Сопротивление заземлителя растеканию тока

По условиям безопасности заземление должно обладать относительно малым сопротивлением. Поэтому на практике применяют, как правило, групповой заземлитель, т.е. заземлитель, состоящий из нескольких параллельно включенных одиночных электродов. При больших расстояниях между электродами (более 40 м) ток каждого электрода проходит по «своему» отдельному участку земли, в котором токи других заземлителей не проходят. В этом случае потенциальные кривые, возникающие вокруг каждого одиночного заземлителя, взаимно не пересекаются.

При одинаковых размерах (сопротивлениях) сопротивление группового заземлителя R _гр будет

R _гр = R ₀/ n.

При малых расстояниях между электродами (менее 40 м) поля растекания токов как бы накладываются одно на другие (синие линии рис. 3.3), а потенциальные кривые взаимно пересекаются и, складываясь, образуют суммарную потенциальную кривую. В этом случае на общих участках земли, по которым проходят токи нескольких электродов, увеличивается плотность тока, что приводит к увеличению потенциала грунта (красная линия на рис. 3.3) и сопротивления растеканию заземлителей. Поэтому сопротивление группового заземлителя R _гр выражается зависимостью

R _гр = R ₀/ n h,

где h - коэффициент, характеризующий уменьшение проводимости заземлителей и называемый коэффициентом использования группового заземлителя (к-том экранирования).

 

 

 

 

Рис. 3.3 Суммарная потенциальная кривая

 

Типы заземляющих устройств

 

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя – металлических проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей, и заземляющих проводников, соединяющих заземляемые части электроустановки с заземлителем. Различают два типа заземляющих устройств: выносное (сосредоточенное) и контурное (распределенное).

Выносное заземляющее устройство (рис. 3.7) характеризуется тем, что заземлитель его вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки.

2

3

4

1

2

3

4

1

 

 

а)                                                                                                                    б)

 

Рис. 3.7  Выносное заземляющее устройство: 1 – заземляемое оборудование; 2 – площадка с оборудованием; 3 – заземляющие проводники; 4 – заземлитель; а) одиночные заземлители размещены в ряд; б) одиночные заземлители размещены по контуру

 

Недостаток – отдаленность заземлителя от защищаемого оборудования, вследствие чего коэффициент прикосновения, вследствие чего коэффициент прикосновения a = 1 и напряжение прикосновения равно потенциалу заземленных конструкций jз (В).

U _пр = I _з R _з= j_з, где I _з – сила тока замыкания на землю, А; R _з – сопротивление заземляющего устройства, Ом. 

Поэтому данный тип заземляющего устройства применяют лишь при малых значениях тока замыкания на землю, когда потенциал заземлителя не превышает допустимого напряжения прикосновения. Преимущество – возможность выбора места размещения электродов с наименьшим сопротивлением грунта (сырое, глинистое, в низинах).

Контурное заземляющее устройство (рис. 3.8) характеризуется тем, что его одиночные заземлители размещают по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, или распределяют по всей площадке по возможности равномерно.

2

3

4

1

 

Рис. 3.8 Контурное заземляющее устройство: 1 – заземляемое оборудование; 2 – площадка с оборудованием; 3 – заземляющие проводники; 4 – заземлитель, одиночные заземлители размещены по периметру площадки.

 

Безопасность при контурном заземлителе обеспечивается выравниванием потенциала на защищаемой территории путем соответствующего размещения одиночных заземлителей. В результате этого можно уменьшить коэффициенты прикосновения и шага до значений, при которых напряжение прикосновения и шаговое напряжение не будут превышать заранее заданных допустимых значений.

Внутри помещений выравнивание потенциала происходит естественным путем через металлические конструкции, трубопроводы и т.д.

Различают заземлители искусственные и естественные, вертикальные и горизонтальные. Последовательное включение заземляемого оборудования не допускается.

 

5) Зануление – преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Нулевым защитным проводником называется проводник, соединяющий зануляемые части с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока или ее эквивалентом. Нулевой защитный проводник следует отличать от нулевого рабочего проводника, который также соединен с глузозаземленной нейтральной точкой источника тока, но предназначен для питания током электроприемников.

 

 

Рис. 3.9 Схема защитного зануления:1 - корпус потребителя электроэнергии; 2 - аппараты защиты потребителя от токов короткого замыкания (плавкие предохранители, автоматы и т.п.);Ф - фазный провод;0_защ - нулевой защитный провод; R _o - сопротивление заземления нейтрали источника тока;   R n - сопротивление пов­тор­ного заземления нулевого защитного провода;Iкз - ток однофазного короткого замыкания.

 

Поскольку нейтраль заземлена, зануление можно рассматривать как специфическую разновидность заземления.

Принцип работы зануления: при пробое фазной цепи электроприбора на зануленный корпус фактически происходит короткое замыкание «фаза-ноль». Сила тока в цепи при этом увеличивается до очень больших величин, что вызывает быстрое срабатывание аппаратов защиты (автоматические выключатели, плавкие предохранители), которые быстро отключают линию, в которую включен неисправный прибор. При замыкании фазы на зануленный корпус электроустановка автоматически отключается, если ток однофазного короткого замыкания I_кз удовлетворяет условию I_З к * I_Н, где I_Н – номинальный ток плавкой вставки предохранителя или ток срабатывания автоматического выключателя, А; к - коэффициент кратности тока.

