БЖД / Ништячки-1 / †„ / †„ / Презентации / Заземление

ЗАЗЕМЛЕНИЕ

Назначение. Принцип действия. Области применения

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или её эквивалентом металлических нетоковедущих (НО токопроводящих!) частей, которые могут оказаться под напряжением, с целью обеспечения безопасности.

Цель защитного заземления — снизить до безопасной величины напряжение относительно земли на металлических частях оборудования, которые не находятся под напряжением, но могут оказаться под напряжением вследствие нарушения изоляции электроустановок. В результате замыкания на корпус заземленного оборудования снижается напряжение прикосновения и, как следствие,- ток, проходящий через тело человека, при его прикосновении к корпусам.

Основное назначение заземления – ограничение напряжения на корпусе по отношению к земле и, следовательно, на человеке до допустимого значения при длительном прикосновении к корпусу, на который произошло замыкание фазы. (НО не всегда это удается сделать!).

Рабочее заземление — преднамеренное соединение с землей отдельных точек электрической цепи, например нейтральных точек обмоток генераторов, силовых и измерительных трансформаторов, дугогасящих аппаратов, реакторов поперечной компенсации в дальних линиях электропередачи, а также фазы при использовании земли в качестве фазного или обратного провода. 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 молниезащиты — преднамеренное соединение с землей молниеприемников и разрядников в целях отвода от них токов молнии в землю.

Принцип действия защитного заземления — снижение до безопасных значений напряжений прикосновения и шага, обусловленных замыканием на корпус и другими причинами. Это достигается путем уменьшения потенциала заземленного оборудования (уменьшением сопротивления заземлителя), а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования (подъемом потенциала основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к значению потенциала заземленного оборудования).

Заземляющее устройство — это совокупность заземлителя и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем.

Устройство защитного заземления может быть осуществлено двумя способами: контурным расположением заземляющих проводников и выносным.

Контурное заземляющее устройство  характеризуется тем, что электроды его заземлителя размещаются по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки. Часто электроды распределяются на площадке по возможности равномерно, и поэтому контурное заземляющее устройство называется также распределенным.

При контурном размещении заземлителей обеспечивается выравнивание потенциалов при однофазном замыкании на землю. Кроме того, благодаря взаимному влиянию заземлителей уменьшается напряжение прикосновения и напряжение шага в защищаемой зоне.

Выносные заземления этими свойствами не обладают. Зато при выносном способе размещения есть выбор места для заглубления заземлителей. Поэтому выносное заземляющее устройство называют также сосредоточенным. Преимуществом такого типа заземляющего устройства является возможность выбора места размещения электродов с наименьшим сопротивлением грунта. Данный тип заземляющего устройства применяют лишь при малых значениях тока замыкания на землю и, в частности, в установках напряжением до 1000В, где потенциал заземлителя не превышает допустимого напряжения прикосновения.

Необходимость в устройстве выносного заземления может возникнуть в следующих случаях:

• 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 оборудования (например, в горных выработках) и т. п.

В помещениях заземляющие проводники следует располагать таким образом, чтобы они были доступны для осмотра и надежно защищены от механических повреждений. На полу помещений заземляющие проводники укладывают в специальные канавки. В помещениях, где возможно выделение едких паров и газов, а также с повышенной влажностью заземляющие проводники прокладывают вдоль стен на скобах в 10 мм от стены.

Каждый корпус электроустановки должен быть присоединен к заземлителю или к заземляющей магистрали с помощью отдельного ответвления. Последовательное включение нескольких заземляемых корпусов электроустановок в заземляющий проводник запрещается .

Заземлитель – металлические проводники, находящиеся в непосредственном соприкосновении с землей.

Различают заземлители искусственные, предназначенные исключительно для целей заземления, и естественные – находящиеся в земле металлические предметы для иных целей.

Естественные заземлители:

1. водопроводные трубы, проложенные в земле;

2. металлические конструкции зданий и сооружений, имеющие

3. надежное соединение с землей;

4. металлические оболочки кабелей (кроме алюминиевых);

5. обсадные трубы артезианских скважин.

Искусственные заземлители:

1. Стальные трубы диаметром 3-5 см, толщиной стенок 3,5 мм, длиной 2-3 м;

2. Полосовая сталь толщиной не менее 4 мм;

3. Угловая сталь толщиной не менее 4 мм;

4. Прутковая сталь диаметром не менее 10 мм, длиной до 10 м и более.

   Для искусственных заземлителей в агрессивных почвах (щелочных, кислых и др.), где они подвергаются усиленной коррозии, применяют медь, омедненный или оцинкованный металл.

   В качестве искусственных заземлителей нельзя применять алюминиевые оболочки кабелей, а также голые алюминиевые проводники, так как в почве они окисляются, а окись алюминия — это изолятор.

Каждый отдельный проводник, находящийся в контакте с землей, называется одиночным заземлителем, илиэлектродом. Если заземлитель состоит из нескольких электродов, соединенных между собой параллельно, он называется групповым заземлителем.

