6. Безопасность в отрасли.

6.1. Обслуживание электроустановок

220. Области применения защитного заземления и зануления. Допустимые величины

сопротивления заземляющих устройств [8, c.135]

Согласно ГОСТ 12.1.030-81* и ПУЭ защитное заземление и зануление требуется выполнять при напряжении 380 В и выше переменного тока и от 110 до 440 В постоянного тока при работах в условиях повышенной опасности и особо опасных ( по ГОСТ 12.1.013-78).

Величины сопротивления защитного заземления установлены ПУЭ. Электроустановки от 110 до 750 кВ должны иметь защитное заземление сопротивлением не более 0,5 Ома, а на территории, занятой оборудованием, должно быть выполнено выравнивание потенциалов.

В электрических установках выше 1000 В в сети с изолированной нейтралью сопротивление заземлителя должно быть: R_з = 250/J_з ,

где J_з - расчетная сила тока замыкания на землю, А.

Если используется одновременно электрическая установка до 1000 В, то: R_з = 125/J_з.

В электрических установках до 1000 В в сети с заземленной нейтралью, или заземленным выводом однофазного источника питания, а также с заземленной средней точкой в 3-х проводных сетях постоянного тока должно быть выполнено зануление.

При этом проводники должны быть выбраны таким образом, чтобы при замыкании на корпус или нулевой проводник возникал ток короткого замыкания, обеспечивающий отключение автомата или плавление плавкой вставки ближайшего предохранителя. В цепях зануления не должно быть разъединителей и предохранителей.

Сопротивление заземляющих устройств, к которым присоединены нейтрали трансформаторов (генераторов) или выводы источника однофазного тока, должны быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при 380 , 220 и 127 В источника однофазного тока.

В электрических установках до 1000 В в сети с изолированной нейтралью или с изолированными выводами однофазного источника защитное заземление должно быть в сочетании с контролем сопротивления изоляции.

Величина сопротивления заземляющего устройства должна быть не более 10 Ом при мощности до 100 кВА и 4-х Ом соответственно более 100 кВА. Таким образом защитное заземление применяется в сетях выше 1000 В с изолированной нейтралью или заземленной нейтралью, а в сетях до 1000 В - в сетях с изолированной нейтралью; зануление применяется в 4-х проводных сетях напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью.

Основным назначением защитного заземления и зануления является обеспечение срабатывания максимально-токовой защиты при замыкании на корпус или землю.

Необходимо иметь ввиду, что при двойном замыкании на землю (двух фаз в разных точках) эффективность защитного заземления снижается, так как напряжение заземленных корпусов относительно земли будет частью линейного - пропорционально сопротивлениям заземлителей.

Так же необходимо иметь ввиду, что зануление не обеспечивает безопасность, если человек не может самостоятельно освободиться от воздействия тока до момента полного отключения сети.

Кроме того, зануление способствует выносу потенциала по нулевому проводнику на доступные к прикосновению проводящие части неповрежденного оборудования. Оно не защищает, если произойдет замыкание фазы не землю минуя корпус и переходное сопротивление в месте замыкания будет малым.

Опасно наличие зануления при обрыве нулевого проводника, когда все корпуса электроприемников за точкой обрыва могут оказаться под разным напряжением.

222. Расчет защитного заземления и зануления [6, с.207; 8, c.144]

Расчет заземления [8, с. 144].

Цель расчета: определить число и длину вертикальных заземлителей (стержней), длину горизонтальных элементов и разместить заземлитель на плане электроустановки.

Расчет простых заземлителей производится в следующем порядке:

- вычисляется расчетный ток замыкания на землю и норма на сопротивление заземления (из ПУЭ) в зависимости от напряжения, режима нейтрали,мощности и других данных электроустановки;

- определяется расчетное удельное сопротивление грунта _расч с учетом климатического коэффициента  (Табл. 1 и 2):

_расч = _изм .

