zazemlenie-2012

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА «ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ И БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ»

ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ. ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ

Методические указания к лабораторной работе по курсу «Безопасность жизнедеятельности»

Волгоград 2012

УДК

Р е ц е н з е н т :

зав. кафедрой «Машиноведение, безопасность жизнедеятельности и методика преподавания безопасности жизнедеятельности» Волгоградского государственного социально-педагогического университета,

доцент Ю. Н. Кондауров

Печатается по решению редакционно-издательского совета Волгоградского государственного технического университета

Кудашев, С. В.

Основы электробезопасности. Защитное заземление: методические указания к лабораторной работе по курсу «Безопасность жизнедеятельности» / С. В. Кудашев, В. Ф. Желтобрюхов. – Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2012.- 37 с.

Методические указания содержат теоретические основы электробезопасности, включающие технические способы защиты от поражения током. Приведена методика измерения сопротивления заземляющего устройства и исследуемых грунтов.

Предназначены для студентов различных форм обучения всех специальностей, изучающих курс «Безопасность жизнедеятельности».

Ил. 10. Табл. 9. Библиогр.: 18 назв.

© Волгоградский государственный технический университет, 2012

___________________________________________

Составители:

Сергей Владимирович Кудашев Владимир Федорович Желтобрюхов

Методические указания к лабораторной работе по курсу «Безопасность жизнедеятельности»

Темплан 20___г., поз. №___.

Подписано в печать ___________. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,63.

Волгоградский государственный технический университет. 400131 Волгоград, просп. им. В. И. Ленина, 28.

РПК «Политехник» Волгоградского государственного технического университета.

400131 Волгоград, ул. Советская, 35.

2

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.Освоение методики измерения и расчета сопротивления заземляющего устройства и удельного сопротивления исследуемых грунтов (глина, суглинок, песок и чернозем).

2.Установление соответствия полученных результатов требованиям Правил устройства электроустановок (ПУЭ).

2.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Для обеспечения электробезопасности применяются отдельно или в сочетании следующие т е х н и ч е с к и е з а щ и т н ы е с п о с о б ы (контроль повреждения изоляции, двойная изоляция, недоступность токоведущих частей, защитное заземление, зануление, защитное отключение, выравнивание потенциалов, электрическое разделение сетей и малые

индивидуальной и коллективной электрозащиты, а также предохранительные приспособления) (ГОСТ 12.1.019-79 ССБТ «Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты»).

2.1 Защитное заземление

З а щ и т н о е з а з е м л е н и е – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей оборудования, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции (ГОСТ 12.1.009-76 ССБТ «Электробезопасность. Термины и определения»; ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ «Электробезопасность. Защитное заземление, зануление»). Также различают р а б о ч е е ( ф у н к ц и о н а л ь н о е ) з а з е м л е н и е – заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения ее работы, а не в целях электробезопасности (Правила устройства электроустановок (ПУЭ)).

Назначение защитного заземления – превращение «замыкания на корпус» в «замыкание на землю» с тем, чтобы уменьшить напряжение прикосновения и напряжение шага до безопасных величин. Защитное заземление применяется в сетях напряжением до 1000 В переменного тока – трѐхфазные трехпроводные с глухозаземленной нейтралью; однофазные двухпроводные, изолированные от земли; двухпроводные сети постоянного тока с изолированной средней точкой обмоток источника тока; в сетях выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали (рис. 1).

3

Заземление обязательно во всех электроустановках при напряжении 380 В и выше переменного тока, 440 В и выше постоянного тока, а в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках при напряжении 42 В и выше переменного тока, 110 В и выше постоянного тока; при любых напряжениях во взрывоопасных помещениях.

Рис. 1. Принципиальные схемы защитного заземления.

а – в сети с изолированной нейтралью до 1000 В и выше; б – в сети с заземленной нейтралью выше 1000 В. 1 – заземленное электрооборудование; 2 – заземлитель защитного

заземления; 3 – заземлитель рабочего заземления R3; R0 – сопротивление защитного и

рабочего заземлений. Uφ – фазное напряжение, В.

