1.2. Выбор тока срабатывания аппаратов защиты
Согласно правилам устройства электроустановок, для обеспечения надежного автоматического отключения электроустановки при пробое изоляции фазных и нулевых защитных проводников должна быть такой, чтобы при замыкании на корпус выполнялось следующее требование к величине кратности тока однофазного короткого замыкания
,
(4)
где КДОП – допустимая кратность тока однофазного короткого замыкания IКЗ по отношению к номинальному току или току срабатывания защитного аппарата 13 (см. табл. 1).
Наименьший расчетный ток однофазного короткого замыкания в амперах находится по выражению (3).
Ток срабатывания аппаратов защиты выбирается из соотношения (5)
,
(5)
где IСР – номинальный ток плавкой вставки или ток срабатывания автоматического выключателя.
Таблица 4.1.
Минимальные значения допустимой кратности тока однофазного короткого замыкания в электроустановках до 1кВ
|
Ток защитного аппарата, IЗ |
Кратность тока, Кдоп |
|
1. Номинальный ток плавкой вставки предохранителя, Iн.пл. |
3 (4 во взрывоопасных зонах) |
|
2. Номинальный ток нерегулируемого расцепителя Iнр или ток установки регулируемого расцепителя Iрр автоматического выключателя, имеющего обратнозависимую от тока характеристику |
3 (6 во взрывоопасных зонах) |
|
3. Установка тока мгновенного срабатывания Iсо (отсечка) автоматического выключателя, имеющего только электромагнитный расцепитель |
1,4 (Iн<100А) 1,25 (Iн>100А) Iн – номинальный ток автоматического выключателя |
Для расчета тока короткого замыкания необходимо знать сопротивления сопротивление петли «фаза-нуль» Полное сопротивление петли «фаза-нуль» при различной длине отдельных присоединений равно:
,
(5)
где Znyn – полное удельное сопротивление п–го участка петли фаза–нуль от трансформатора до точки КЗ, мОм/ м;
Ln – длина п–го участка петли «фаза–нуль», м.
1.2 Общие сведения о заземлении
Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом нетоковедущих металлических частей электроустановок, которые могут оказаться под напряжением (рис. 1).
Защитное заземление следует отличать от рабочего заземления, которое представляет собой преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом (например, рельсовый путь) токоведущих частей электроустановки (например, нейтральные точки обмоток генераторов, трансформаторов). По рабочему заземлению постоянно или временно протекает ток рабочего режима электроустановки. Рабочее заземление предназначено для обеспечения надлежащей работы электроустановок в нормальных и аварийных режимах и является элементом конструкции электроустановки (рис. 6.1).
Назначение, принцип действия, область применения защитного
заземления
Назначение защитного заземления – устранение опасности поражения людей электрическим током при появлении напряжения на конструктивных частях электроустановок, т. е. при «замыкании на корпус». Для этого между корпусом электроустановки и землей создается электрическое соединение с достаточно малым сопротивлением R. Если человек коснется корпуса, на который произошло короткое замыкание одной из фаз, то образуется электрическая цепь от поврежденной фазы и корпуса на землю и далее к неповрежденным фазам электроустановки (в сетях с изолированной нейтралью) по двум параллельно включенным сопротивлениям: сопротивлению заземляющего устройства R и сопротивлению человека Rч (рис. 6.2).
Так как токи в параллельных цепях распределяются обратно пропорционально сопротивлениям, то при наличии малого сопротивления заземляющего устройства по сравнению с сопротивлением человеческого организма (сопротивление человека в расчетах по электробезопасности принимают Rч = 1000 Ом) часть тока, проходящего через тело человека, будет мала и безопасна для его здоровья.
Рис 6.1. Принципиальная схема защитного заземления
а – в сети с изолированной нейтралью до 1000 В и выше;
б – в сети с заземленной нейтралью выше 1000 В;
Рис 6.2. Схема включения человека в цепь замыкания на землю при прикосновении
к корпусу электроустановки
Отсюда следует, что для обеспечения, безопасности пригодно не всякое соединение с землей, а только соединение, имеющее достаточно малое электрическое сопротивление.
Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных нарушением изоляции и «замыканием на корпус». Это достигается уменьшением потенциала корпусов заземленного оборудования при однофазном замыкании на него, а также выравниванием разности потенциалов между основанием, на котором стоит человек, и корпусом заземленного оборудования.
Область применения защитного заземления – в электроустановках до 1000 В и выше с изолированной нейтралью и в электроустановках свыше 1000 В с заземленной нейтралью в соответствии с Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭ)
1. При напряжениях 500 В и выше переменного и постоянного тока – то во всех случаях.
2. При напряжении выше 36 В переменного тока и 110 В постоянного тока – при условиях работ с повышенной и особой опасностью и в наружных электроустановках.
3. При всех напряжениях переменного и постоянного тока – во взрывоопасных помещениях.
Нормирование сопротивления заземляющего устройства
Сопротивление заземляющего устройства является основным параметром, характеризующим его защитное действие.
Оно нормируется ПУЭ и ГОСТом 12.1.030-81 ССБТ Электробезопасность. Защитное заземление, зануление.
Согласно указанных нормативных документов сопротивление заземляющего устройства нормируется в зависимости от напряжения электроустановок.
В электроустановках напряжением от 110 до 750 кВ заземляющее устройство должно иметь в любое время года сопротивление не более 0,5 Ом.
В электроустановках напряжением выше 1000 В наибольшее сопротивление заземляющего устройства R в Ом не должно быть более R = 250/I, где I – расчетная сила тоrа замыкания на землю. При использовании заземляющего устройства одновременно для электроустановок напряжением до 1000 В R = 125/I.
В электроустановках напряжением до 1000 В сопротивление заземляющего устройства в стационарных сетях должно быть не более 4 Ом.
Устройство заземления
Заземляющее устройство – это система проводников и конструкций, обеспечивающая защитное заземление.
В защитное заземляющее устройство входят заземляющие проводники, контур заземления, заземляющие магистрали, спуски от заземляемых конструкций к заземляющим магистралям.
Заземляющий проводник – проводник, осуществляющий металлическую связь между заземляемой конструкцией и контуром заземления.
К
60
Заземляющая магистраль (магистраль заземления) – проводник, обеспечивающий металлическую связь группы заземленных конструкций с контуром заземления.
Внутренний контур заземления – заземляющая магистраль, прокладываемая внутри подстанций, цехов и т. п., к которой подключается каждый заземляемый объект самостоятельным проводником (спуском); обеспечивает связь заземляемых объектов с контуром заземления.
Наружный контур заземления – то же, что и контур заземления; термин применяется как отличительный в установках, имеющих внутренний контур заземления.
Различают два типа заземляющих устройств: выносные (или сосредоточенные) и контурные (или распределенные).
Выносные заземляющие устройства (рис. 6.3) характеризуются тем, что контур заземления его вынесены за пределы площадки, на которой размещено заземленное электрооборудование, или сосредоточен на части этой площадки.
Недостаток выносного заземления – отдаленность заземлителя от защищаемого электрооборудования, вследствие чего напряжение прикосновения имеет максимальное значение. Поэтому этот тип заземления применяется лишь при малых токах замыкания на землю, и ,в частности, в установках напряжением до 1000 В, где потенциал заземления не превышает допустимого напряжения прикосновения Uпр. Достоинством такого типа заземляющего устройства является возможность выбора места размещения электродов с наименьшим сопротивлением грунта (сырой, глинистый и т. п.).
Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что его контур заземления размещается по периметру площадки, на которой находится заземленное оборудование, или распределяется по всей площадке по возможности равномерно (рис. 6.4).
Безопасность при контурном заземлении обеспечивается выравниванием потенциала на защищаемой территории до такой величины, чтобы максимальное значение напряжений прикосновения и шага не превышало допустимых.
В целях выравнивания потенциалов на территории, занятой электрооборудованием, должны быть проложены продольные и поперечные горизонтальные элементы заземлителя и соединены сваркой между собой, а также с вертикальными элементами заземлителя.
