. Сопротивление растеканию горизонтального заземлителя определяют по формуле

В электроустановках напряжением выше 1000 В с токами замыкания на землю более 500 А, сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 0,5 Ом. В электроустановках напряжением выше 1000 В с токами замыкания, равными или меньше 500 А, без компенсации емкостных токов сопротивление заземляющего устройства определяется по формуле

где
R - сопротивление заземляющего устройства (не более 10 Ом);
I - расчетный ток замыкания на землю, А.

В сетях с компенсацией емкостных токов сопротивление заземляющего устройства также рассчитывается по приведенным выше формулам. При этом за расчетный ток принимают: для заземляющих устройств, к которым присоединяют компенсирующие аппараты - ток, равный 125% номинального тока этих аппаратов; для заземляющих устройств, к которым не присоединены аппараты, компенсирующие емкостный ток, - остаточный ток замыкания на землю, который может иметь место в данной сети при отключении наиболее мощного из компенсирующих аппаратов, но не менее 30 А.

Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединяют нейтраль трансформатора в электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью, и заземляющее устройство, используемое для заземления электрооборудования в электроустановках напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью, должно быть не более 4 Ом. При мощности трансформатора 100 кВ·А и меньше сопротивление заземляющего устройства может быть повышено до 10 Ом.

Пример . Определяем количество вертикальных заземлителей для заземления нейтрали трансформатора. Общее сопротивление растеканию заземлителей Rв. о = 4 Ом. Удельное сопротивление грунта ρ = 60 Ом·м

Решение. В качестве заземлителей принимаем круглые стальные стержни диаметром 16 мм, длиной 5 м. Сопротивление растеканию тока одного вертикального заземлителя по формуле (XV.3):

				= 12 Ом

При расположении заземлителей в один ряд η = 0,9. Из формулы (XV.5): определим необходимое количество заземлителей

Вертикальные заземлители из стальных круглых стержней заглубляют в землю ввертыванием электродрелью (рис. XV.4), а при отсутствии источника питания - ямобуром, для чего на конец стержня приваривают направляющие, изогнутые по винтовой линии (рис. XV.5, a). Заземлители из угловой стали и труб забивают в землю передвижным механическим копром или вибромолотом. Глубина заложения вертикального заземлителя должна быть такой, чтобы верхний конец его был на глубине мм от поверхности спланированной земли. В местах с плохопроводящим грунтом для улучшения проводимости применяют увлажнение грунта или подсыпку поваренной соли (рис. XV.5, б). Заземляющие проводники и горизонтальные заземлители соединяют с вертикальными заземлителями сваркой (рис. XV.5, в).

Присоединение зануляющих и заземляющих проводников. Для присоединения зануляющих и заземляющих проводников все виды электрооборудования имеют на металлическом корпусе заземляющий болт (винт) с отличительным знаком "Земля".

Каждый элемент электроустановки присоединяется к зануляющей (заземляющей) магистрали отдельным проводником (рис. XV.6, a). Последовательное присоединение (рис. XV.6, б) через корпус электрооборудования не допускается, так как при снятии на ремонт одного из элементов электроустановки непрерывность заземляющей цепи всей установки нарушается.

Силовые трансформаторы зануляют (заземляют) присоединением заземляющего проводника к заземляющему болту 1 на корпусе трансформатора (рис. XV.7). Для возможности выкатки трансформатора на ревизию или для замены соединение заземляющего проводника 3 с трансформатором выполняют гибкой съемной перемычкой 2. В сетях с глухозаземленной нейтралью нулевая шина присоединяется к заземлителю (рис. XV.7, a); в сетях с изолированной нейтралью одна из фаз присоединяется к заземленному корпусу трансформатора через пробивной предохранирис. XV.7, б).

Электродвигатели, устанавливаемые на бетонном фундаменте или на салазках, зануляют (заземляют) присоединением заземляющего проводника к заземляющему болту на корпусе электродвигателя. Для электродвигателей, установленных на металлических конструкциях, достаточно заземлить эти конструкции, приварив к ним заземляющий проводник 1 (рис. XV.8, а). В случае подвода питания к электродвигателю кабелем или изолированными проводами в стальной трубе (рис. XV.8, а) заземляющими проводниками могут служить металлическая оболочка кабеля и стальная труба электропроводки 2, которые присоединяются перемычкой 3 к заземляющему болту 4 электродвигателя.

