Охрана труда и техника безопасности в электроустановках. Учебное пособие

тело человека при различных обстоятельствах, возникающих в процессе эксплуатации электроустановок.

Состояние изоляции зависит от материала изоляции, конструкций электроустановки, а также от условий производственной среды: температуры, влажности, наличия в воздушной среде пыли, едких паров. Качество изоляции характеризуется ее электрическим сопротивлением.

Заземлением называют преднамеренное соединение какойлибо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством. Оно состоит из заземлителя (проводящие металлические конструкции, находящиеся в электрическом контакте с землёй) и заземляющего проводника, соединяющего заземлитель с проводящими частями электроустановки. По назначению различают два вида заземлений: рабочее и защитное. Рабочим (функциональным) заземлением называется заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки (например, нейтраль трансформатора), выполненное для обеспечения ее работы.

Защитным заземлением называется заземление открытых проводящих частей (металлических частей электроустановки) с целью обеспечения электробезопасности. Основной принцип работы защитного заземления состоит в следующем. При замыкании токоведущего провода (фазы сети) на корпус заземлённой электроустановки происходит стекание тока Iзу на землю (рис. 8), этого же корпуса касается человек, предполагая, что RзуRч и учитывая их параллельное электрическое соединение Rзу // Rч, можно записать: Iзу = Iз, и тогда IчRч = IзRзу

где Iз – ток замыкания,

Rзу – сопротивление растеканию току заземляющего устройства.

31

Рис. 8 – Принцип действия защитного заземления

Это выражение можно записать в виде:

т.е. защитное заземление уменьшает величину тока, проходящего через человека. (При отсутствии заземляющего устройства Iч = Iз). Так как электрическое сопротивление человека принимается величиной равной 1000 Ом, то необходимые условия электрической безопасности Iч ≤ Iч.доп. при установленном значении тока замыкания могут быть достигнуты только при определённом значении Rзу.

Величина тока замыкания в общем случае определяется напряжением и схемой электрической сети, к которой подключена электроустановка. В соответствии с ПУЭ сети могут быть:

–сеть напряжением выше 1 кВ с глухозаземленной или эф- фективно–заземленной нейтралью;

–сеть напряжением выше 1 кВ с изолированной нейтралью;

–сеть напряжением до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью;

–сеть напряжением до 1 кВ с изолированной нейтралью.

32

В сетях с изолированной нейтралью, где ток замыкания на землю не зависит от сопротивления заземляющего устройства, защитное заземление наиболее эффективно и является основной технической мерой защиты.

Расчет заземлителей электроустановок напряжением до 1 кВ, а также свыше 1 до 35 кВ включительно выполняют обычно методом коэффициентов использования по допустимому сопротивлению заземлителя растеканию тока. При этом допускают, что заземлитель находится в однородной земле. Для электроустановок в сети с эффективно заземленной нейтралью напряжением 110 кВ и свыше заземлитель рассчитывают способом наведенных потенциалов как по допустимому сопротивлению, так и по допустимому напряжению прикосновения. При этом учитывают многослойное строение земли, представляя ее в расчете в виде двухслойной модели.

Цель расчета защитного заземления – определение количества электродов заземлителя и заземляющих проводников, и размеров и схемы размещения в земле, при которых сопротивление заземляющего устройства не превышает допустимых значений.

Для расчёта используют следующие данные:

–характеристика электроустановки (рабочее напряжение, мощность, вид оборудования, режим нейтрали питающей сети)

–план электроустановки с указанием размеров и размещения оборудования;

–данные об естественных заземлителях, в частности, измеренное сопротивление конструкций растеканию тока, которые допускаются ПУЭ для использования в качестве заземлителей.

Вкачестве заземлителей могут использоваться, например, проложенные под землёй трубы и другие металлические трубопроводы (исключая трубопроводы горючих и взрывчатых жидкостей и газов), металлические конструкции и арматуру железобетонных конструкций зданий и сооружений, свинцовые оболочки

33

кабелей проложенных в земле, рельсовые пути не электрифицированного транспорта. Если измерить сопротивление естественного заземлителя не представляется возможным, то нужно иметь сведения о его конфигурации, размерах, материале, глубине заложения в землю и другие данные, необходимые для определения его сопротивления расчетным методом;

–для электроустановок напряжением свыше 1 кВ – расчетный ток Iз замыкания на землю;

–электрическое удельное сопротивление земли на участке размещения заземлителя и признаки климатической зоны, в пределах которой сооружается заземлитель. Расчетное удельное сопротивление определяют по формуле

ρ = ρи · ψ,

где ψ – коэффициент сезонности, значение которого зависит от климатической зоны, в которой сооружают заземлитель; ρи – среднее удельное сопротивление земли, Ом∙м.

