Электротехнический-портал.рф

...для студентов ВУЗов электротехнических специальностей и инженеров

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта

§7. Защитное заземление.

E-mail Печать PDF
(12 голоса, среднее 3.58 из 5)

Преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказываться под напряжением, вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потенциала, разряд молнии и т.п.).

Назначение защитного заземления – устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и к другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшихся под напряжением в следствии замыкания на корпус и по другим причинам.

Защитное заземление следует отличать от рабочего заземления и заземления молниезащиты.

Рабочее заземление – преднамеренное соединение с землей определенных точек электрической цепи (например нейтральных точек обмоток генераторов, силовых и измерительных трансформаторов, дугогасящих аппаратов, реакторов поперечной компенсации в дальних ЛЭП, а также в фазы при использовании земли в качестве фазного или обратного провода).

Рабочее заземление предназначено для обеспечения надлежащей работы ЭУ в нормальных и аварийных условиях и осуществляется непосредственно или через специальные аппараты (пробивные предохранители, разрядники, резисторы).

Заземление молниезащиты – преднамеренное соединение с землей молниеприемников и разрядников в целях отвода от них токов молнии в землю.

Принцип действия защитного заземления: понижение до безопасных значений напряжения прикосновения и шагового напряжения, путем уменьшения потенциала заземленного оборудования (понижение сопротивления заземлителя), а также путем выравнивания потенциалов основания, на котором стоит человек и заземленного оборудования.

 

Область применения защитного заземления.

Cети до 1000 В: переменного тока, трехфазные, трехпроводные сети с изолированной нейтралью, однофазные двухпроводные, изолированные от земли; а также сети постоянного тока, двухпроводные с изолированной средней точкой обмоток источника тока.

Сети выше 1000 В: переменного и постоянного тока с любым режимом нейтрали или средней точки обмоток источника тока.

 

Типы заземляющих устройств.

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя (проводников, электродов, соединенных между собой и находящихся в непосредственном соприкосновении с землей)и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановок с заземлителем.

В зависимости от места размещения заземлителя относительно заземленного оборудования различают два типа заземляющих устройств: выносное и контурное.

Существенный недостаток выносного заземления отдаленность заземлителя от заземляющего оборудования, вследствие чего на всей или части защищаемой территории коэффициент прикосновения =1. Поэтому заземляющее устройство данного типа применяют лишь при малых I33, т.е. в электроустановках до 1000 В, где потенциал заземлителя не превышает значения допустимого Uпр :

 

Кроме того, при большом расстоянии до заземлителя может значительно увеличиться сопротивление заземляющего устройства за счет заземляющего проводника.

Достоинством выносного заземляющего устройства является возможность выбора места размещения электродов в зоне с наименьшим сопротивлением грунта (сырое, глинистое, и т.д.)

Контурное заземляющее устройство – когда электроды размещены по периметру площадки, на которой находится оборудование.

 

Конструктивное исполнение заземляющего устройства.

а) заземлители различают искусственные и естественные (металлические предметы для других назначений).

Для искусственного заземлителя применяют обычно вертикальные и горизонтальные электроды. В качестве вертикальных применяют стальные трубы диаметром d=5 – 6см, толщиной стенки не менее 3,5мм и угловую сталь с толщиной полок не менее 4мм (от 40×40 до 60×60мм) отрезками длиной 2,5 – 3м. Прутковая сталь диаметром не менее 10 мм длиной до 10м (иногда и более).

Для связи вертикальных электродов и самостоятельного горизонтального электрода используют полосовую сталь сечением не менее 4×12мм и сталь круглого сечения диаметром не менее 6 мм.

В качестве естественных заземлителей могут использоваться проложенные в земле водопроводные и другие металлические трубы (за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов), обсадные трубы артезианских колодцев, скважин, шурфов и т.п., металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, имеющие соединения с землей, свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле.

В качестве естественных заземлителей подстанций и распределительных устройств рекомендуется использовать заземлители опор отходящих  воздушных линий электропередач, соединенные с помощью грозозащитных тросов линий с заземляющим устройством подстанции или распределительного устройства.