Пусковые аппараты (рис. XV.8, б) зануляют (заземляют) присоединением заземляющего проводника 1 к крепежным металлическим конструкциям, на которых установлен аппарат 6, или к болту заземления 4 на самом аппарате. Броня кабеля 5 заземляется присоединением перемычки 3 к заземляющему болту 4.

Взрывозащищенные электродвигатели имеют по два заземляющих болта. Один из них расположен внутри вводной коробки и предназначен для присоединения зануляющего проводника в виде четвертого провода при электропроводках в стальных трубах или четвертой жилы при кабельных проводках и металлической оболочки кабеля, вводимого внутрь коробки электродвигателя. Другой болт расположен снаружи, на корпусе электродвигателя, и предназначен для присоединения внешних заземляющих проводников стальной трубы электропроводки или стальной полосы. Для зануления и заземления достаточно присоединить заземляющий проводник к одному из этих двух болтов.

Светильники в сетях с глухозаземленной нейтралью зануляют присоединением нулевого рабочего провода 2 осветительной сети к заземляющему винту 4 на корпусе светильника перемычкой 3 либо при выходе нулевого провода из трубы (рис. XV.9, a), либо на ближайшем ролике или изоляторе (рис. XV.9, б). В сетях с изолированной нейтралью в качестве заземляющего проводника используют трубу электропроводки 1 (рис. XV.9, в), для чего флажок 5 на трубе соединяют перемычкой 3 с заземляющим винтом 4 на светильнике. Если же труба ввертывается в светильник, то заземление осуществляется соединением на резьбе металлического корпуса светильника с заземленной трубой.

Пылеводозащищенные светильники, питающиеся кабелями ВРГ, НРГ и СРГ (рис. XV.9, г) в сетях с глухозаземленной нейтралью, зануляют непосредственно в светильнике присоединением нулевого провода 2 к заземляющему винту 4, а в сетях с изолированной нейтралью присоединением к заземляющему винту 4 третьей (заземляющей) жилы кабеля.

Взрывозащищенные светильники (рис. XV.9, д) в установках всех классов, кроме класса B-I, зануляют присоединением нулевого рабочего провода к заземляющему винту 4 внутри светильника, а в установках класса B-I присоединением к винту 4 отдельного (третьего) заземляющего проводника 7.

МОЛНИЕЗАЩИТА

Молнией называется электрический разряд, возникающий между заряженными атмосферным электричеством облаками и землей или между отдельными частями облаков.

Разряды молнии на наземные объекты могут вызвать разрушение зданий и сооружений, а также загорание и взрыв находящихся в них горючих и взрывоопасных веществ. Поражения прямыми ударами молнии носят название первичных воздействий молнии.

Разряды молнии на некотором расстоянии от объекта сопровождаются явлениями электромагнитной и электростатической индукции, в результате чего появляется разность потенциалов между металлическими частями объекта и землей. Эта разность потенциалов может оказаться вполне достаточной, чтобы вызвать искрение и послужить причиной пожара. Явления электромагнитной и электростатической индукции носят название вторичных воздействий молнии.

В целях предохранения от разрушений, вызываемых прямыми поражениями молнии и ее вторичными воздействиями, промышленные здания и сооружения оборудуются устройствами молниезащиты. В зависимости от опасности поражения молнией, вероятности возникновения пожара или взрыва и маштаба возможных разрушений, здания и сооружения по молниезащите разделяются на три категории. К I категории относятся здания и сооружения, расположенные во взрывоопасных зонах классов B-I и В-II; ко II категории - расположенные в зонах классов B-Ia, B-Iб, B-IIа и II-Iг. К III категории относятся здания и сооружения, расположенные в пожароопасных зонах классов П-I, П-II, П-IIа и П-III, а также высокие заводские трубы и другие сооружения высотой более 15 м.

Защита от прямых ударов молнии осуществляется молниеотводами, которые состоят из молниеприемника, непосредственно воспринимающего удар молнии, заземлителя, отводящего ток в землю, и токоотводов (спусков), соединяющих молниеприемник с заземлителем. Защищаемый объект должен находиться внутри зоны защиты молниеотвода.