Значения ψ для однородной земли указаны в таблице 5, а ориентировочные значения удельных электрических сопротивлений различных видов земель и воды – в таблице 6;

Таблица 5 – Коэффициенты сезонности ψ для однородной земли

34

*Земля считается повышенной влажности, если измерению

еесопротивления предшествовало выпадение большого количества (свыше нормы) осадков (дождей); нормальной влажности – если предшествовало выпадение близкого к норме количества осадков; малой влажности – если количество осадков было ниже нормы.

Примечание. Расстояние от поверхности земли до верхнего конца вертикальных электродов и до горизонтального электрода равно 0,7-0,8 м.

Таблица 6 – Ориентировочные значения удельных электрических сопротивлений различных видов земли и воды

35

Численные значения допустимых сопротивлений заземляющего устройства Rдоп установлены ПУЭ в зависимости от режима нейтрали, уровня напряжения электроустановки и удельного сопротивления грунта. При использовании естественного заземлителя наибольшее допустимое сопротивление сооружаемого искусственного заземлителя Rи.доп рассчитывают по формуле

и.доп. = е доп/(г доп),

где е – сопротивление растеканию току используемого естественного заземлителя.

Для заземления стационарных электроустановок наибольшее распространение получили групповые искусственные заземлители, размещенные в земле на определенной глубине. Они представляют собой систему вертикальных электродов, параллельно соединенных между собой горизонтальным проводником связи. Вертикальные электроды располагают в ряд или по контуру. Расстояние а между соседними вертикальными электродами (если позволяют размеры отведенной под заземлитель площадки) рекомендуется брать не менее 2,5 м. Для заземлителей, расположенных в ряд, отношение а к длине l вертикального

36

электрода предпочтительно выбирать равным 2 – 3, а при расположении электродов по контуру – равным 3.

Сопротивление одиночного вертикального электрода можно определить с помощью соответствующих расчетных зависимостей, приведенных в таблицы 7. Например, при использовании стальных стержней длиной l, круглого сечения диаметром d, находящихся у поверхности земли, сопротивление рассчитывают по формуле

ρ

в = 2π ln 4 /

Ориентировочное количество п вертикальных электродов можно определить с некоторым избытком следующим образом.

Таблица 7 – Формулы для расчёта сопротивления одиночных заземлителей, размещённых в однородном грунте

37

* = 2πρ ( 2 + 12 ln 44 −+ ) ; = 0 + 2

Предварительно находят произведение коэффициента использования вертикальных электродов ηна их количество n по формуле: ηвn = Rв / Rи.доп., а затем по таблице 8 определяют количество вертикальных электродов п. Не указанные в таблице значения п находят методом интерполяции. Полученные значения округляют в меньшую сторону до целых чисел.

С учетом схемы размещения заземлителя в грунте находим длину L, м горизонтального проводника связи по формулам:

–при расположении электродов в ряд L = 1,05 (n – 1) a;

–при расположении электродов по контуру L= 1,05 a n. Сопротивление горизонтального проводника связи в виде

стальной полосы шириной b, соединяющего верхние концы вертикальных электродов, можно определить по формуле

38

Значения ρ в представленных формулах берут с учётом соответствующих коэффициентов сезонности (таблица 5, 6). Результирующее сопротивление группового заземлителя находят из выражения:

где ηг, ηв – коэффициенты использования горизонтального и вертикального электродов, значения которых представлены в таблицах 8, 9. Полученное значение Rи не должно превышать Rи.доп. В то же время Rи не должно быть значительно меньше допустимого значения во избежание неоправданно больших затрат.

Таблица 8 – Коэффициенты использования ηв вертикальных электродов без учёта влияния полосы связи и их количества n

39