где _изм - удельного сопротивления грунта, измеренного или полученного из справочной литературы;

- рассчитывается сопротивление естественных заземлителей (табл. 3) R_е;

- определяется сопротивление искусственного заземлителя R_и =(R_еR_з )/(R_е - R_з );

- определяется сопротивление одиночного стержневого заземлителя с учетом расчетного сопротивления грунта (формулы табл. 3) R_ст.од ;

естности и расположения относительно защищаемого объекта (выносное, контурное) предварительно на плане местности размещают заземлители, принимают число вертикальных заземлителей n и расстояние между ними, а по этим данным - коэффициент использования вертикальных стержней _ст (табл. 4);

- определяется сопротивление соединительных полос R_п (формулы табл. 3) с учетом кэффициента использования полосы _п (табл. 5);

определяется сопротивление стержней R_ст= (R_пR_и )/(R_п - R_и )

(формулы табл. 3);

- с учетом коэффициента использования вертикальных заземлителей окончательно определяют их число:

n = R_ст.од. / _ст . R_ст .

Таблица 1. Приближенные значения удельных сопротивлений грунтов

Грунт	Удельное сопротивление, 102 Ом м		Грунт	Удельное сопротивление, 102 Ом м
	Возможные пределы колебаний	При влажно­сти 10-12 % к массе грунта		Возможные пределы колебаний	При влажности 10-12 % к массе грунта
Песок Супесок Суглинок Глина	4—7 1,5—4 0,4—1,5 0,08—0,7	7 3 1 0,4	Чернозем Речная вода Морская вода	0,09—5,3 0,5 0,002—0,01	2,0 -- --

Таблица 2. Значения расчетных климатических коэффициентов сопротивления грунта

Грунт	Глубина заложения, м	1	2	3
Суглинок	0,8—3,8	2,0	1,5	1,4
Садовая земля до глубины 0,6 м, ниже — слой глины	0—3	—	1,32	1,2
Гравий с примесью глины, ниже — глина	0—2	1,3	1,2	1,1
Известняк	0—2	2,5	1,51	1,2
Гравий с примесью песка	0—2	1,5	1,3	1,2
Торф	0—2	1,4	1,1	1,0
Песок	0—2	2,4	1,56	1,2
Глина	0—2	2,4	1,36	1,2

Примечание. Расчетное сопротивление грунта определяется по значениям: ₁—при большой влажности грунта; ₂— при средней влажности грунта; ₃—при сухом грунте.

Таблица 10.3. Формулы для вычисления сопротивлений одиночных заземлителеи растеканию тока

Тп заземлителя	Схема	Формула	Дополнительные указания
Трубчатый или стержневой у поверхности грун­та	Рис 1		ld
Трубчатый или стерж­невой в грунте	Рис 2		H00,5м
Протяженный круглого сечения — труба, кабель и.т.п. на поверхности грунта	Рис 3		ld
Протяженный круглого сечения в грунте	Рис 4
Протяженный полосо­вой на поверхности грунта	Рис 5		lb
Протяженный — полоса в грунте	Рис 6
Круглая пластина в грунте	Рис 7		D2H
Пластинчатый в грунте	Рис 8		F- площадь пластины, м2

Примечание: t² заменить на l ² и П есть π

Рисунки для таблицы 3

Рис. 1 Рис.2 Рис. 3 Рис.4 Рис.5

Рис. 6 Рис. 7 Рис. 8

Таблица 4. Коэффициенты использования _ст заземлителей из труб или уголков без учета влияния полосы связи

Отношение расстояния между трубами (уголками)	При размещении в ряд		При размещении по контуру
К их длине	Число труб (уголков)	ст	Число труб (уголков)	ст
	2	0,84-0,87	4	0,66—0,72
	3	0,76—0,8	6	0,58—0,65
	5	0,67—0,72	10	0,52—0,58
1	10	0,56—0,62	20	0,44—0,5
	15	0,51—0,56	40	0,38—0,44
	20	0,47—0,5	60	0,36—0,42
	2	0,9 —0,92	4	0,76—0,8
	S	0,85—0,88	6	0,71—0,75
2	5	0,79—0,83	10	0,66—0,71
	10	0,72-0,77	20	0,61—0,66
	15	0,66—0,75	40	0,55—0,61
	20	0,65—0,7	60	0,52—0,58
	2	0,93—0,95	4	0,84—0,86
	3	0,9 —0,92	6	0,78—0,82
3	5	0,85—0,88	10	0,74—0,75
	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