Естественные заземлители имеют, как правило, малое сопротивление растеканию тока и поэтому их использование дает ощутимую экономию металла. Естественные заземлители можно использовать без искусственных, если они обеспечивают требуемое ПУЭ сопротивление.

Недостатками их являются:

1) доступность их не электротехническому персоналу;

2) возможность нарушения непрерывности соединения протяженных заземлений.

 

б) Заземляющие проводники.

В качестве заземляющих проводников используют (для соединения заземляемых частей с заземлителями) полосовую сталь или сталь круглого сечения.

Сечение заземляющих проводников зависит от класса напряжения электроустановки, места прокладки и нормируется ПУЭ.

Прокладка заземляющих проводников производится открыто по конструкциям зданий, в том числе, по стенам. В помещениях влажных и с повышенной опасностью заземляющие проводники следует прокладывать на расстоянии не менее 10 мм от стен.

Защитному заземлению подлежат металлические нетоковедущие части электрооборудования, которые вследствие неисправности изоляции и других причин могут оказаться под напряжением и к которым возможно прикосновение людей и животных.

В помещениях с повышенной опасностью и особо опасных, а также в наружных установках заземление обязательно при номинальном напряжении более 42В переменного и 110В постоянного тока, а в помещениях без повышенной опасности – при номинальном напряжении более 380В для переменного тока и 440В и более – для постоянного тока.

Лишь во взрывоопасных зонах всех классов заземление выполняется независимо от напряжения электроустановки.

 

Расчет защитного заземления.

Цель расчета: определить основные параметры заземления – число, размеры, порядок размещения одиночных заземлителей и заземляющих проводников, при которых напряжение прикосновения или напряжение шага в период замыкания фазы на заземленный корпус не превышают допустимых значений.

Существует два вида расчета.

При расчете заземлителей в однослойном грунте учитывают сопротивление верхнего слоя земли. Расчет проводят способом коэффициентов использования и выполняют его как при простых, так и при сложных конструкциях.

При расчете заземлителей в многослойном грунте (обычно грунт принимают двухслойным с удельным сопротивлением слоев ρ1 и ρ2 и толщиной верхнего слоя – h.), расчет производится способом, основанным на учете потенциалов, наведенных на электроды, входящие в состав группового заземлителя и называемым способом наведенных потенциалов.

Расчет в двухслойном грунте дает более точный результат, но трудоемок. Поэтому его целесообразно применять при сложных конструкциях заземляющих устройств, что имеет место обычно в электроустановках с эффективно заземленной нейтралью (через реактор с небольшим активным сопротивлением и индуктивностью) т.е. в электроустановках напряжением выше 110кВ.

Для электроустановок с изолированной нейтралью напряжением ниже 1000В, а также выше 1000В до 35кВ включительно расчет заземлителя проводится обычно по допустимому сопротивлению растеканию Rдоп.

Для электроустановок с эффективно заземленной нейтралью напряжением ?110кВ заземлитель можно рассчитывать как по Rдоп, так и по Uпр.доп., Uш.доп.

В обоих случаях потенциал заземляющего устройства при стекании с него тока замыкания на землю не должен превышать 10 кВ, если возможен вынос потенциала за пределы зданий и внешних ограждений электроустановки.

При потенциале заземляющего устройства более 5кВ до 10кВ должны быть предусмотрены меры по защите изоляции отходящих кабелей связи и телемеханики и предотвращению выноса опасных потенциалов за пределы электроустановки.

 

Порядок расчета заземляющих устройств.

1) уточнение исходных данных (форма и размер заземляющих электродов, тип заземлителя, предполагаемая глубина заложения в землю, удельное сопротивление грунта, данные о естественных заземлителях, расчетный ток замыкания на землю);

2) вычисление допустимого сопротивления заземляющего устройства по ПУЭ (Rдоп);

3) расчет необходимого сопротивления искусственного заземлителя, составление схемы (проекта) заземляющего устройства, т.е. размещение на плане принятых для сооружения заземлителя электродов и заземляющих проводников;

4) сравнение полученного расчетного сопротивления с Rдоп по ПУЭ, если необходимо, уточнение размеров заземлителя

5) расчет потенциала заземляющего устройства и сравнение с допустимым.