Молниеотводы конструктивно разделяются на стержневые, тросовые и сетчатые. Стержневые молниеотводы изготавливают в виде вертикальных металлических конструкций (рис. XV.10, а, б). Зона защиты одиночного стержневого молниеотвода зависит от его высоты h и представляет собой конус, основанием которого служит окружность с радиусом r = 1,5h. Тросовый молниеотвод (рис. XV. lO, в) представляет собой трос, закрепленный в виде антенны на двух опорах. Такой молниеотвод применяют для защиты узких и длинных сооружений. Зона защиты тросового молниеотвода представляет собой трехгранную призму, верхней гранью которой является натянутый трос, а основанием площадь призмы на уровне земли шириной 2¤1.5h, где h - расстояние между опорами, на которых закреплен трос.

Стержневые молниеотводы изготовляют из стальных прутков диаметроммм, угловой стали 35¤35 - 50¤50 мм или стальных труб диаметроммм. Тросовые молниеотводы изготовляют из стального троса диаметром 7,5 - 9 мм.

Токоотводы (спуски) изготовляют из стальной катанки диаметром не менее 6 мм или из полосовой стали сечением не менее 48 мм2 и толщиной не менее 4 мм. Заземлители молниезащиты конструктивно не отличаются от заземлителей защитного заземления (зануления).

Здания и сооружения I категории высотой до 30 м защищают от прямых ударов молнии отдельно стоящими стержневыми или тросовыми молниеотводами. При этом импульсное сопротивление растеканию тока каждого заземлителя должно быть не менее 10 Ом. Для объектов высотой более 30 м, когда устройство отдельно стоящих молниеотводов не представляется возможным, допускается, устанавливать их на самом сооружении, а токоотводы прокладывать по стене сооружения. Количество токоотводов в этих случаях должно быть не менее двух, а импульсное сопротивление каждого заземлителя не менее 5 Ом. Заземлители защиты от прямых ударов молнии должны быть изолированы от заземляющих устройств защиты от вторичных воздействий молнии и защитного заземления электрооборудования.

Здания и сооружения II категории защищают от прямых ударов молнии отдельно стоящими или установленными на зданиях стержневыми или тросовыми молниеотводами. Допускается использовать молниеприемную сетку, наложенную на неметаллическую кровлю , а также металлическую кровлю здания. Импульсное сопротивление растеканию тока заземлителей должно быть не более 10 Ом. Разрешается объединение заземлителей защиты от прямых ударов молнии, защиты от электростатической индукции и защитного заземления электрооборудования. К сооружениям II категории относятся также емкости с горючими жидкостями и газами. При толщине металла крыши менее 4 мм емкости должны быть защищены от прямых ударов молнии молниеотводами, отдельно стоящими или установленными на самом сооружении. При толщине метала крыши более 4 мм достаточно присоединить к заземлителям корпус емкости. Импульсное сопротивление заземлителей в этих случаях должно быть не более 50 Ом.

Здания и сооружения III категории защищают от прямых ударов молнии молниеприемниками отдельно стоящими или установленными на самом сооружении. Величина импульсного сопротивления заземлителя каждого токоотвода должна быть не более 20 Ом. Высокие отдельно стоящие или расположенные на зданиях трубы защищают от прямых ударов молнии молниеприемниками высотой 3 м, устанавливаемыми на самой трубе. Для труб высотой более 50 м необходимо устанавливать два молниеприемника по диаметрально противоположным сторонам трубы.

Защита от вторичных воздействий молнии осуществляется присоединением к заземляющему устройству всех металлических конструкций, технологических аппаратов, резервуаров и других сооружений, находящихся как внутри помещений, так и снаружи. Заземлители в этих случаях прокладывают горизонтально, по периметру защищаемого объекта. Здания и сооружения I категории должны иметь заземляющее устройство с сопротивлением не более 10 Ом, отдельное от заземляющего устройства от прямых ударов молнии. Для зданий и сооружений II и III категории специальной защиты от вторичных воздействий молнии не требуется; их металлические конструкции присоединяют к заземляющим устройствам защитного заземления электрооборудования и защиты от прямых ударов молнии.