Для автоматических выключателей к = 1,25 – 1,4.

Для плавких предохранителей к = 3.

В схеме зануления необходимы 3 конструктивных элемента: нулевой защитный проводник, обладающий низким сопротивлением для обеспечения высокого значения тока короткого замыкания; заземление нейтральной точки источника тока для организации заземления поврежденного оборудования через нулевой проводник до срабатывания защиты; повторное заземление нулевого проводника для обеспечения защиты при обрыве нулевого проводника зануленных корпусов электроустановок, расположенных за местом обрыва.

6) Защитное отключение – быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током.

Устройство защитного отключения (УЗО) – быстродействующая защита (время срабатывания до 0,2 с), вызывающая отключение питания электрооборудования при возникновении опасности поражения человека электрическим током.

Импульсом срабатывания УЗО могут являться изменения различных параметров электрической сети, например, снижение сопротивления изоляции, повышение напряжения и др.

 

 

КАВ

АВ

Р

Rз

Rв

Кн

КР

 

 

Рис.3.10 Схема УЗО, реагирующего на появление потенциала на корпусе электрооборудования

 

На схеме изображена электроустановка, питающаяся от трехфазной сети. При появлении потенциала на корпусе относительно земли замыкаются нормальноразомкнутые контакты КР реле Р. При этом в цепи автоматического выключателя АВ появляется ток, вызывающий размыкание нормальнозамкнутых контактов автоматического выключателя КАВ. Таким образом, установка отключается от питания, при этом устраняется опасность поражения человека при прикосновении. КнопкаКн служит для проверки работоспособности УЗО. При нажатии кнопки на корпусе появляется потенциал, вследствие чего исправное УЗО должно сработать и отключить установку от сети.

 

Пожарная безопасность

Пожар – неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб и способное вызывать травмы и гибель людей.

Опасные факторы пожара (ОФП) — факторы пожара, воздействие которых приводит к травме, отрав­лению или гибели человека, а также к материальному ущербу. К таким факторам относятся (в скобках указаны предельные значения): температура окружающей среды (70°C); интенсивность теплового излучения (500 Вт/м2); содержание оксида углерода (0,1% об.); содержание диоксида углерода (6,0% об.); содержание кислорода (менее 17% об.), содержание в воздухе токсичных продуктов горения и др.

Другими словами, основные ОФП: повышенная температура, задымление, изменение состава газовой среды, пламя, искры, токсичные продукты горения и термического разложения, пониженная концентрация кислорода. 

К вторичным проявлениям ОФП относятся: осколки, части разрушившихся аппаратов, агрегатов, установок, конструкций; радиоактивные и токсичные вещества и материалы, выпавшие из разрушенных аппаратов, оборудования; электрический ток, возникший в результате выноса напряжения на токопроводящие части конструкций и агрегатов; опасные факторы взрыва, произо­шед­шего во время пожара.

Горение – процесс быстрого самоускоряющегося химического превращения вещества, сопро­вож­дающийся интенсивным выделением тепла и в большинстве случаев – излучением света (пламенем). Обычно – это экзотермическая окислительная реакция соединения горючего вещества с окислителем – кислородом воздуха.

Горение возникает, как правило, при наличии трех факторов: горючего вещества, окислителя и ис­точ­ника воспламенения («треугольник горения»). Для распространения пламени необходимо нали­чие самоускоряющейся химической реакции («пожарный тетраэдр»).

Горючими веществами могут быть и газы, и жидкости, и твердые тела. Это Н₂, СО, сера, фосфор, металлы, С_mH_n (углеводороды в виде газов, жидкостей и твердых веществ, т.е. органические вещества. Природными углеводородами, например, являются природный газ, нефть, уголь. В принципе, горючими могут быть все вещества, способные к окислению. По химическому составу вещества можно определить, является ли оно горючим.

 

Определение коэффициента горючести вещества производят по формуле:

К = 4 n(C) + 4 n(S) + n(H) + n(N) – 2 n(O) – 2 n(Cl) – 3 n(F) – 5 n(Br),

 

где n (C), n (S), n (H), n (N), n (O), 2 n (Cl), n (F), n (Br) – число атомов углерода, серы, водорода, азота, кислорода, хлора, фтора и брома в молекуле вещества.

  

Если коэффициент горючести К больше единицы (К ³ 1), то вещество является горючим; при значении К меньше единицы (К < 1) – вещество негорючее.

 

Окислителями служат: кислород (в большинстве случаев), озон, галогены (F, Cl, Br, J), закись азота (NO₂), аммиачная селитра (NH₄NO₃) и др. У металлов окислителями могут быть также СО₂, Н₂О, N₂.

 

Источниками воспламенения могут служить: открытое пламя, высокие температуры, механические и электрические искры, искры статического электричества, атмосферное электричество и т.д.