Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электробезопасность. Часть ІІІ. Защита от напряжения прикосновения и шага. Учебное пособие
.pdf
расстоянии a
r
ρ
r
ρ
ρ
β
β
+ от его центра, будут максимальные значения величин
напряжения:
U
МАКС
ϕ
=
ЗШ
(27)
ar
+
a
коэффициента:
β
1
МАКС
a
=
(28)
ar
+
В практике эксплуатации заземлений ЭУ особый интерес представляют максимальные значения шаговых напряжений. Для одиночного
стержневого вертикального заземлителя максимальное значение напряжения:
U
Ш
I
З
= ; (30)
МАКС
2
π
a
ln
r
l
соответственно:
β
1
МАКС
U
Ш
ϕ
МАКС
З
==
ra
lnln
−
. (31)
rl
ln2ln
−
Для протяженного заземлителя круглого сечения, лежащего на поверхности земли:
вдоль оси:
U
Ш
I
З
= , (32)
МАКС
2
π
al
ln
2
l
поперек оси:
U
Ш
I
З
= . (33)
МАКС
π
a
ln
r
l
ента
Таким образом, наибольшие величины напряжения
, наблюдаются при наименьшем расстоянии от заземлителя, когда
1
и коэффици-
U
Ш
человек одной ногой стоит непосредственно на ОЗ, а другой - на расстоянии шага от него. Соответственно, наименьшие величины напряжения
U и коэффициента
Ш
будут за пределами поля растекания тока с оди-
1
ночного заземлителя (дальше 20м).
21
2. Напряжение шага работника при групповом заземлителе
В пределах площади, на которой размещены электроды группового
заземлителя, напряжение
Величина напряжение шага
U меньше, чем при одиночном заземлителе.
Ш
U изменяется от некоторого максимального
Ш
значения до нуля при удалении от электродов заземлителя (рисунок 7).
Рисунок 7 - Потенциальная кривая и схема изменения напряжения шага
работника при групповом заземлителе
Наибольшее значение напряжения
U будет, как и при одиночном
Ш
заземлителе, в начале потенциальной кривой, т. е. когда человек одной
ногой стоит непосредственно на электроде (или на участке земли, под которым зарыт электрод), а другой - на расстоянии шага от него (положения
человека А и D на рисунке 7). Наименьшее значение напряжения
U со-
Ш
ответствует случаю, когда человек стоит на «точках» с одинаковыми потенциалами (положение C); в этом случае напряжение
22
U = 0.
Ш
Проверим эти утверждения на примере группового заземлителя, со-
rx=
стоящего из двух одиночных полушаровых электродов (рисунок 7). Зная
уравнение потенциальной кривой, напишем уравнение для вычисления
напряжения шага:
()
⎡
ϕϕϕ
+
ГРaxxШ
rsrU
−=−=
⎢
()
⎣
−
−
()( )
11
⎤
. (34)
⎥
axsaxxsx
−−+
⎦
Анализ уравнения (34) показывает, что напряжение
U будет
Ш
МАКС
при наименьшем и наибольшем значениях расстояния x т.е. при
()
arsx +−= напряжение:
U
МАКС
ϕ
⎡
1
−=
ГРШ
⎢
()( )
⎣
()
−
rsr
⎤
. (35)
⎥
−−+
arsar
⎦
Наименьшее значение напряжение шага отмечается при расстоянии:
as
x −=
. (36)
22
С уменьшением расстояния s снижается и напряжение шага
ботника.
и
U ра-
Ш
Таким образом, напряжение
U будет, в начале потенциальной
Ш
МАКС
кривой, т. е. когда человек одной ногой стоит непосредственно на электроде заземлителя, а другой - на расстоянии шага от него. Наименьшее
значение напряжения
U соответствует случаю, когда человек стоит на
Ш
«точках» земли (пола помещения) с одинаковыми потенциалами, тогда
величина напряжения
U = 0.
