zazemlenie-2012

Расстояние от середины заземлителя до поверхности земли (t, м) вычисляется с учетом длины заземлителя и расстояния от верхнего конца заземлителя до поверхности земли (h, м):

= 2 + . (9)

Рекомендуемое расстояние от поверхности земли, на которое забивают вертикальные заземлители, составляет 0,5-0,8 м.

Сопротивление растеканию тока одиночного заземлителя (R, Ом), верхний конец которого находится ниже поверхности земли, рассчитывается из соотношения:

где t – расстояние от середины заземлителя до поверхности земли, м; l – длина заземлителя, м; d – наружный диаметр заземлителя, м.

В случае использования вместо трубы или стержня угловой стали расчет сопротивления растеканию тока ведется с учетом эквивалентного диаметра (dэкв, м) и ширины стороны уголка (σ, м):

экв = 0,95 . (11)

Ориентировочное число электродов в групповом заземлителе (n0, шт.)

где Rдоп – допустимое сопротивление заземляющего устройства (в соответствии с ПУЭ Rдоп не должно превышать 4 Ом в электроустановках до 1000 В), Ом.

Далее с учетом значения n0 и характера расположения электродов в групповом заземлителе (в ряд или по контуру), а также отношения расстояния между заземлителями к их длине, т. е. a/l, определяется по Приложению 1, табл. 8 величина коэффициента использования заземлителей (ηз). В соответствии с найденным значением ηз рассчитывается количество электродов (n, шт.):

= 0 . (13)

з

Затем уточняется по Приложению 1, табл. 8 значение коэффициента использования заземлителей в соответствии с найденным количеством

11

электродов. Тогда сопротивление растеканию электрического тока электродов в групповом заземлителе (Rз, Ом) с учетом уточненного значения коэффициента использования заземлителей (η/з) будет определяться из соотношения:

з = ∙ з/ . (14)

Расчет длины полосы связи (lпс, м), объединяющей все отдельные заземлители в один общий, проводится по формуле:

пс = 1,05 ∙ . (15)

Сопротивление растеканию электрического тока полосы связи (Rпс, Ом) суммарно для всех электродов в групповом заземлителе находится по формуле:

где b – ширина соединительной полосы связи, м.

Сопротивление растеканию электрического тока полосы связи (R/пс, Ом) с учетом найденного по Приложению 1, табл. 9 коэффициента ηпс определяется по формуле:

где ηпс – коэффициент использования полосы связи.

Тогда суммарное (общее) сопротивление растеканию электрического тока всех заземлителей (ΣRзазем, Ом) составит:

предельно-допустимым сопротивлением заземляющего устройства согласно ПУЭ и сделать вывод о пригодности для использования данного устройства.

2.2 Защитное зануление

З а щ и т н о е з а н у л е н и е – это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих

12

частей, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции (ГОСТ 12.1.009-76 ССБТ «Электробезопасность. Термины и определения»). В соответствии с ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ «Электробезопасность. Защитное заземление, зануление» защитное зануление электроустановок следует выполнять:

-в трехфазных четырехпроводных сетях до 1000 В с глухозаземленной нейтралью;

-при номинальном напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока – во всех случаях;

-при номинальном напряжении от 42 В до 380 В переменного тока и от 110 В до 440 В постоянного тока при работах в условиях помещений с повышенной опасностью и особо опасных.

Для обеспечения защитного зануления необходимо наличие заземления нейтрали источника, повторного заземление нулевого провода и собственно

нулевого провода, т. е. такого проводника с малым сопротивлением, назначением которого является обеспечение необходимой для отключения электроустановки величины тока короткого замыкания путем создания для этого тока цепи с малым сопротивлением (рис. 5). Для обеспечения непрерывности цепи зануления запрещается установка в нулевой провод предохранителей и выключателей, при этом проводимость нулевого провода должна быть не менее 50 % проводимости фазного провода. В качестве нулевых защитных проводников применяются голые или изолированные проводники, стальные полосы и различные металлоконструкции зданий.

Uφ

С

В

А

PEN

Iкз

Iз

Рис. 5. Принципиальная схема защитного зануления. Iз – сила тока замыкания; Iкз – сила тока короткого замыкания; R0 – сопротивление заземления нейтрали; Rп – сопротивление повторного заземлителя; PEN – совмещенный нулевой защитный и нулевой рабочий провод.

13

Принцип действия защитного зануления заключается в превращении пробоя фазы на корпус в однофазное короткое замыкание, т. е. замыкание между фазным и нулевым проводами (однофазное короткое замыкание). Возникающий в электрической цепи ток резко возрастает, в результате чего срабатывает токовая защита (используются плавкие предохранители, автоматические выключатели, магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой, контакторы с тепловым реле) и отключается поврежденный участок сети (рекомендуемое время срабатывания предохранителя составляет

0,01-0,2 с).

