Естественные заземлители
В качестве естественных заземлителей используют находящиеся в земле трубопроводы (за исключением трубопроводов горючих жидкостей или газов), металлические конструкции и арматуру железобетонных конструкций, обсадные трубы, металлические шпунты гидросооружений, свинцовые оболочки кабелей.
Сопротивления заземления разветвлённых водопроводов, обсадных труб (артезианских колодцев, скважин, шурфов и т.п.) не превышает 1 Ом, свинцовых оболочек кабелей – 1,25-1,50 Ом (для двух кабелей), 0,5-0,75 Ом (для пяти кабелей).
Расчёт заземлителей по допустимому сопротивлению растекания.
С учётом естественных заземлителей общая проводимость заземляющего устройства должна быть не менее допустимой по нормам
1 1 1
——— = —— + ———— . (2.11)
Rдоп Rе Rи · доп
Отсюда допустимое сопротивление искусственной части заземлителя
Rе Rдоп
Rи. доп = ————— (2.12)
Rе - Rдоп
где Rдоп – допустимое сопротивление всего заземляющего устройства по нормам;
Rе - сопротивление естественных заземлителей.
Расчёт заземляющего устройства заключается в подборе такой конструкции искусственного заземлителя, при которой выполняялись бы нормы на допустимое сопротивление при наименьших затратах на его сооружение. Порядок расчёта следующий: выбирается конструкция сетки, длина и число вертикальных электродов и вычисляется сопротивление Rрасч. по одной из формул (2.8) – (2.10). Это сопротивление должно быть не более допустимого
Rрасч ≤ Rи. доп.
Защитное зануление
Принцип работы защитного зануления. Защитное зануление применяют в трёхфазных четырёхпроводных сетях с глухозаземлённой нейтралью напряжением до 1000 В (380/220, 220/127 В). В этих сетях заземление не обеспечивает защиты. из рис.(2.5) следует, что при фазном напряжении Uф = 220 В ток однофазного короткого замыкания
Uф 220
Iз = ——— = —— = 27,5 А ,
Rз + Rо 4 + 4
а напряжение на заземлённом корпусе Uз = Iз Rз = 27,5·4 = 110 В.
Рисунок 2.5 - Схема прохождения тока замыкания в сети с заземлённой нейтралью при отсутствии зануления (через заземлители электрооборудования и нейтрали):
Rо – сопротивление заземлителя нейтрали, Iз – ток замыкания на корпус, Rз – сопротивление электрооборудования, Uз – напряжение на корпусе при замыкании на него тока
Корпуса оборудования будут находится под опасным напряжением несмотря на то, что они заземлены. Потому для защиты людей используют не заземление, а зануление (рис.2.6).
Зануление – это вид защиты от поражения током путём автоматического отключения повреждённого участка сети и одновременно снижения напряжения на корпусах оборудования на время, пока не сработает отключающий аппарат. Зануление осуществляют соединением нетоковедущих частей с нейтралью трансформатора с помощью металлических проводников, имеющих весьма малое (доли Ома) сопротивление (рис. 2.6, а). При этом ток короткого замыкания, проходящий по металлической цепи зануления, достигает сотен ампер и достаточен для надёжного отключения повреждённого оборудования.
Основное требование безопасности к занулению заключается в уменьшении длительности отключения замыкания (не более долей секунды).
Так как время срабатывания плавких вставок предохранителей и тепловых расцепителей автоматов обратно пропорционально току, то малое время срабатывания возможно при большом токе. Каждый отключающий аппарат имеет свою заводскую токовременную характеристику. Так, предохранитель сработает за 0,1 с, если ток короткого замыкания превысит его уставку по току в 10 раз, за 0,2 с – в 3 раза. Время отключения предохранителя резко возрастает до 9-10 с при небольшом превышении тока (в 1,3 раза), что недопустимо по условиям безопасности
а – общая схема, б – однофазная схема замещения, Rн.п. – сопротивление нулевого провода, Rф – сопротивление фазного провода, Rо – сопротивление заземлителя нейтрали, Rчел – сопротивление тела человека, прикоснувшегося к корпусу
Рисунок 2.6 - Схема работы защитного зануления
Для надёжного и быстрого отключения необходимо, чтобы ток короткого замыкания Iк.з. превосходил ток установки отключающего аппарата, т.е. чтобы выдерживалось условие
Iк.з. ≥ кIном , (2.13)
где Iном – номинальный ток плавкой вставки или ток уставки автомата;
к – коэффициент, означающий кратность тока короткого замыкания относительно тока уставки; он должен быть равен:
- не менее 3 в помещениях с нормальными условиями при защите предохранителями или автоматами, имеющими тепловой расцепитель с обратно зависимой от тока характеристикой;
- не менее 1,4 для автоматов до 100 А с электромагнитным расцепителем;
- 1,25 – для прочих автоматов;
- не менее 4 во взрывоопасных помещениях при защите предохранителями
- не менее 6 при защите автоматами с обратно зависимой от тока характеристикой, а при защите автомата с электромагнитным расцепителем – как указано выше.