Ш
3. Напряжение шага с учетом падения напряжения
в сопротивлении основания, на котором стоит человек
Напряжение
U (как и в случае напряжения ПРU ) - разность потен-
Ш
циалов между двумя точками, на которых стоит человек, делится между
сопротивлением
ем растеканию тока основания -
R и последовательно соединенным с ним сопротивлени-
h
R
. В данном случае сопротивление ос-
ОСН
23
нования складывается из двух последовательно соединенных сопротивле-
=
ний растеканию тока с ног человека:
RR 2
(рисунок 8).
НОСН
Рисунок 8 - К определению напряжения шага с учетом падения напряже-
ния в сопротивлении растеканию тока с ног человека:
1 - потенциальная кривая; 2 - кривая, характеризующая изменение напря-
жения
с изменением расстояния x от заземлителя
U
Ш
Следовательно,
U
R
Ш
RR
, (37)
Нh
h
βϕ
()()
RRIU 21+=+==
ОСНhhЗШ
24
откуда находим напряжение шага:
ββϕ
β
β
β
R
U
=
βϕ
ЗШ
1
h
(38)
RR
2
+
Hh
или
U = , (39)
21
ЗШ
где
- коэффициент напряжения шага, учитывающий падение напряже-
2
ния в сопротивлении растеканию тока основания, на котором стоит человек.
Коэффициент:
R
h
β
=
2
+
(40)
RR
2
Hh
или с учетом формулы (18):
R
h
β
=
2
R
+
h
. (41)
ρ
6
Таким образом, в электроустановке при одиночном заземлителе наибольшие величины напряжения
U и коэффициента
Ш
, наблюдаются при
1
наименьшем расстоянии от заземлителя, когда человек одной ногой стоит
непосредственно на заземлителе, а другой - на расстоянии шага от него.
Соответственно, наименьшие величины напряжения
отмечаются за пределами поля растекания электрического тока (прак-
1
U и коэффициента
Ш
тически дальше 20м).
При групповом заземлителе ЭУ наибольшие значения напряжения
U
Ш
будут в начале потенциальной кривой, когда человек одной ногой стоит
непосредственно на электроде заземлителя, а другой - на расстоянии шага
от него. Наименьшее значение напряжение
U соответствует случаю, ко-
Ш
гда человек стоит на «точках» земли (пола помещения) с одинаковыми
потенциалами, тогда величина напряжения
U = 0.
Ш
25
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ
1. Что такое напряжение шага на территории электроустановки с сис-
темой TN-C и оборванным PEN – проводником?
2. Что такое прямое прикосновение к токоведущим частям электроус-
тановки с системой TN-C?
3. Что такое косвенное прикосновение к токоведущим частям электро-
установки с системой TN-C?
4. Чему равно напряжение шага на территории электроустановки с сис-
темой TN-C и оборванным PEN – проводником?
5. Нарисуйте потенциальную кривую и схему изменения напряжения
шага работника при одиночном заземлителе.
6. Дайте характеристику участкам потенциальной кривой при одиноч-
ном заземлителе электроустановки с системой TN-C.
7. Дайте характеристику по схеме изменения напряжения шага при
одиночном заземлителе электроустановки с системой TN-C.
8. Чему равно напряжение шага с учетом коэффициента шага на терри-
тории электроустановки?
9. Чему равен коэффициента шага на территории электроустановки с
системой TN-C и оборванным PEN – проводником?
10. Чему равно напряжение шага при полушаровом одиночном заземли-
теле радиусом r?
11. Чему равен коэффициент шага при полушаровом одиночном зазем-
лителе радиусом r?
12. Чему равно максимальное напряжение шага при полушаровом оди-
ночном заземлителе радиусом r?
13. Чему равен максимальный коэффициент шага при полушаровом
одиночном заземлителе радиусом r?
14. Чему равно максимальное напряжение шага при стержневом верти-
кальном одиночном заземлителе радиусом r?
