Заземление и зануление электроустановок. Искусственные и заземляющие проводники.

При прикосновении человека к токоведущим частям электрической установки, находящимся под напряжением, или к металлическим частям, которые оказываются под напряжением вследствие пробоя или неисправности изоляции, может произойти поражение человека электрическим током.

Поражение человека током проявляется в виде электрического удара и электрических травм (ожогов и др.). В результате электрического удара у человека могут появиться судороги, произойти потеря сознания, прекратиться дыхание и кровообращение. Электрический удар может привести к смертельному исходу. Смертельные поражения человека электрическим током наблюдались при напряжениях от 12 В и выше.

Дли исключения случайного прикосновения человека к голым токоведущим частям устанавливают ограждения или располагают токоведущие части на определенной высоте. Чтобы обеспечить безопасность людей, работающих на установках напряжением до 1000 В и выше, необходимо сооружать заземляющие, или зануляющие, устройства и заземлять, или занулять металлические части электрического оборудования и электрических установок. Заземляющие, или зануляющие, устройства должны удовлетворять тре­бованиям, обусловленным режимом работы сетей и защиты от перенапряжений.

Приведем основные термины, встречающиеся при расчетах и устройстве заземлений и заиулений в электрических установках.

Заземлителем называется металлический проводник или группа проводников (электродов), находящихся в соприкосновении с землей.

Заземляющими проводниками называются металлические проводники, соединяющие заземляемые части электрической установки с заземлителем. Заземление какой-либо части установки есть преднамеренное электрическое соединение ее с заземлителем.

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителей и заземляющих проводников.

Сопротивлением заземляющего устройства называется сумма сопротивлений заземлителя (относительно земли) и заземляющих проводников.

Сопротивление, которое оказывает заземлитель на участке растекания тока, называется сопротивлением растеканию.

Замыканием на землю называется случайное электрическое соединение находящихся под напряжением частей электроустановки с частями, не изолированными от земли, или с землей непосредственно. Электрическое соединение отдельных частей машин, аппаратов, линий с заземленными конструктивными частями электроустановки называется замыканием на корпус.

Током замыкания на землю 1з называется ток, проходящий через землю в месте замыкания.

Электроустановками с большими токами замыкания на землю называются электроустановки напряжением выше 1 ООО В, в которых однофазный ток замыкания на землю составляет более 500 А.

Электроустановками с малыми токами замыкания на землю называются электроустановки напряжением выше 1000 В, в которых однофазный ток замыкания на землю равен или меиее 500 А.

Глухозаэемленной нейтралью называется нейтраль трансформатора или генератора, присоединенная к заземляющему устройству непосредственно или через малое сопротивление (трансформаторы тока и др.).

Изолированной нейтралью называется нейтраль, не присоединенная к заземляющему устройству или присоединенная через аппараты, компенсирующие емкостный ток в сети, трансформаторы напряжения и другие аппараты, имеющие большое сопротивление.

Нулевым рабочим проводником в электроустановках до 1000 В называется проводник, используемый для питания электроприемников, соединенный с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока, с глухозаземленным выводом источника однофазного тока, глухозаземленной средней точкой источника постоянного тока.

Нулевым защитным проводником электроустановок до I ООО В называется проводник, соединяющий зануляемые части с глухозаземленной нейтралью генератора или трансформатора в сетях трехфазного тока.

В электроустановках с глухозаземленной нейтралью при замыканиях на заземленные части должно быть обеспечено надежное автоматическое отключение поврежденных участков сети с наименьшим временем отключения. Для этого в электроустановках напряжением до 1 ООО В с глухозаземленной нейтралью, а также в трехпроводных сетях постоянного тока с глухозаземленной средней точкой обязательно имеется металлическая связь корпусов электрооборудования с заземленной нейтралью электроустановки. Такая связь называется занулением.

Применение заземления корпусов электрооборудования без металлической связи с заземленной нейтралью трансформатора запрещается. Применение в одной и той же сети зануления для одних электроприёмников и заземления для других не допускаются.

В сетях с г лухим заземлением нейтрали следует применять занулеиие, а в сетях с изолированной нейтралью — заземление.

Отключение электроустановок при однофазных замыканиях на землю может также осуществляться при помощи защитного отключения, которое выполняется в дополнение к заземлению, или занулению.

Если невозможно выполнить заземление, или зануление и обеспечить защитное отключение электроустановки или трудно их выполнить по технологическим причинам, то допускается обслуживание электрооборудования с изолирующих площадок. При этом должна быть исключена возможность одновременного прикосновения к незаземленным частям электрооборудования и частям зданий или оборудования, имеющим соединен не с землей. В электроустановках с большими токами замыкания на землю в целях обеспечения безопасности должно быть выполнено выравнивание потенциал.

Рабочим заземлением называется присоединение к заземляющему устройству какой-либо точки электрической цепи, необходимое для обеспечения надлежащей работы установки в нормальных или аварийных условиях, что осуществляется непосредственно или через спе циальные аппараты: пробивные предохранители, разрядники и резисторы. Электроустановки переменного тока напряжением до 10ОО В допускаются к применению как с глухозаземленной, так и с изолированной нейтралью, а постоянного тока —с глухозаземленной или изолированной средней точкой. В четырех проводных сетях трех­фазного тока и трехпроводных сетях постоянного тока обязательно глухое заземление нейтрали или средней точки.

В э л ектроустановках напряжением ПО кВ и выше нейтрали заземляются наглухо, а нейтрали установок напряжением 3, б, 10, 20 и 35 кВ не заземляются или заземляются через компенсирующие устройства.