Защита от атмосферных (грозовых) перенапряжений вращающихся машин на напряжение кВ при питании их распределительных устройств воздушными линиями осуществляется вентильными разрядниками. Вентильные разрядники представляют собой фарфоровые цилиндры, в которых последовательно включены искровые промежутки и сопротивления из специального материала, уменьшающего свое сопротивление при появлении в сети перенапряжений. Разрядники включают между шинами распределительного устройства и заземлителями. При появлении в сети перенапряжения разрядник срабатывает и предохраняет изоляцию машин от повреждения.

ЗАЩИТА ОТ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

Статическим электричеством называют электричество трения. Оно образуется в результате трения перекачиваемых нефтепродуктов и газов о стенки трубопроводов, от трения плоскоременных передач о шкивы электродвигателей и других аналогичных причин. При появлении зарядов статического электричества возможны искрения, которые могут быть причиной несчастных случаев, а в условиях взрывоопасной среды причиной возникновения пожаров и взрывов.

Для отвода возникающих зарядов статического электричества от токопроводящих частей технологического оборудования и металлоконструкций, их присоединяют к заземляющему устройству. Поскольку разрядные токи зарядов статического электричества весьма малы (тысячные доли ампер), величина сопротивления заземляющего устройства может быть принята до 100 Ом. В тех случаях, когда оборудование и металлоконструкции уже присоединены к защитному заземлению, особого заземления для отвода зарядов статического электричества не требуется.

"Электрооборудование промышленных предприяий"
- М.: Стройиздат, 1981

Работа с электроприборами, не подключенными к заземляющему контуру или заземленными с нарушением правил электробезопасности, может стать причиной несчастных случаев на производстве. Также это приводит к выходу из строя как самих электроустановок, так и сопутствующего защитного и измерительного оборудования. Правильно подключенное защитное заземление электроустановок обеспечит их защиту в случае выхода из строя изоляции токоведущих частей.

Общие сведения

Заземлением называется мероприятие по созданию контакта между корпусом электроустановки и землей, с целью защиты обслуживающего персонала и электроустановок. В случае правильного подключения системы заземления электроустановок, при пробое изоляции, большая часть тока уйдет по заземляющему контуру, который имеет меньшее сопротивление, чем другие элементы цепи.

Согласно правилам безопасности, электроустановки и другие приборы, которые подлежат заземлению, можно подключить к естественным заземлителям. В их качестве используют:

имеющие непосредственный контакт с землей металлические каркасы помещений;
металлическую защитную обмотку кабелей, закопанных в землю;
проложенные в земле металлические трубы (за исключением трубопроводов с горючими смесями);
железнодорожные рельсы.

Подключение таких конструкций к электроустановкам позволяет снизить затраты на оборудование заземления.

Важность сопротивления

Основным параметром эффективности заземления электроустановок является величина электрического сопротивления.

Согласно нормам ПУЭ (Правил Устройства Электроустановок) сопротивление заземлителя на жилых объектах с напряжением сети 220 и 380 Вольт, должно составлять не более чем 30 Ом.

Сопротивление промышленного оборудования (трансформаторных подстанций, генераторов, сварочного оборудования и других приборов) не более чем 4 Ом.
Чтобы достигнуть заданного в ПУЭ значения сопротивления, необходимо обеспечить заземляющее устройство высокой проводимостью. Для увеличения проводимости заземлителя в электроустановках и уменьшения его сопротивления необходимо выполнить одно из условий.

Во-первых, можно увеличить площадь соприкосновения заземляющего контура с землей. Достигается или увеличением площади металлической рамки заземлителя или помещением в грунт дополнительных стальных прутьев.

Во-вторых, можно повысить проводимость земли в месте установки заземлителя. Сопротивление повышается, если грунт поливать соляным раствором.

Еще один способ заключается в замене кабеля, идущего от корпуса электроприбора к контуру заземлителя, на кабель, имеющий большую токопроводимость.

Защита электроприборов

Для обеспечения необходимой защиты от поражения электрическим током применяются следующие защитные мероприятия:

установка защитных ограждений;
надежная изоляция всех токоведущих элементов;
защитные оболочки;
ограничение зоны досягаемости;
по возможности, использование малого напряжения.

