36

8М инистерство образования и науки рОссийской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Кузбасский государственный технический университет имени т.Ф.ГОрбачева»

Кафедра электроснабжения горных и промышленных предприятий

Составители

Т.Ф. Малахова

С.Г. Захаренко

Защитное заземление

Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Электробезопасность»

для студентов направления подготовки

13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»,

образовательная программа «Электроснабжение»

для всех форм обучения

Рекомендованы учебно-методической комиссией направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» в качестве электронного издания для использования в учебном процессе

Кемерово 2015

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

С. А. Захаров – заведующий кафедрой «Электроснабжение горных и промышленных предприятий»

И. Ю. Семыкина – председатель учебно-методической комиссии направления подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

Малахова Татьяна Федоровна, Захаренко Сергей Геннадьевич. Защитное заземление: методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Электробезопасность» [Электронный ресурс]: для студентов направления подготовки 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», образовательная программа «Электроснабжение» для всех форм обучения / сост.: Т. Ф. Малахова, С. Г. Захаренко. – Кемерово: КузГТУ, 2015. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM); зв ; цв. ; 12 см. – Систем. требования: PentiumIV; ОЗУ 8 Мб; Windows ХР; (CD-ROM-дисковод); мышь. – Загл. с экрана.

Составлено в соответствии с программой дисциплины «Электробезопасность» и предназначено для проведения практических занятий и самостоятельной подготовки студентов по изучению действия защитного заземления, видов заземления, явления растекания тока в земле с одиночного и группового заземлителя, систем заземления электрических сетей.

Приведены примеры решения задач по оценке эффективности защитного заземления.

© КузГТУ

© Малахова Т.Ф.,

Захаренко С.Г.

составление, 2015

1. Цель работы

В соответствии с программой целью дисциплины «Электробезопасность» является изучение мероприятий по повышению надежности, безопасности, рационального и безаварийного использования электрооборудования.

Цель практического занятия: Изучить основные требования к защитному заземлению для обеспечения электробезопасности.

2. Методические указания

Тема «Защитное заземление» изучается бакалаврами на практических занятиях.

Практические занятия проводятся в интерактивной форме и заключаются в дискуссии между преподавателем и студентами. На занятиях может быть предложено решение задач совместно с преподавателем. Защита тем, рассмотренных на практических занятиях, происходит по окончании их изучения в виде собеседования. При опросе преподаватель вправе задать любой вопрос, касающейся материала практического занятия.

3. Теоретические положения

Существует три вида заземления:

– рабочее;

– защитное;

– заземление молниезащиты.

К рабочему заземлению относится заземление нейтралей силовых трансформаторов и генераторов, глухое или через дугогасящий реактор.

Защитное заземление – выполняется для обеспечения безопасности, в первую очередь людей.

Заземление молниезащиты служит для отвода тока молнии в землю от защитных разрядников и молниеотводов (стержневых или троссовых).

Заземление – преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством (ПУЭ 1.7.28).

Заземление – это устройство, состоящее из:

– заземлителей, обеспечивающих контакт с землей;

– заземляющих проводников, обеспечивающих соединение между заземлителями и заземляемыми частями.

Защитное заземление – это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением [1].

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя и заземляющих проводников.

В различных частях электрических установок возможны пробои изоляции и замыкания на металлические корпуса двигателей, пускателей, светильников, оболочек кабелей, стальных труб проводки и т. п.

Вследствие этого металлические нетоковедущие части оборудования, не находящиеся под напряжением могут оказаться под током и представлять опасность в случае прикосновения к ним людей.

Средством защиты от поражения током при переходе напряжения на нетоковедущие части электроустановок 3 (рис. 1) является защитное заземление.

Различают два вида заземляющих устройств: контурное и выносное.

Контурное устройство в виде отдельных заземлителей, размещаемых по периметру (контуру) площадки с заземляемым оборудованием, применяется на открытых подстанциях и других установках напряжением свыше 1000 В.

Выносное заземление состоит из заземлителя 1 (рис. 2) и магистрали (заземляющих проводников) 2. Заземляемое оборудование 3 находится вне поля растекания электрического тока, так как заземлитель 1 вынесен за пределы площадки с оборудованием 3.

Заземлители делятся на искусственные и естественные.

Искусственные заземлители (электроды) делятся на: вертикальные, горизонтальные.

В качестве искусственных заземлителей (рис. 3) применяют стальные уголки, забиваемые в землю вертикально, или стальные некондиционные трубы, толщина стенок которых не менее 3,5 мм и длина 2,5-3 м. Их забивают вертикально в землю на расстоянии 2,5-3 м друг от друга и более.

Диаметр трубы не оказывает особого влияния на величину сопротивления растеканию, чаще всего берут трубы с наружным диаметром 6 см (рис. 4).