Если есть естественные заземлители, но их сопротивление не удовлетворяет ПУЭ, то необходимо создавать искусственное сопротивление заземляющего устройства. Тогда общее сопротивление заземляющего устройства, с учетом естественных и искусственных заземлителей можно рассчитать по формуле:

 

- и оно должно быть сравнено с Rз.доп. по ПУЭ.

Допустимые по ПУЭ сопротивления заземляющих устройств:

1) для электроустановок до 1000В

— 10 Ом при полной суммарной мощности трансформаторов и генераторов, питающих данную сеть не более 100 кВА;

— 4 Ом во всех остальных случаях.

2) для электроустановок выше 1000В

— 0,5 Ом при эффективно заземленной нейтрали;

, но ≤10 Ом при изолированной нейтрали и при условии, что заземлитель используется только для электроустановки напряжением более 1000В;

, но ≤4 или 10 Ом согласно норме при изолированной нейтрали и условии, что заземлитель используется одновременно для электроустановок напряжением до 1000В и выше 1000В.

250, 125 – допустимые напряжения на заземлителе.

Iз – ток замыкания на землю, А.

Током замыкания на землю называется ток, проходящий через место замыкания на землю, т.е. в месте случайного электрического соединения токоведущей части непосредственно с землей или нетоковедущими токопроводящими конструкциями или предметами, не изолированными от земли.

При расчете заземлителя в однородном грунте способом коэффициента использования по напряжениям прикосновения и шага, располагая наибольшими допустимыми их значениями, находят наибольшие допустимые расчетные сопротивления заземлителя:

Uпр.допз·α1·α2

Uш.допз·β1·β2 (1)

 

φз=Iз·Rз

подставим значение φз в (1), выразим Rз, получим:

 

Меньшее из этих значений будет расчетным допустимым сопротивлением заземлителя.

Коэффициенты α1 и β1 берут из таблицы справочника (табл.3.6. стр.119 Долин). Для этого необходимо предварительно выбрать тип заземлителя, задаться формой, размером, числом электродов, условно разместить их на предоставленной площади.

Коэффициенты α2 и β2 определяются по формуле:

где ρ – расчетное удельное сопротивление основания, на котором стоит человек (пол, гравий, грунт);

Rh – сопротивление тела человека (1000 Ом – для расчетов).

При расчете сложного заземлителя в двухслойной земле (способом наведенных потенциалов) по заданному допустимому напряжению прикосновения сопротивление заземлителя определяют по формуле:


Однако α1 определяют не из таблиц, а по формуле:

;

а для случаев, когда ρ12≥1 – по упрощенному выражению:

где М – параметр, зависящий от отношения удельных сопротивлений верхнего ρ1 и нижнего ρ2 слоя земли (стр.141. Долин);

LГ - общая длина всех горизонтальных электродов, м;

S – площадь территории, занимаемая заземлителем, м2;

Lв – общая длина всех вертикальных электродов, м;

а – расстояние между вертикальными электродами.

 

α2=Rh/(Rh+1,5ρ1)

 

При использовании естественного заземлителя (а это дает значительную экономию средств) допустимое сопротивление искусственного заземлителя вычисляется по формуле:

Rи=Rе·Rз.доп/( Rе - Rз.доп),

Где Rе – сопротивление естественного заземлителя, Ом.

В электроустановках выше 1000В с эффективно заземленной нейтралью (учитывая требования по допустимому сопротивлению) размещение электродов должно обеспечить наиболее полное выравнивание потенциала на площадке, занятой электрооборудованием.

С этой целью заземляющее устройство должно быть выполнено в виде горизонтальной сетки из продольных и поперечных проводников, уложеных на глубине 0,5 – 0,7 м и вертикальных электродов. При этом контурный электрод, образующий периметр сетки, должен охватывать как распределительное устройство, так и производственные здания и сооружения защищаемого объекта.

После сравнения Rз.у и Rз.у.доп в электроустановках с эффективно заземленной нейтралью вычисляют потенциал заземляющего устройства в аварийный период, который не должен превышать 10 кВ:

φЗУ=IЗ·RЗУ≤10 кВ.


Обновлено 17.12.2014 12:15  
Интересная статья? Поделись ей с другими:

Основное меню

Авторизация


© 2016 Электротехнический портал. Все права защищены.

Яндекс.Метрика