На случай пробоев и изоляции и утечки напряжения на корпус электрооборудования применяются такие методы защиты, как заземление, выравнивание потенциалов, дополнительная изоляция токоведущих частей оборудования. В некоторых случаях требуется установка изолирующих (непроводящих электричество) помещений.

В случаях, когда наряду с заземлением применяются другие меры защиты от поражения электрическим током, они не должны оказывать друг на друга негативного влияния и снижать эффективность защиты оборудования и персонала.

Применение естественных элементов заземления возможно только в том случае, если исключается возможность нанесения им какого-либо ущерба, вследствие протекания по ним электрического тока.

Требования к электробезопасности

Если различные виды электроустановок располагаются на смежной территории, следует использовать одно общее заземляющее устройство, отвечающее всем необходимым параметрам безопасности.

Заземляющее устройство, применяемое для защиты электрического оборудования имеющее одно или разное назначение, в обязательном порядке должно соответствовать правилам безопасности. Каждое требование, предъявляемое к устройству заземления электроустановок, должно соблюдаться.

Для соединения заземляющего контура различного электрического оборудования в одну общую заземляющую сеть, можно применять как естественные, так и искусственные заземляющие устройства.

Пиковое значение напряжения утечки и сопротивление заземляющей сети должно отвечать требованиям электробезопасности и обеспечивать надежную защиту при любых атмосферных явлениях, и в любое время года. При расчете сопротивления заземляющих устройств, следует учитывать параметры всех естественных и искусственных заземлителей.

Все элементы схемы заземления должны быть устойчивы к внешним механическим воздействиям, влиянию высокой температуры и любых атмосферных явлений.

Основные типы

Согласно ПУЭ (Правил Устройства Электроустановок) существуют система заземления ТN (включающая в себя группы TN-C, TN-S, TN-C-S), TT и IT.
Латинские буквы в обозначении имеют следующее значение:

Т – источник питания соединен с землей;
S – размыкание осуществляется разными проводниками;
N – нейтраль;
C – размыкаются одним проводником;
I – изолированная токоведущая часть.

Зная, что означает каждая буква обозначения, можно определить устройство и принцип работы заземляющего устройства, к которому подключается электрооборудование.

Система ТN

Наиболее часто встречающаяся система защитного заземления. Главной ее особенностью служит наличие заземленной «наглухо» нейтрали питающей сети. Иными словами, нулевой выход питающей сети напрямую соединен с заземляющим контуром.

TN-C – данная система заземления широко применялась при постройке старых жилых помещений, а в наше время не используется при строительстве домов, так как является устаревшей и не отвечает всем стандартам безопасности. Такой вид заземления электроприборов применяется в трехфазных сетях с четырехжильным кабелем и однофазных сетях с кабелями имеющими две жилы. Главным недостатком данного типа, является отсутствие в кабелях защитной жилы заземления.

TN-S – система, часто используется для подключения зданий к электрической сети. Имеет наивысшую степень защиты, среди всех систем заземления. Нулевой и рабочий проводник, в этой системе, прокладываются отдельно друг от друга, при этом защитный проводник соединяется со всеми токоведущими частями зачищаемого оборудования. К недостаткам этого вида заземления модно отнести необходимость прокладки дополнительного кабеля.

TN-C-S – в этой системе, жила защитного проводника соединена с нейтральной рабочий жилой. Согласно правили электробезопасности, для системы TN-C-S требуется установка дополнительного заземления.

Система TT

Эта система широко применяется для обеспечения электробезопасности питающих подстанций и установок, имеющих отдельное заземляющее устройство. Часто используется для защиты отдельно стоящих помещений (гаражи, ларьки, ангары и другие сооружения).

Система IT

Источник питания в данной системе изолирован воздушной прослойкой или соединен элементом с большим сопротивлением, что позволяет существенно снизить ток утечки. Система заземления типа IT наиболее часто применяется в медицинских заведениях и лабораториях, для обеспечения корректной работы высокоточных, чувствительных к скачкам напряжения приборов.

Разница между заземлением и занулением

Заземление и зануление электроустановок – это схожие понятия, но имеющие одно отличие.