Рис. 6.3. Выносное заземляющее устройство
1 – заземляемая конструкция, 2 – спуск, 3 – внутренний контур заземлителя,
4 – заземляющая магистраль, 5 – контур заземления
Рис. 6.4. Контурное заземляющее устройство
1 – заземляемая конструкция, 2 – спуск, 3 – внутренний контур заземлителя,
4 – заземляющая магистраль, 5 – контур заземления
Заземлители различают искусственные и естественные.
Для искусственных заземлителей применяют обычно вертикальные и горизонтальные электроды.
В
62
Для связи вертикальных электродов и в качестве самостоятельного горизонтального электрода используют полосовую сталь сечением не менее 4х 2 мм и сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм.
Для установки вертикальных – заземлителей предварительно роют траншею глубиной, 0,7 – 0,8 м, после чего с помощью механизмов забивают трубы или уголки.
В качестве естественных заземлителей можно использовать: проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубопроводы (за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов, а также трубопроводов, покрытых изоляцией для защиты от коррозии), обсадные трубы артезианских колодцев, скважин, шурфов и т. п.; металлические конструкции и арматуру железобетонных конструкций зданий и сооружений, имеющих соединения с землей; свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле. Естественные заземлители обладают, как правило, малым сопротивлением растеканию тока и поэтому использование их для заземления дает ощутимую экономию. Недостатками естественных заземлителей являются опасность прикосновения к ним и возможность нарушения непрерывности соединения протяжных заземлителей (при ремонтных работах и т. п.).
Прокладку заземляющих проводников производят открыто. Заземляющие проводники должны быть доступны для осмотра.
Присоединение заземляемого оборудования к магистрали заземления производят с помощью отдельных проводников (спусков). При этом последовательное включение заземляемого оборудования не допускается.
Сопротивление заземляющего устройства
Сопротивление заземляющего устройства складывается из сопротивления растеканию заземлителей и сопротивления заземляющих проводников, которое составляет незначительную долю общего сопротивления заземляющего устройства, поэтому сопротивление заземляющего устройства определяется главным образом сопротивлением растеканию заземлителей.
Сопротивление растеканию заземлителя – это сопротивление, которое возникает в зоне растекания тока в земле и определяется сопротивлением растеканию токов в прилегающих слоях грунта, лежащих в пределах того пространства вокруг заземлителей, где наблюдается прохождение тока.
Величина сопротивления растекания зависит от удельного сопротивления грунта, прилегающего к заземлителю, а также от его линейного размера, конструкций заземлителей и их взаимного расположения.
Удельное сопротивление грунта – это сопротивление между противоположными плоскостями куба земли с ребрами длиной 1 м.
Оно измеряется в Ом·м. Чем меньше удельное сопротивление грунта, тем благоприятнее условия для устройства заземляющего устройства примерные сопротивления грунта представлены (табл. 6.1.).
Таблица 6.1.
|
Состав грунта |
Удельное сопротивление, Ом·м | |
|
Предельные значения |
Рекомендуются для предварительных расчетов | |
|
Глина |
8 – 70 |
40 |
|
Суглинок |
40 – 150 |
100 |
|
Песок |
400 – 700 |
700 |
|
Супесь |
150 – 400 |
300 |
|
Чернозем |
9 – 530 |
200 |
|
Каменистый грунт |
1500 – 4000 |
4000 |
Коэффициент использования заземлителей
Для того чтобы обеспечить требуемую величину сопротивления применяют сложные заземлители, состоящие из углубленных заземлителей, соединенных металлическими полосами. В таких заземлителях поля токов, стекающих с углубленных заземлителей и полос, налагаются друг на друга. В результате общее сопротивление сложного заземлителя, измеренное приборами, получается больше, чем сопротивление этого заземлителя, рассчитанное по формуле как сумма сопротивлений параллельно соединенных одиночных заземлителей. Поэтому при проектировании заземляющего устройства необходимое число заземлителей определяется с учетом их влияния друг на друга. В связи, с чем вводится коэффициент использования заземлителей, всегда меньшей единицы
.