Назначение повторного заземления нулевого провода, которое для воздушных сетей осуществляется через каждые 250 м, состоит в уменьшении потенциала зануленных корпусов при обрыве нулевого провода и замыкании фазы на корпус за местом обрыва. В качестве повторных заземлений могут быть рекомендованы, прежде всего, естественные заземлители. В связи с чем, необходима тщательная прокладка нулевого провода, с целью исключения обрыва.

Назначение заземления нейтрали – снижение до минимального значения напряжения нулевого провода относительно земли и всех присоединенных к нему корпусов при случайном замыкании фазы на землю.

При н о р м и р о в а н и и защитного зануления устанавливаются следующие величины (в соответствии с ПУЭ):

-ток однофазного короткого замыкания должен превышать не менее чем в 3 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя;

-сопротивление заземляющих устройств, к которым присоединены нейтрали трансформаторов или генераторов, должны быть не более 4 Ом, а повторных заземлений – не более 10 Ом.

Ко н т р о л ь защитного зануления электрооборудования должен осуществляться при его сдаче-приемке в эксплуатацию, после монтажа, а также периодически в процессе эксплуатации. Один раз в пять лет должно проводиться измерение полного сопротивления петли «фаза – нуль» для наиболее удаленных и мощных электроприемников. Для измерения сопротивления петли «фаза – нуль» могут быть использованы измерители сопротивлений заземления и омметры (М-372, М-417).

Р а с ч е т защитного зануления сводится к определению сечения нулевого провода, удовлетворяющего условию срабатывания максимальной токовой защиты, которая связана с мощностью подключенной электроустановки. При этом величина тока замыкания (Iз) составит:

где Uк – падение напряжения в нулевом проводе, равное падению напряжения на участке последовательно соединенных сопротивлений R0 и Rп.

Для обеспечения надежной работы защитного зануления необходимо, чтобы ток короткого замыкания (Iкз) превышал номинальный ток защиты:

где Iном – номинальный ток плавкой вставки; К – коэффициент кратности, равный 3 для плавких вставок и автоматов с обратнозависимой от тока характеристикой (при отсутствии данных для автоматов с номинальным током до 100 А кратность тока короткого замыкания относительно величины уставки (подробнее см. п. 2.3) следует принимать равной 1,4, для других автоматов – 1,25).

Также в расчетах защитного зануления принимается во внимание активное сопротивление проводов (медных или алюминиевых):

где ρпров – удельное сопротивление проводника; l, S – длина и площадь поперечного сечения проводника соответственно.

Тогда величина сопротивления петли «фаза – нуль» (Zп, Ом) составит:

где Rφ – активное сопротивление фазного провода; Rн – активное сопротивление нулевого провода; Хп – индуктивное сопротивление петли «фаза – нуль».

Заземление и зануление не защищают человека от поражения электрическим током при прямом прикосновении к токоведущим частям электроустановки. В связи с чем, возникает необходимость в использовании дополнительных технических защитных способов.

2.3 Защитное отключение

З а щ и т н о е о т к л ю ч е н и е – это быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение (в течение 0,1-0,2 с) электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током (ГОСТ 12.1.009-76 ССБТ «Электробезопасность. Термины и определения»). Такая опасность может возникнуть при замыкании фазы на корпус электрооборудования, при снижении сопротивления изоляции фаз относительно земли ниже определенного ПУЭ предела, при неисправности заземления или зануления, при появлении в сетях более высокого напряжения,

15

и, наконец, при прикосновении человека к токоведущим частям, находящихся под напряжением (рис. 6).

Защитное отключение является частным случаем защитного зануления и может применяться в передвижных электроустановках, в любых сетях независимо от режима работы нейтрали, величины напряжения и наличия нулевого провода, а также когда затруднительно выполнение защитного заземления или зануления и в дополнение к последнему в опасных, особо опасных и взрывоопасных помещениях в отношении поражения электрическим током.

2

КО

Н

Рис. 6. Принципиальная схема защитного отключения.

1 – корпус электрооборудования; 2 – автоматический выключатель.

КО – катушка отключения; Н – реле напряжения (датчик); Rв – сопротивление вспомогательного заземления, Ом; Iр – сила тока, проходящего через реле, А.