При использовании заземлителя защита обеспечивается снижением напряжения в токоведущей части. А при занулении защитное действие заключается в мгновенном отключении подачи напряжения в вышедшем из строя участке сети.

Обязательной является установка заземления во всех электроустановках, где нейтраль заизолирована. В том случае когда электроприбор имеет глухозаземленную нейтраль, а напряжение в рабочей сети до 1000 В, можно обойтись только одним занулением.

Правила расчета

Расчет защитного заземления необходимо производить для того, чтобы правильно определить параметры заземляющего контура, такие как его тип, форма, площадь, размеры, количество заземлителей и расстояние между ними. Все эти параметры, вместе со значением токопроводимости грунта, напрямую влияют на суммарное значение сопротивления системы заземления.

Расчет заземляющего устройства производится в обязательном порядке перед началом монтажа контура.

При расчете защитного заземления, обращают особое внимание на значение удельного сопротивления земли. Для расчетов необходимо принимать то его значение, которое соответствует наиболее неблагоприятным сезонным условиям.

Правила установки переносного вида

Переносное заземление устанавливается при временных работах по обслуживанию или ремонту электрооборудования. Монтаж защитного заземления разрешается осуществлять только после проверки на отсутствие напряжения в цепи.

Защитное заземление, предназначенное для защиты работающего на линии персонала от поражения током в случае ошибочного включения напряжения, в обязательном порядке устанавливается на все отключенные фазы, со всех сторон, с которых может быть подано напряжение.

Монтаж переносного заземления в электроустановках с напряжением более 1000 Вольт разрешается производить персоналу имеющему группу электробезопасности не ниже четвертой, а в установках до 1000 Вольт – не ниже третей.

Запрещается использовать в качестве заземляющих элементов детали, которые не предназначены для этого, также запрещается соединять элементы заземления методом скрутки.

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциала, разряд молнии и т.п.).

Защитное заземление предназначено для устранения опасности поражения электрическим током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.

Область применения защитного заземления – электроустановки по напряжением до 1000 В в сетях с изолированной централью и выше 1000В в сетях с любым режимом нейтрали источника тока (как с изолированной, так и с глухозаземленной).

В соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.030-81 защитное заземление электроустановки следует выполнять:

при номинальном напряжении 380В и выше переменного тока и 440В и выше постоянного тока во всех случаях;

при номинальных напряжениях от 42В до 380В переменного и от 110В до 440В постоянного тока при работах в условиях с повышенной опасностью, особо опасных и наружных установках.

Примечание: Характеристики этих условий приведены в обязательном приложении к ГОСТ 12.1.013-78 .

Защитному заземлению подвергают металлические части электроустановок и оборудования, доступные для прикосновения человека и не имеющие других видов защиты, например, корпуса электрических машин, трансформаторов, светильников, каркасы распределительных щитов, металлические трубы и оболочки электропроводок и т.д.

Принцип действия защитного заземления в электроустановках напряжением до 1000В:

снижение напряжения прикосновения на заземленном корпусе при замыкание на него питающего напряжения.

Это достигается за счет малого сопротивления заземляющего устройства (Ом). Ток течет по пути наименьшего сопротивления, а т.к. сопротивление человека (

кОм), то он пойдет в заземлитель или его эквивалент.

Принципиальная схема защитного заземления приведена на рис.:

(а) - трехфазной сети; (б) - двухпроводных сетей переменного и (в) - постоянного тока.

Примечание: предельно допустимые значения напряжений прикосновения и токов через тело человека с учетом длительности воздействия приведены в ГОСТ 12.1.038-82 .

Заземление осуществляется с помощью специальных устройств – заземлителей - это совокупность заземлителя – металлических проводников, соприкасающихся с землей, и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем.

В зависимости от взаимного расположения заземлителей и заземляемого оборудования различают выносные и контурные заземляющие устройства. Первые из них характеризуются тем, что заземлители вынесены за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточены на некоторой части этой площадки (рис. 20.4).

Контурное заземляющее устройство (рис. 20.5), заземлители которого располагаются по контуру (периметру) вокруг заземляемого оборудования на небольшом расстоянии друг от друга (несколько метров), обеспечивает лучшую степень защиты, чем предыдущее