В сложных заземлителях обычно применяются металлические трубы длиной t=2÷3 м, диаметром d=25÷60 мм (диаметр трубы выбирается по условиям механической прочности). Расстояние a между заземлителями берётся равной от 1 до 3 его длин. Для заземлителей, расположенных в один ряд, это расстояние чаще применяется равной одной - двум длинам трубы. При расположении заземлителей по контуру расстояние, как правило, увеличивается до трёх длин.
Таблица 6.2.
Коэффициент использования ηтр заземлителей из труб или уголков
|
Для заземлителей, расположенных в ряд |
Для заземлителей, расположенных по контуру | ||||
|
Отношение расстояния между заземлителями к их длине, а/l |
Число труб, n |
ηтр |
Отношение расстояния между заземлителями к их длине, а/l |
Число труб, n |
ηтр |
|
1 |
2 |
0,34 – 0,87 |
1 |
4 |
0,66 – 0,72 |
|
3 |
0,76 – 0,80 |
6 |
0,58 – 0,65 | ||
|
5 |
0,67 – 0,72 |
10 |
0,52 – 0,58 | ||
|
10 |
0,56 – 0,62 |
20 |
0,44 – 0,50 | ||
|
15 |
0,51 – 0,56 |
40 |
0,38 – 0,44 | ||
|
20 |
0,47 – 0,50 |
60 |
0,36 – 0,42 | ||
|
|
|
100 |
0,33 – 0,39 | ||
|
2 |
2 |
0,90 – 0,92 |
2 |
4 |
0,76 – 0,80 |
|
3 |
0,85 – 0,88 |
6 |
0,71 – 0,75 | ||
|
5 |
0,79 – 0,83 |
10 |
0,66 – 0,71 | ||
|
10 |
0,72 – 0,77 |
20 |
0,61 – 0,66 | ||
|
15 |
0,68 – 0,73 |
40 |
0,55 – 0,61 | ||
|
20 |
0,65 – 0,73 |
60 |
0,52 – 0,58 | ||
|
|
|
100 |
0,49 – 0,56 | ||
|
3 |
2 |
0,93 – 0,95 |
3 |
4 |
0,84 – 0,83 |
|
3 |
0,90 – 0,92 |
6 |
0,78 – 0,82 | ||
|
5 |
0,85 – 0,88 |
10 |
0,74 – 0,78 | ||
|
10 |
0,79 – 0,83 |
20 |
0,68 – 0,73 | ||
|
15 |
0,76 – 0,80 |
40 |
0,64 – 0,69 | ||
|
20 |
0,74 – 0,79 |
60 |
0,62 – 0,67 | ||
|
|
|
100 |
0,59 – 0,65 | ||
Таблица 6.3.
Коэффициент использования ηп соединительной полосы
для заземлителей
|
Для заземлителей расположенных в ряд |
Для заземлителей расположенных по контуру | ||||
|
Отношение расстояния между заземлителями к их длине, а/l |
Число труб, n |
ηп |
Отношение расстояния между заземлителями к их длине, а/l |
Число труб, n |
ηп |
|
1 |
4 |
0,77 |
1 |
4 |
0,45 |
|
5 |
0,74 |
6 |
0,40 | ||
|
8 |
0,76 |
8 |
0,36 | ||
|
10 |
0,62 |
10 |
0,34 | ||
|
20 |
0,42 |
20 |
0,27 | ||
|
30 |
0,31 |
30 |
0,24 | ||
|
50 |
0,21 |
50 |
0,21 | ||
|
65 |
0,20 |
70 |
0,20 | ||
|
|
|
100 |
0,19 | ||
|
2 |
4 |
0,89 |
2 |
4 |
0,55 |
|
5 |
0,86 |
6 |
0,48 | ||
|
8 |
0,79 |
8 |
0,43 | ||
|
10 |
0,75 |
10 |
0,40 | ||
|
20 |
0,56 |
20 |
0,32 | ||
|
30 |
0,46 |
30 |
0,30 | ||
|
50 |
0,36 |
50 |
0,28 | ||
|
65 |
0,34 |
70 |
0,26 | ||
|
|
|
100 |
0,24 | ||
|
3 |
4 |
0,92 |
3 |
4 |
0,70 |
|
5 |
0,90 |
6 |
0,64 | ||
|
8 |
0,85 |
8 |
0,60 | ||
|
10 |
0,82 |
10 |
0,56 | ||
|
20 |
0,68 |
20 |
0,45 | ||
|
30 |
0,58 |
30 |
0,41 | ||
|
50 |
0,49 |
50 |
0,37 | ||
|
65 |
0,47 |
70 |
0,35 | ||
|
|
|
100 |
0,33 | ||
Расчет защитного заземления способом коэффициентов использования
Расчет включает определение основных параметров защитного заземления (число труб, их размещение, длина соединительных проводников), удовлетворяющих условиям безопасности.