З а з е м л я ю щ е е у с т р о й с т в о состоит из металлического заземлителя, непосредственно соединенного с землей, и заземляющих проводников. Различают следующие виды заземлителей:

1)естественные заземлители – это электропроводящие части

коммуникаций и сооружений производственного или иного назначения (железобетонные фундаменты), находящиеся на земле, за исключением трубопроводов для горючих газов и жидкостей, а также трубопроводов канализации и отопления. Преимуществом использования естественных заземлителей является их малое сопротивление растеканию тока, а недостатком

– возможность нарушения непрерывности соединения протяженных заземлителей (например, при ремонтных работах);

2) искусственные заземлители – это вбитые или закопанные в землю вертикальные или горизонтальные электроды (стальные трубы диаметром 3050 мм, толщиной стенок 3,5 мм и длиной 2-3 м; угловая сталь толщиной не менее 4 мм; полосовая сталь размером от 40х40 до 60х60 мм и длиной 2,5-3,0 м; стальные прутки диаметром 10-12 мм и длиной до 10 м). Для соединения вертикальных электродов, а также в качестве самостоятельного

4

горизонтального электрода могут использоваться полосовая сталь диаметром не менее 4х12 мм и сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм.

Типичным расположением искусственных заземлителей является их забивание в ряд или по контуру. Для погружения в землю вертикальных электродов предварительно роется траншея глубиной 0,7-0,8 м, после чего забиваются трубы или уголки с помощью механизмов и вибраторов. Далее верхние концы погруженных в землю вертикальных электродов соединяются стальной полосой методом сварки.

Вцелях исключения или уменьшения коррозии искусственных заземлителей, находящихся в агрессивных почвах (щелочных или кислых), должны в качестве материала заземлителей применяться медь, омедненный или оцинкованный металл. В качестве искусственных заземлителей не следует применять алюминиевые оболочки кабелей, а также голые алюминиевые проводники, т. к. данный металл активно окисляется в почве (оксид и гидроксид алюминия – типичный изолятор).

Вкачестве заземляющих проводников применяются медные и алюминиевые проводники, а также полосоваю сталь, которые прокладываются открыто и обязательно окрашиваются в яркий цвет. Одиночный заземлитель (электрод) – это отдельный проводник, находящийся в контакте с землей. Групповой заземлитель – это заземлитель, состоящий из нескольких электродов, соединенных между собой параллельно.

Взависимости от места размещения заземлителей относительно заземляющего оборудования различают два типа заземляющего устройств

(рис. 2):

а) выносное (сосредоточенное) заземление – заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование. Данный тип заземления применяется при небольшой силе тока замыкания на землю в электроустановках напряжением до 1000 В. Достоинствами выносного заземления является возможность выбора грунта для размещения заземляющего устройства, а недостатками – человек может оказаться под напряжением прикосновения, равным напряжению заземлителя, а также отдаленность заземлителя от защищаемого оборудования;

б) контурное (распределенное) заземление – электроды заземлителя размещаются по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки. Контурное заземление является наиболее безопасным, т. к. напряжение шага и напряжение прикосновение имеют небольшие значения.

Воткрытых электроустановках корпуса присоединяются непосредственно к заземлителю проводами. В зданиях необходимо

прокладывать так называемую м а г и с т р а л ь з а з е м л е н и я , т. е. заземляющий проводник с двумя или более ответвлениями.

5

В помещениях заземляющие проводники должны располагаться таким образом, чтобы они были доступны для осмотра обслуживающего персонала и надежно защищены от механических повреждений. На полу производственных помещений заземляющие проводники следует укладывать в специальные канавки. В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных заземляющие проводники должны прокладываться вдоль стен на скобах до 10 мм от стены. Каждый из корпусов электроустановок необходимо присоединять к заземлителю или к заземляющей магистрали с помощью отдельного ответвления. При этом последовательное включение нескольких корпусов электрооборудования, подлежащего заземлению, в заземляющий проводник не допустимо.

Рис. 2. Схемы выносного (а) и контурного (б) заземления. 1 – заземлители; 2 – заземляющие проводники; 3 – заземляемое электрооборудование; 4 – производственные здания.

В соответствии с ПУЭ защитное заземление н о р м и р у е т с я по величине его сопротивления (Rз, Ом). Чем меньше сопротивление заземления, тем выше защитный эффект. Нормирование параметров защитного заземления базируется на следующих понятиях:

1)сопротивление заземляющего устройства – представляет собой сумму сопротивлений заземлителя относительно земли и заземляющих проводников;

2)сопротивление заземлителя относительно земли – есть отношение напряжения на заземлителе к величине электрического тока, проходящего через этот заземлитель в землю;

3)удельное сопротивление грунта – представляет собой сопротивление между противоположными сторонами 1 м3 грунта размерами 1х1 м.

Величина сопротивления заземлителя зависит от удельного сопротивления грунта, в котором он располагается, количества, размеров и характера расположения заземлителей. Указанная величина может изменяться в зависимости от времени года и климата местности.