Для погружения в землю вертикальных электродов предварительно роют траншею глубиной 0,7-0,8 м, после чего забивают трубы или уголки с помощью механизмов. Стальные стержни диаметром 10-12 мм заглубляют в землю с помощью специального приспособления, а более длинные — с помощью вибратора. Верхние концы погруженных в землю вертикальных электродов соединяют стальной полосой методом сварки.

Заземляющие проводники – проводники, соединяющие заземляющие части электроустановки с заземлителем.

Сопротивление заземляющего устройства – сумма сопротивлений заземлителя относительно земли и заземляющих проводов (сюда также можно включить и сопротивление переходного контакта между корпусом и защитным проводником).

Rзаз = Rк + Rpe + Rз

Это сопротивление должно быть как можно меньше! В идеале – стремиться к 0.

Rk – не должно превышать 0,1 Ом, Rpe – зависит от конструкции заземлителя, удельного сопротивления земли, которая к нему прилегает, и в основном определяет общую величину сопротивления заземления.

Rз: Наиболее часто используемые формулы расчета для часто используемых типов заземлителей можно посмотреть в учебнике (там полушаровой, шаровой на глубине t, стержень(труба) диаметром d на глубине t.

Заземление будет эффективным лишь в том случае, если ток замыкания на землю IЗ практически не увеличивается с уменьшением сопротивления заземлителя.

Такое условие выполняется в сетях с изолированной нейтралью (типа IT) напряжением до 1 кВ, так как в них ток замыкания на землю в основном определяется сопротивлением изоляции проводов относительно земли, которое значительно больше сопротивления заземлителя.

В сетях переменного тока с заземленной нейтралью напряжением до 1 кВ защитное заземление в качестве основной защиты от поражения электрическим током при косвенном прикосновении не применяется, т.к. оно не эффективно.

Защитное заземление корпуса, на который произошло заземление фазы, в СГЗН хоть и позволяет уменьшить на нем напряжение, т.е. стремится выполнить возложенную на него задачу, все же оказывается неэффективным. В лучшем случае, когда сопротивления защитного и рабочего заземлений равны, напряжение на корпусе приемника удается уменьшить в два раза по сравнению с фазным. Фазное напряжение в системе TN, как правило, равно 220 В, а напряжение прикосновения 110 В человек может выдержать согласно кривой безопасности не более 0,3 .. 0,7 с. Таким образом, условие ограничения напряжения при длительном непрямом прикосновении не может быть выполнено. Другая опасность заключается в том, что на нулевом проводе появляется потенциал, отличный от потенциала земли, поэтому прямое прикосновение к нулевому проводу уже не является безопасным, так же как и косвенное прикосновение к зануленным корпусам, которые по правилам должны быть соединены с нулевым проводом!

Для расчета заземления необходимы следующие сведения:

1) характеристика электроустановки — тип установки, виды основного оборудования, рабочие напряжения, способы заземления нейтралей трансформаторов и генераторов и т. п.;

2) план электроустановки с указанием основных размеров и размещения оборудования;

3) формы и размеры электродов, из которых предусмотрено соорудить проектируемый групповой заземлитель, а также предполагаемая глубина погружения их в землю;

4) данные измерений удельного сопротивления грунта на участке, где должен быть сооружен заземлитель, и сведения о погодных (климатических) условиях, при которых производились эти измерения, а также характеристика климатической зоны. Если земля принимается двухслойной, то необходимо иметь данные измерений удельного сопротивления обоих слоев земли и толщина верхнего слоя;

5) данные о естественных заземлителях: какие сооружения могут быть использованы для этой цели и сопротивления их растеканию тока, полученные непосредственным измерением. Если по каким-либо причинам измерить сопротивление естественного заземлителя невозможно, то должны быть представлены сведения, позволяющие определить это сопротивление расчетным путем;

6) расчетный ток замыкания на землю. Если ток неизвестен, то его вычисляют обычными способами;

7) расчетные значения допустимых напряжений прикосновения (и шага) и время действия защиты, в случае если расчет производится по напряжениям прикосновения (и шага).

Расчет заземления производится обычно для случаев размещения заземлителя в однородной земле. В последние годы разработаны и начали применяться инженерные способы расчета заземлителей в многослойном грунте.

При расчете заземлителей в однородной земле   учитывается, сопротивление верхнего слоя земли (слоя сезонных изменений), обусловленное промерзанием или высыханием грунта. Расчет производят способом, основанным на применении коэффициентов использования проводимости заземлителя и называемым поэтому способом коэффициентов использования. Его выполняют как при простых, так и при сложных конструкциях групповых заземлителей.

При расчете заземлителей в многослойной земле     обычно принимают двухслойную модель земли с удельными сопротивлениями верхнего и нижнего слоев r₁, и r₂ соответственно и толщиной (мощностью) верхнего слоя h₁. Расчет производится способом, основанным на учете потенциалов, наведенных на электроды, входящие в состав группового заземлителя, и называемым поэтому способом наведенных потенциалов. Расчет заземлителей в многослойной земле более трудоемкий. Вместе с тем он дает более точные результаты. Его целесообразно применять при сложных конструкциях групповых заземлителей, которые обычно имеют место в электроустановках с эффективно заземленной нейтралью, т. е. в установках напряжением 110кВ и выше.

При расчете заземляющего устройства любым способом необходимо определить для него требуемое сопротивление.