12

Лекция № 33 заземляющие устройства

33.1. Назначение заземляющих устройств

На электрических станциях и подстанциях предусматривается заземляющие устройства, которые создают пути протекания тока замыкания по возможности малым сопротивлениям, т.е. обеспечивать безопасность людей в пределах электроустановки или вблизи неё.

Заземлитель расположен в земле и предназначен для стекания тока в землю. Заземлители различают искусственные и естественные.

К естественным относят трубопроводы (кроме газопроводов), металлические каркасы зданий, арматура ж/б фундамент и др.

Заземлению подлежат:

• Металлические части электрооборудования, нормально ненаходящиеся под напряжением;

• Металлические каркасы и опору РУ;

• Стальные каркасы зданий, трубопроводы и др.;

• Вторичные обмотки измерительных трансформаторов;

• Нейтрали вторичных обмоток силовых трансформаторов 380/220В.

Такое заземление называется защитным. К заземлителю присоединяются ОПНы, молниеотводы. Такое заземление называется молниезащитным.

33.2. Опасность прикосновения к заземленным предметам

Максимальное напряжение между поверхностью земли и заземленным предметом, которого может коснуться человек называется напряжением прикосновения U_пр (рис. 33.1).

При стекании тока через I_з потенциал заземлителя U_з=I_з(r₁+r₂), а потенциал поверхности земли в точке 1: U₁=I_зr₂.

Тогда напряжение прикосновения:

(33.1)

Отношение:

(33.2)

называется коэффициентом распределения потенциала и зависит от схемы и устройства заземлителя.

Рис. 33.1

Введем в схему человека (рис. 33.2).

Рис. 33.2

Сопротивление r_r – сопротивление человека, r_c – сопротивление ступени.

Сопротивление r_r+ r_c/2 r₁, то ток .

Напряжение , т.е. мало отличается от напряжения при отсутствии человека.

Напряжение, приложенное к человеку:

(33.3)

где из формулы (33.1).

В электрической установке U_пр должно нормироваться, т.е. должно быть рассчитано при проектировании.

В зоне растекания тока человек может попасть под шаговое напряжение (рис. 33.3)

(33.4)

Рис. 33.3

Напряжение U_ш составляет часть напряжение на заземлителе. К человеку приложено напряжение:

(33.5)

Рис. 33.4

Можно условно принять, ступня человека – это окружность радиусом R=8см, т.е.

, (33.6)

где - удельное сопротивление верхнего слоя земли.

33.4. Конструкция заземляющих устройств

Для снижения опасности при прикосновении используются средства :

• Уменьшение сопротивления заземлителя: увеличение числа и длины вертикальных проводников, использование естественных заземлителей;

• Выравнивание потенциала на поверхности земли с целью уменьшения U_прик при заданном потенциале заземлителя;

• Искусственное увеличение удельного сопротивления верхнего слоя земли в ОРУ;

• Применение резиновых ковриков в ЗРУ.

Заземлитель выполняется в виде сетки проводники уложены в землю на глубину (0,5 - 0,8)м. Типичные схемы заземлителей имеют вид (рис. 33.5)

Рис. 33.5

Электрические аппараты, части электроустановки, подлежащие заземлению, соединяются с заземлителем с помощью заземляющих проводников.

При необходимости сетку дополняют вертикальными проводниками длиной от 5 до 20м. Они устанавливаются по периметру сетки.

Для горизонтальных проводников используются стальные полосы сечением 40х4 мм² или сталь круглого сечения диаметром не менее 6мм. Вертикальные проводники выполняют из стали диаметром 10мм. Распределение потенциала на поверхности земли для заземлителя типа сетки показано на рис. 33.6.

Рис. 33.6. 1- распределение потенциала при одной ячейки; 2- распределение при четырёх ячейках; 3-сетка с 16-ю ячейками

Потенциал на поверхности распределяется неравномерно. Потенциал имеет максимальное значение над проводником, минимальное- на середине ячейки.

Напряжение U_З выше потенциала на заземлителем, т.к. проводники находятся на некоторой глубине.

Чем больше проводников, тем меньше напряжение на ячейки. Максимальное значение U_я по краям, т.к. плотность тока на крайних заземлителях максимальна.

Можно считать:

(33.7)

где - коэффициент, характеризующий распределение потенциала на поверхности земли.

В случаях, когда возможности выравнивания потенциала исчерпаны, то производят подсыпку щебня с по всей площади ОРУ. Слой толщиной (0,15 0,2)м практически не участвует в проведении тока замыкания; ток, проходящий через человека, ограничивается. Сопротивление ступни при этом составляет (15 30)кОм.

В этом случае U_r=0,0118 U_з, т.е. около 1%U_з, что обеспечивает безопасность прикосновения в самых тяжелых условиях.

За пределами заземлителя и около углом U_маг относительно велико. Для снижения опасности зону ограждают невысокой оградой. Если площадка покрыта щебнем, то этот слой отсыпается за пределами сетки на расстояние (1,5 2)м.

Можно добиться снижения затрат металла, если использовать естественные заземлители.

Ток однофазного замыкания в незаземленных и компенсированных сетях невелик, поэтому, заземлитель можно выполнять со значительно большим сопротивлением, чем в эффективно-заземленных сетях. Электроустановка при замыкании может работать несколько часов. Вероятность попадания человека под напряжение значительно выше. Потенциал заземлителя и напряжение прикосновение нормируется. R_з=10 Ом нормировано ПУЭ; в эффективно-заземленных сетях R_з .