6

В электроустановках напряжением от 1 кВ до 35 кВ включительно с малыми значениями тока замыкания на землю (менее 500 А) устанавливается сопротивление заземления по формуле (Rз ≤ 10 Ом):

250

з ≤ з . (5)

При использовании заземляющего устройства в сетях до 1000 В и выше, величина Rз должна быть равна или ниже данного соотношения, однако не превышать предельно-допустимого значения для электроустановок до 1000 В:

125

з ≥ з . (6)

При больших токах замыкания на землю (более 500 А), что характерно для линий 110 кВ и выше, сопротивление заземление должно быть Rз ≤ 0,5 Ом.

К о н т р о л ь и и з м е р е н и е сопротивления заземляющего устройства в соответствии с ПУЭ должно проводиться не реже 1 раза в год, а именно, один год – летом при наибольшем высыхании почвы и другой год – зимой в период наибольшего ее промерзания. Внешний осмотр и измерение сопротивления заземляющих устройств должны проводиться при приеме в эксплуатацию заземлителей, при их переустановке и ремонте.

Для измерения сопротивления заземляющего устройства и удельного сопротивления грунта применяются измерители сопротивления заземления различных марок и реже омметры типа М-372 или М-417 (рис. 3).

В измерителях сопротивления заземления амперметр и вольтметр заменены потенциальной и токовой рамками логометра. Постоянный ток генератора с помощью прерывателей преобразуется в переменный. Напряжение испытуемого заземлителя относительно снимается зондом, с последующим выпрямлением и подачей на потенциальную рамку логометра. Таким образом, через заземлители проходит переменный ток, а через логометр – постоянный. При этом, измерения проводятся только при переменном токе, т. к. при постоянном, вследствие поляризации влаги у заземлителей, прибор выдает неверный результат.

Измерение сопротивления заземлителей растеканию можно оценить, используя метод амперметра и вольтметра (рис. 4а). Сущность данного метода заключается в том, что вспомогательный заземлитель и зонд размещаются на таком расстоянии друг от друга и от испытуемого заземлителя, чтобы их поля растекания тока не накладывались. Падение напряжения на этом заземлении фиксируется вольтметром, включенным между заземлителем и

8

зондом. Далее по закону Ома, с учетом измеренных величин U и I, вычисляется значение Rx.

Рис. 3. Классическое (а, б) и современное (в-е) оборудование для измерения сопротивления заземления. а – «М416»; б – «Ф4103-м1»; в – «ИС-10»;

г – «ЦС4107»; д – «MI 3123»; е – «Metrel MI 2124».

Измерение удельного сопротивления грунта осуществляется методом четырех электродов и методом вертикального электрического зондирования

(рис. 4б, в). В первом методе измеряется сопротивление растеканию заземлителей, установленных на равных расстояниях, а затем вычисляется удельное сопротивление грунта.

Второй метод учитывает слоистую неоднородность грунта и позволяет осуществлять расчет заземления с достаточной точностью и чаще всего применяется в сочетании с методом четырех электродов. В этом случае принимается во внимание двухслойная структура грунта с горизонтальными границами между слоями, имеющими различное удельное сопротивление. При выполнении измерений данным методом необходимо располагать на значительное расстояние потенциальные и токовые электроды. Замеры удельного сопротивления производятся при увеличении расстояния между токовыми электродами с последующим построением кривой в билогарифмических координатах ρ = f(l/2).

9

2

Рис. 4. Схемы измерений сопротивления заземлителей растеканию (метод амперметра и вольтметра) (а) и удельного сопротивления грунта (метод четырех электродов) без учета его неоднородности (б) и с учетом двухслойной структуры грунта (в) с использованием измерителя сопротивления заземления.

1 – испытуемый заземлитель; 2 – зонд; 3 – вспомогательный заземлитель.

а – расстояние между заземлителями, м; l – расстояние между токовыми электродами, м; h – послойное расстояние, м; ρ1 и ρ2 – удельное сопротивление грунта, Ом·м.

Р а с ч е т з а щ и т н о г о з а з е м л е н и я заключается в определении числа и длины вертикальных элементов и соединительных полос с учетом требований ПУЭ, характера расположения заземлителей, допустимых значений напряжений шага и прикосновения, а также свойств грунта (Приложение 1, таблица 6).

Удельное сопротивление грунта (ρ, Ом·м) рассчитывается по формуле:

= 2 , (7)

где а – расстояние между заземлителями, м; R – экспериментально измеренное удельное сопротивление грунта (показание прибора), Ом.

Расчетное сопротивление грунта (ρрасч, Ом·м) определяется с учетом величины коэффициента сезонности (ψ), определяемого по Приложению 1, табл. 7:

расч = ∙ . (8)

10