К устройствам защитного отключения предъявляются следующие требования – быстродействие (≤ 0,2 с), надежность, высокая чувствительность (входной сигнал по току не должен превышать нескольких мА, а по напряжению – нескольких десятков В) и селективность (избирательность отключения только аварийного участка) (ГОСТ 12.4.155-85 ССБТ «Устройства защитного отключения. Классификация. Общие технические требования»). Значение входного сигнала, при определенной величине которого защитное отключение срабатывает и отключает электроустановку, называется у с т а в к о й .

Системой защитного отключения осуществляется непрерывный контроль за напряжением корпуса относительно земли, силой тока замыкания на землю, напряжением фаз относительно земли, напряжением нулевой последовательности, сопротивлением изоляции или токами утечки между

16

токоведущими и нетоковедущими деталями конструкции электрооборудования, а также сравнение с установленным значением уставки. В комплект защитного отключения входят датчик или фильтр (чувствительный элемент, воспринимающий входной сигнал), преобразователь (преобразование и усиление входного сигнала, поступающего с датчика) и автоматический выключатель (исполнительный орган, отключающий электроустановку или участок сети при поступлении аварийного сигнала).

Взависимости от характера и величины входного сигнала, на изменение которого реагирует защитное отключение, выделяются следующие схемы:

-защитное отключение на напряжение корпуса относительно земли;

-защитное отключение на ток замыкания на землю;

-защитное отключение на напряжение или ток нулевой последовательности;

-защитное отключение на напряжение фазы относительно земли;

-защитное отключение на постоянный и переменный оперативные токи;

-комбинированные системы защитного отключения (имеют два или более датчиков и реагируют на несколько входных сигналов).

Всетях до 1000 В с заземленной нейтралью рекомендуется применение схем на токе замыкания на землю и на токе нулевой последовательности. Комбинированная схема на нулевой последовательности и на оперативном токе может использоваться как самостоятельное средство защиты взамен заземления в сетях с любым режимом нейтрали.

2.4 Другие технические способы обеспечения электробезопасности

I) В ы р а в н и в а н и е п о т е н ц и а л а – метод снижения напряжения прикосновения и шага между точками электрической цепи, к которым возможно одновременное прикосновение или на которых может одновременно стоять человек (ГОСТ 12.1.009-76 ССБТ «Электробезопасность. Термины и определения»). Данный технический способ обеспечения электробезопасности используется при эксплуатации установок выше 1000 В и является эффективной защитной мерой, однако применяется только как дополнение к заземлению или занулению.

В целях равномерного распределения электрического потенциала на площадке, на которой размещается электрооборудование, применяются искусственные заземлители. На территории открытых распределительных устройств прокладываются заземляющие полосы на глубине 0,5-0,7 м вдоль рядов электроустановок и в поперечном направлении, образуя заземляющую сетку, к которой и присоединяется заземляемое оборудование.

Принцип выравнивания потенциала заключается в следующем. При пробое изоляции в электроустановке ее корпус и заземляющий контур окажутся под потенциалом. Учитывая, что заземлители располагаются на небольшом расстоянии друг от друга (до нескольких метров), то их поля

17

растекания будут накладываться. В указанных условиях любая точка поверхности грунта внутри контура будет приобретать значительный потенциал, который уменьшается по мере удаления от заземлителя. В тоже время из-за близости расположения заземлителей разность потенциалов между точками внутри контура будет уменьшаться, т. е. происходит выравнивание потенциалов (напряжения шага и прикосновения принимают значения относительно безопасные для человека).

II) М а л о е ( б е з о п а с н о е ) н а п р я ж е н и е – номинальное напряжение не более 42 В, применяемое в целях уменьшения опасности поражения электрическим током (ГОСТ 12.1.009-76 ССБТ «Электробезопасность. Термины и определения»). Данный технический способ обеспечения электробезопасности особенно эффективен при работах в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и на открытых (наружных) электроустановках, кроме случая двухфазного подключения.

Малое напряжение применяется для питания ручного инструмента (дрель, гайковерт). Наибольшая степень безопасности достигается при напряжениях 12-24 В. Источниками малого напряжения являются понижающие трансформаторы, преобразователи частоты, батареи гальванических элементов, аккумуляторы и выпрямительные установки. Применение автотрансформаторов или реостатов для этой цели недопустимо, т. к. в этом случае отсутствует гальваническая развязка с сетью (сеть малого напряжения электрически связана с сетью высшего напряжения).

Трудностью данного технического способа обеспечения электробезопасности является сложность создания протяженных сетей и мощных электроприемников малого напряжения.

III) Э л е к т р и ч е с к о е р а з д е л е н и е с е т е й – разделение электрической сети на отдельные электрически не связанные между собой участки с помощью разделяющего трансформатора (ГОСТ 12.1.009-76 ССБТ «Электробезопасность. Термины и определения»). Использование разделяющих трансформаторов является более безопасным (коэффициент трансформации 1:1), чем понижающих трансформаторов с заземлением вторичных обмоток.