Таблица 5. Коэффициент использования _п соединительной полосы заземлителеи

из труб или уголков

Отношение расстояния между заземли- телями к их длине	Число труб (уголков) заземлителя
Телями к их длинне	4	8	10	20	30	50	60
	При расположении полосы в ряду труб или уголков
1 2 3	0,77 0,89 0,92	0,67 0,79 0,85	0,62 0,75 0,82	0,42 0,56 0,68	0,31 0,46 0,58	0,21 0,36 0,49	0,20 0,27 0,36
	При расположении полосы по контуру труб (уголков)
1 2 3	0,45 0,55 0,70	0,36 0,43 0,60	0,34 0,40 0,56	0,27 0,32 0,45	0,24 0,30 0,41	0,21 0,28 0,37	0,20 0,27 0,36

Расчет зануления [8, с. 156].

Цель расчета: определить достаточность заданного (используемого) сечения нулевого провода или определить для проектируемой сети сечение нулевого провода, удовлетворяющее условию срабатывания максимальной токовой защиты. Уставка защиты опроеделяется мощностью подключенной электроустановки (потребителя).

Порядок расчета следующий.

1. Определяется номинальный ток плавкой вставки (уставка защиты), исходя из мощности подключенной электроустановки (потребителя) - J_п.

2. Подсчитывается сопротивление фазного и нулевого проводов R_пров (R _ф,R_н ):

L

R_пров = _пров --------, Ом

S

где: _пров - удельное сопротивление меди или алюминия, Ом·м;

L и S - длина линии (м) и сечение проводов (мм²).

3. Рассчитывается полное сопротивление петли "фаза-нуль":

________________

Z_п = (R_ф + R_н )² + X_п²,

где R_ф, R_н , X_п - активные сопротивления фазного и нулевого проводов, индуктивное сопротивление петли "фаза-нуль" соответственно.

X_п = X_ф + X_н + X_п ‘,

где: X_п ‘- сопротивление взаимоиндукции между проводами, Ом.

μоL 2d

X_п ‘=ω —— ln ——, Ом

π D

где: μо – магнитная проницаемость воздуха, равная 4 ·10^-7 Гн/м;

L - длина линии, м;

d - расстояние между проводами,м;

D – диаметр провода, мм.

Индуктивные сопротивления медных и алюминиевых проводов малы, и ими можно пренебречь. При отдельно проложенных нулевых проводах принимается X_п = 0.6 l, при ппрокладке кабелем или в стальных трубах значением X_п можно пренебречь.

4. Определяется расчетный ток короткого замыкания с учетом полного сопротивления петли "фаза-нуль" Z_п: U

Z_п = Z_ф.пр + Z_н ; J_расч = --------------

(Z_т /3) + Z_п

где: Z_ф.пр и Z_н - сопротивление фазного и нулевого провода соответственно, Ом;

Zт - полное сопротивление трансформатора [табл.], Ом.

Т а б л и ц а

Мощность трансформатора, кВ∙А	Схема соединения обмоток	Zт /3, Ом	Мощность трансформатора, кВ∙А	Схема соединения обмоток	Zт /3, Ом
160	∆/ ΥО	0,055	560	Υ/ΥО	0.0434
180	Υ/ΥО	0,151	630	∆/ ΥО	0.014
250	∆/ΥО	0,0354	750	Υ/ΥО	0,0364
320	Υ/ΥО	0,0847	1000	∆/ ΥО	0,009
400	∆/ΥО	0,022

При заданном (принятом) сечении нулевого провода в конце расчета должно соблюдаться условие

J_ном < J_п < J_кз >3J_п < J_расч ,

где: J_ном , J_расч - номинальный ток потребителя, ток петли "фаза-нуль", полученный по расчету.

Если J_расч < J_кз , изменяется длина линии (нулевого провода петли "фаза - нуль") L за счет установки повторного заземлителя (устанавливается через 250 м или на вводе потребителя), или принимается большее сечение нулевого провода.