1. Прежде чем приступить к расчету, необходимо определить допустимое сопротивление (Rдoп) защитного заземления для предполагаемой электроустановки по ПУЭ или ГОСТ 12.1.030 – 81.
2. Определить расчетное значение удельного сопротивления (ρрасч) грунта (взять это значение из табл.6.1.).
3. Рассчитать сопротивление растеканию одного вертикального заземлителя (трубы) по формуле
,
где l – длина трубы в м;
d – диаметр трубы в м (эквивалентный диаметр профильной стали);
s – расстояние от поверхности земли до середины заземлителя, равное
(где
h
– глубина заложения заземлителя).
При подстановке данных в формуле получим Rтр в Ом.
4. Рассчитать необходимое число вертикальных заземлителей по формуле
,
где n – число заземлителей;
ηтр – коэффициент использования заземлителей из труб, зависит от отношения расстояния между заземлителями (а) и длины заземлителя (l), а также от взаимного расположения электродов (в ряд или по контуру) и определяется по таблицам (см. табл.6.2).
5. Определить длину соединительной полосы, используя формулу L = 1,05 а · n, где а – расстояние между заземлителями; n – количество заземлителей.
6. Определить сопротивление полосового заземлителя по формуле
где b – ширина полосы;
h – глубина заложения полосового заземлителя.
7. Определить результирующее сопротивление растеканию сложного заземлителя (всего заземляющего устройства) R с учетом коэффициента использования полосы ηп ,от расположения заземлителя в ряду или по контуру, а также от числа труб в ряду или контуре
Подученное сопротивление растеканию R должно быть меньше Rдоп , т. е. R < Rдоп .
Измерение сопротивления заземляющего устройства
В соответствии с Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей сопротивление заземления измеряется не реже одного раза в год в периоды наименьшей проводимости грунта: раз – летом при наибольшем просыхании почвы, раз – зимой при наибольшем промерзании почвы.
Если в результате измерения окажется, что сопротивление заземляющего устройства возросло, необходимо уменьшить сопротивление заземляющего устройства путем солевой обработки грунта, добавления в грунт хорошо сохраняющих влагу веществ, увлажнения грунта, забивки дополнительных электродов или глубинных металлических свай, устройства выносного контура заземления в зоне высокой проводимости грунта и др.
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ **
Электрический ток -направленное движение заряженных частиц в электрическом поле-количество электрических зарядов, протекающее в единицу времени через единицу сечения проводника
Характеристики электрического тока
Сила тока I (А)- КОЛИЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА, ПРОХОДЯЩЕЕ ЧЕРЕЗ ЕДИНИЦУ СЕЧЕНИЯ ПРОВОДНИКА В ЕДИНИЦУ ВРЕМЕНИ
Напряжение токаU(В)-разность потенциалов на концах проводника
Сопротивление проводникаR (Ом)-падение напряжения в проводнике при прохождении тока определенной величины
Закон Ома-падение напряжения в проводнике прямо пропорционально величине проходящего по нему токаU=IR
Тепло , выделившееся при прохождении Эл. Тока, пропорционально квадрату силы тока и времени- Q=RI2t