Основной областью применения данного способа являются разветвленные электрические сети и электроустановки до 1000 В, эксплуатация которых связана с повышенной опасностью (передвижные электроустановки, ручной электрифицированный инструмент) (рис. 7). Опасность поражения электрическим током в разветвленных сетях, для которых характерны большая емкость и малое сопротивление изоляции, можно существенно уменьшить путем разделения на ряд небольших сетей с небольшой емкостью и высоким сопротивлением изоляции.

Разделяющие трансформаторы изолируют электроприемники от первичной сети и сети заземления. При проектировании электрического

18

разделения сетей следует учитывать, что от разделяющего трансформатора может питаться только один электроприемник с защитной плавкой вставкой (сила тока вставки автомата на первичной стороне должна быть не более 15 А, а при вторичном напряжении разделяющих трансформаторов не более 380 В).

С

В

А

PТ

Рис. 7. Принципиальная схема электрического разделения сети с помощью разделительного трансформатора.

При этом вторичная обмотка трансформатора и корпус электроприемника не должны иметь связь с системами заземления и зануления.

IV) Н е д о с т у п н о с т ь т о к о в е д у щ и х ч а с т е й электроустановок для случайного прикосновения – обеспечивается изоляцией токоведущих частей, ограждением, блокировкой, размещением токоведущих частей на недоступном расстоянии.

а) Оградительные устройства – это устройства, призванные исключить случайное прикосновение человека к токоведущим частям электрооборудования. Ограждения в виде кожухов, корпусов и оболочек используются в электрических машинах, приборах и аппаратах.

Различают сплошные (являются обязательными для электроустановок, расположенных в местах, где осуществляет работу неэлектротехнический персонал, т. е. в производственных (неэлектрических) помещениях) и сетчатые ограждения (доступны только квалифицированному электротехническому персоналу, имеют размеры ячеек 25х25 мм, высоту не менее 1,7-2,0 м, а также двери с запирающим замком и применяются в электроустановках до 1000 В и выше).

б) Расположение токоведущих частей на недоступной высоте – позволяет обеспечивать электробезопасность без применения оградительных устройств. В случае, когда изоляцию или оградительные устройства токоведущих частей выполнить сложно или нецелесообразно, то их размещают на недоступной для прикосновения высоте (например, воздушные линии высокого напряжения).

Вне помещений неизолированные провода при напряжении до 1000 В должны быть расположены на высоте не менее 6 м, а внутри помещений – не

19

ниже 3,5 м. Для исключения перекрытия при напряжении 110 кВ персонал должен находиться не ближе 1,0 м от токоведущих частей, при 220 кВ – не ближе 2,0 м, при 400-500 кВ – 3,5 м, при 750 кВ – 5,0 м и, наконец, при 1150 кВ

– 8,0 м.

в) Блокировка (блокировочные устройства) – способствуют исключению возможности случайного прикосновения к токоведущим частям, расположенным в специальных закрытых помещениях. Использование блокировки позволяет автоматически снимать напряжение с электрооборудования, приближение к которому угрожает жизни человека. Различают следующие виды блокировок:

1)механическая блокировка – находит применение в электрических аппаратах (рубильники, пускатели, автоматические выключатели), которые работают в условиях повышенных требований безопасности;

1.1) жезловая механическая блокировка – все двери шкафов или ограждений оснащены специальными замками, из которых ключ вынуть нельзя, если предварительно не выключить рубильник, снимающий высокое напряжение;

1.2) рычажная механическая блокировка – ручка управления рубильником механически связана с дверным замком;

2)электрическая блокировка – осуществляет разрыв цепи специальными контактами, которые устанавливаются на дверях ограждений, крышках и дверцах кожухов, а также включается в цепь управления пускового аппарата при дистанционном управлении электроустановкой.

г) Предупредительная сигнализация, знаки безопасности и маркировка –

широко применяются в сочетании с другими мерами электрозащиты (рис. 8). Предупредительная сигнализация может быть световой, светозвуковой и звуковой (таблица 1).

Таблица 1

Цвета, применяемые для световых сигналов в электробезопасности (ГОСТ 12.4.026-76 «Цвета сигнальные и знаки безопасности»)

Для соответствующей ориентации персонала при наружном осмотре, ремонте и обслуживании электроустановок используется м а р к и р о в к а , заключающаяся в наличии надписей, окраске частей оборудования, кабелей, шин и проводов в определенные утвержденные цвета, а также нанесении условных обозначений (буквы или цифры).

20