Рис. 1. Схема защитного заземления: А, В, С – фазы электросети; 1 – устройство защитного отключения; 2 – автоматические выключатели; 3 – электрооборудование; 4 – заземляющий проводник; 5 – заземлитель

Рис. 2. Схема выносного заземления

Рис. 3. Заземлители: а – вертикальный, б – горизонтальный, в – кольцевой

Рис. 4. Схема заземляющего устройства

Широкое применение находят углубленные прутковые заземлители из круглой стали диаметром 12-14 мм, длиной до 5 м и более, ввертываемые в грунт с помощью электрифицированного ручного заглубителя. При использовании углубленных прутковых заземлителей снижают расход металла и затраты труда по устройству заземления.

Прутковые заземлители, а также отрезки стальных уголков, используемые для заземления, наиболее выгодны, так как с их помощью можно достичь более глубоких слоев земли при значительно меньшем объеме земляных работ. Глубокая же закладка необходима для создания контакта со слоями почвы, не подверженными промерзанию или высыханию.

Для связи уголков и труб между собой применяют стальные полосы (ленты). Толщина их должна быть не менее 4 мм, а площадь поперечного сечения не менее 48 мм² для установок до 1000 В и 100 мм² – для установок выше 1000 В.

Наименьшие размеры заземлителей и заземляющих проводников приведены в табл.1.

Таблица 1

Размеры заземлителей и заземляющих проводников

в зданиях, наружных установках и в земле

Наименование и форма заземляющих проводников	В зданиях	В наружных установках	В земле
Круглые диаметром, мм	5	6	10
Прямоугольные: сечение, мм2 толщина, мм	24 3	48 4	100 4
Угловая сталь, толщина полок, мм	2	2,5	4
Газопроводные трубы, толщина стенок, мм	2,5	2,5	3,5

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) предусматривают использование естественных заземлителей – электропроводящих частей коммуникаций, зданий и сооружений производственного или иного назначения, находящихся в соприкосновении с землей. В качестве естественных заземлителей могут использоваться:

– проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубы, за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов; обсадные трубы артезианских колодцев, скважин и т. п.;

– металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, имеющие соединение с землей;

– свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле;

– металлические шпунты гидротехнических сооружений;

– заземлители опор отходящих от подстанций воздушных линий электропередач, соединенных с заземляющим устройством подстанции при помощи грозозащитных тросов линий; рельсовые пути неэлектрифицированных железных дорог при наличии перемычек между рельсами.

Естественные заземлители обладают, как правило, малым сопротивлением растеканию тока, и поэтому использование их для заземления дает весьма ощутимую экономию металла. Недостатками естественных заземлителей являются доступность некоторых из них неэлектротехническому персоналу и возможность нарушения непрерывности соединения протяженных заземлителей.

Если сопротивление естественных заземлителей не удовлетворяет требованиям [2], используются искусственные заземлители, т. е. заземлители, специально выполняемые для целей заземления. Искусственные заземлители выполняются в виде вертикальных и горизонтальных электродов. В качестве вертикальных электродов используются стальные трубы с толщиной стенки не менее 3,5 мм и диаметром не менее 10 мм (обычно 50-60 мм); угловая сталь с толщиной полок не менее 4 мм (обычно размеры 40 50 мм²) и длиной 2,5-3 м. Горизонтальные электроды выполняются из полосовой стали размером не менее 4 12 мм² или стали круглого сечения диаметром не менее 6 мм. Заземлители прокладывают на глубине 0,7-0,8 м от поверхности земли. Горизонтальные и вертикальные заземлители соединяют между собой при помощи сварки.

Перед вводом заземляющих устройств в строй их испытывают – измеряют сопротивление растеканию тока, о чем должен свидетельствовать специальный протокол. В процессе эксплуатации сопротивление заземляющего устройства не остается постоянным, оно изменяется в зависимости от погодных условий и за счет коррозии заземлителей. Поэтому заземляющие устройства периодически подвергаются осмотрам и испытаниям. При этом время испытания выбирается таким образом, чтобы удельное сопротивление грунта в момент испытания было наибольшим (летом – во время наибольшего просыхания грунта, зимой – во время наибольшего промерзания).

Измерение сопротивления заземляющих устройств под-станций промышленных предприятий производится: после мон-тажа и капитального ремонта; в первый год эксплуатации; периодически не реже одного раза в 3 года. Измерение сопротивления заземляющих устройств цеховых электроустановок осуществляется не реже одного раза в год. Порядок проведения испытаний и результаты измерений оформляются протоколом. Если измеренные величины сопротивлений не отвечают требованиям [2], то проводят ревизию заземляющих устройств, устанавливают дополнительные заземлители.