15. Чему равен максимальный коэффициент шага при стержневом вер-
тикальном одиночном заземлителе радиусом r?
16. Чему равно максимальное напряжение шага для протяженного за-
землителя круглого сечения на поверхности земли радиусом r?
17. Чему равен максимальный коэффициент шага для протяженного за-
землителя круглого сечения на поверхности земли радиусом r?
18. Дайте характеристику участкам потенциальной кривой при группо-
вом заземлителе электроустановки.
19. Дайте характеристику по схеме изменения напряжения шага работ-
ника при групповом заземлителе электроустановки.
20. Чему равно напряжение шага при полушаровом групповом заземли-
теле радиусом r?
26
ГЛАВА 3. ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ
В ЭЛЕКТРОУСТАНОВКАХ
1. Назначение, состав и принцип действия защитного заземления
Назначение защитного заземления ЭУ - устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу ЭП и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие
замыкания на корпус и по другим причинам.
Защитное заземление следует отличать от рабочего и заземления защиты от молний. Рабочее заземление - преднамеренное соединение с землей отдельных точек электрической цепи, например нейтральных точек
обмоток генераторов, силовых и измерительных трансформаторов. Рабочее заземление предназначено для обеспечения надлежащей работы электроустановки в нормальных или аварийных условиях и осуществляется
непосредственно (т. е. путем соединения проводником заземляемых частей с заземлителем) или через специальные аппараты - пробивные предохранители, разрядники, резисторы и т.п. Заземление защиты от молний преднамеренное соединение с землей приемников молний и разрядников
для отвода от них токов молнии в землю.
Принцип действия защитного заземления основан на снижении до
безопасных значений напряжений
U и ШU , обусловленных замыканием
ПР
на корпус ЭП 1 и другими причинами (рисунок 9).
а б
Рисунок 9 - Принципиальные схемы защитного заземления в электриче-
ских сетях с системами IT и TT:
27
а - в сети с изолированной нейтралью до 1000В; б - в сети с заземленной
нейтралью до 1кВ; 1 - заземленное оборудование (ЭП 1 и ЭП 2); 2 - зазем-
литель защитного заземления (PE – проводник); 3 - заземлитель рабочего
заземления (N – проводник);
го заземлений;
,, ZZZ - полные сопротивления проводов сетей относи-
321
r и or - сопротивления рабочего и защитно-
З
тельно земли.
Снижение напряжения достигается уменьшением потенциала заземленного ЭП 1 (сопротивления заземлителя), а также выравниванием потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного ЭП 1
(подъемом потенциала основания до значения, близкого к значению потенциала заземленного оборудования).
Таким образом, если человек коснется корпуса ЭП, например, электрического двигателя, то ток короткого замыкания фазы 3 сетей с систе-
мами IT и TT будет стекать в землю через небольшое сопротивления
не окажет на человека с большим сопротивлением
R поражающего дей-
h
r
З
и
ствия.
В электроустановке с глухозаземленной нейтралью (сети с системами TN) нейтраль генератора трехфазного переменного тока, средняя точка
источника постоянного тока, один из выводов источника однофазного тока присоединяют к заземлителю при помощи заземляющего проводника.
Искусственный заземлитель, предназначенный для заземления нейтрали ЭУ, расположен вблизи источника питания – генератора напряжения (тока). Для внутрицеховых подстанций допускается располагать заземлитель ЭУ около стены здания. Во всех случаях должны быть приняты
меры по обеспечению непрерывности цепи заземления и защите заземляющего проводника от механических повреждений.
2. Типы заземляющих устройств электроустановок
Для заземления в электроустановках разных назначений и напряжений, территориально сближенных, применяют одно общее заземляющее
устройство.
Заземляющее устройство, используемое для заземления ЭУ одного
или разных назначений и напряжений, должно удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к заземлению этих ЭУ: защиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции, условиям режимов
работы сетей, защиты электрооборудования от перенапряжения и т. д. в
течение всего периода эксплуатации.
28
Заземляющее устройство - совокупность заземлителя и заземляющих
α
α
проводников, соединяющих заземляемые части ЭУ с заземлителем. В зависимости от места размещения заземлителя относительно заземляемого
оборудования различают два типа ЗУ: выносное и контурное.
Выносное заземляющее устройство (ВЗУ) характеризуется тем, что
его заземлитель 1 вынесен за пределы площадки 3, на которой размещено
заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой
площадки. Поэтому ВЗУ называют также сосредоточенным (рисунок 10).
.
Рисунок 10 - Выносное (сосредоточенное) заземляющее устройство:
1 - заземлитель; 2 - заземляющие проводники (магистрали); 3 - заземляе-
мое электрооборудование
Существенный недостаток заземляющего устройства - отдаленность
заземлителя от защищаемого электрооборудования, вследствие чего на
всей или на части защищаемой территории электроустановки коэффициент прикосновения
= 1.
1
Выносное (сосредоточенное) заземляющее устройство применяют
лишь при малых токах замыкания на землю, в частности в ЭУ напряжением до 1000В, где потенциал заземлителя не превышает значения допустимого напряжения прикосновения -
U
ПР
вать коэффициент напряжения прикосновения -
. При этом необходимо учиты-
ДОП
, соответствующий па-
2
дению напряжения в сопротивлении растеканию тока основания, на котором стоит человек.
Потенциал выносного (сосредоточенного) заземляющего устройства
определяют из выражения:
29
ϕ
U
ПР
ДОП
ϕ
rI ≤=
ЗЗЗ
α
(42)
2
При большом расстоянии до выносного (сосредоточенного) заземляющего устройства, может значительно возрасти его сопротивление в
целом, за счет сопротивления соединительного проводника.
Достоинством выносного (сосредоточенного) заземляющего устройства является возможность выбора места размещения электродов заземлителя с наименьшим удельным сопротивлением грунта (сырое, глинистое, в
низинах и т.п.).
Необходимость в установке выносного заземляющего устройства
возникает при невозможности по каким-либо причинам: разместить заземлитель на защищаемой территории; при высоком сопротивлении земли
на данной территории (например, песчаный или скалистый грунт) и наличии вне этой территории мест со значительно лучшей проводимостью
земли; при рассредоточенном расположении заземляемого электрооборудования (например, в горной сельской местности).
Контурное заземляющее устройство (КЗУ) характеризуется тем, что
электроды заземлителя размещаются по контуру (периметру) площадки,
на которой находится заземляемое оборудование ЭУ, а также внутри этой
площадки, например, открытого распределительного устройства. Часто
электроды распределяются на площадке равномерно, поэтому контурное
заземляющее устройство называют также распределенным.
Безопасность при контурном (распределенном) заземляющем устройстве обеспечивают не только уменьшением потенциала заземлителя,
но и выравниванием потенциала на защищаемой территории ЭУ до такого
значения, чтобы максимальные напряжения прикосновения и шага не превышали допустимых величин. Это достигается путем равномерного размещения одиночных заземлителей на защищаемой территории ЭУ, например, открытого распределительного устройства (рисунок 11).
Изменение потенциала в пределах территории ЭУ, на которой размещены электроды контурного (распределенного) заземляющего устрой-
ства, происходит плавно; при этом напряжения
шие значения по сравнению с потенциалом заземлителя
U и ШU имеют неболь-
ПР
.
З
Существенным недостатком КЗУ является то, что за пределами контура заземляющего устройства, по его краям, наблюдается крутой спад
общей потенциальной кривой, что делает опасным напряжение
U на
Ш
этих участках. Устранение сильных перепадов общей потенциальной кривой выполняют укладкой в земле специальной металлической арматуры
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]