Мри заземлении электроустановок особое внимание необходимо обращать на заземление металлических корпусов передвижных и переносных электроприемников, передвижных установок н механизмов. Эго связано с тем, что опасность поражения при заземлении на корпус здесь значительно выше, чем в стационарных установках. Заземление переносных электроприёмников и передвижных установок должно выполняться в соответствии с требованиями 11У Э.

В электроустановках напряжением до 1 ООО В с изолированной нейтралью, используемой для заземления электрооборудования, сопротивление заземляющего устройства не должно быть более 4 Ом.

Заземляющие устройства, к которым присоединяют нейтрали генераторов и трансформаторов мощностью 100 кВ-A, могут иметь сопротивление не более 10 Ом. Если генераторы или трансформаторы работают параллельно, то сопротивление 10 Ом допускается при суммарной мощности их не более 100 кВ-А.

В электроустановках напряжением до 1000 В с глу хозаземлен ной нейтралью сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединяют нейтрали генераторов или трансформаторов, или выводы источника однофазного тока, в любое время года должны быть не более 2, 4, 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660. 380, 220 В источника трехфазного тока или 380, 220, 127 В источника однофазного тока 1281.

На концах воздушных линий и ответвлений длиной бод ее 200 м должны выполняться повторные заземления нулевого провода. Повторные заземления должны выполняться также вблизи вводов кабельных или воздушных линий в помещения. Внутри этих помещений нулевой провод, имеющий повторное заземление, должен присоединяться к заземляющей сети у всех щитов, распределительных пунктов и щитков. Сопротивление заземляющих устройств всех повторных заземлений нулевого провода должно быть не более 5, 10, 20 Ом для напряжений 660. 380. 220 В 1281.

В электроустановках напряжением выше 1000 В с г л ухозаземленной нейтралью с большими токами замыкания на землю сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 0,5 Ом. В электроустановках напряжением выше! 000 В с изолированной нейтралью с малыми токами замыкания на землю сопротивление должно удовлетворить условию: R3<U3/I3

где Us — 250 В, если заземляющее устройство используется только для установок напряжением выше 1090 В: t/, = 125 В, если заземляющее устройство одновременно используется и для установок до 1000 В; I, — расчётный ток замыкания на землю, А.

Если заземляющее устройство является общим для распределительных устройств электроустановок различных напряжений, то за расчетную величину сопротивлений заземления принимается наименьшая из требуемых величин.

Емкостный ток замыкании на землю определяется по приближенной формуле 13=U(3 51+1в)/350. (9.3)

где U — линейное напряжение сети, кВ; /_М4 и /, — суммарная длина электрически связанных между собой кабельных и воздушных линий, км.

В электроустановках с малыми токами замыканий на землю по опытным данным эксплуатации систем электроснабжения в качестве расчетного емкостного тока /, принимается ток срабатывания релейной защити от между фазных замыканий или ток плавлении предохранителей, если эта защита обеспечивает отключение замыканий на землю (см. гл. 11). При этом ток замыкания на землю должен быть не менее полуторакратного тока срабатывания релейной защиты или трехкратного тока предохранителей.

Искусственные и естественные заземлители и заземляющие

проводники

Заземлители делятся на искусственные и естественные.

В качестве искусственных заземлителей применяют вертикально забитые в землю отрезки угловой стали длиной 2.5—3 м и горизонтально проложенные круглые и прямоугольные стальные полосы, которые служат для связи вертикальных заземлителей. Использование стальных труб не рекомендуется.

В последнее время широко применяют углубленные прутковые заземлители из круглой стали диаметром 12—14 мм и длиной до 5 м (стержни), ввертываемые в грунт посредством специального приспособления —электрифицированного ручного заглубнителя. Благодаря проникновению таких электродов в глубокие слои грунта с повы­шенной влажностью снижается удельное сопротивление. Углубленные прутковые заземлители снижают расход металла и затраты труда на работу по устройству заземления и поэтому должны применяться в первую очередь.

В качестве естественных заземлителей используют: проложенные в земле стальные водопроводные трубы, соединенные в стыках газо- или электросваркой; трубы артезианских скважин; стальная броня

лиловых кабелей, проложенных в земле, при числе их не менее двух; металлические конструкции и фундаменты зданий и сооружений, имеющие надежное соединение с землей; различного рода трубопроводы, проложенные под землей; свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле.

Не допускается использовать п качестве естественных заземлителей трубопроводы горючих жидкостей и горючих или взрывчатых газов, алюминиевые оболочки кабелей, алюминиевые проводники и кабели, проложенные в туннелях, блоках, каналах.

Дли снижения расходов, идущих на заземляющие устройства, в первую очередь рекомендуется использовать естественные заземлится и. Величина сопротивления растеканию этих за земли тел ей определяется путем замеров. Если сопротивление растеканию естественных заземлителей недостаточно по нормам, применяют искусствен­ные заземлители.

При использовании искусственных заземлителей следует иметь в виду, что одиночные заземлители. заложенные в грунт (при расстоянии друг от друга не менее 2,5 —3 м), вызывают явление взаимного экранирования между заземлителями. В результате экранирования общее сопротивление п заземлителей не равно сумме сопротивлений одиночных заземлителей R_x, поэтому сопротивление сложного заземлителя. Сопротивление растеканию заземлителей в основном зависит от удельного сопротивления грунта р, которое в свою очередь зависит от состава почвы, влажности, температуры, плотности прилегания частиц, наличия растворимых солей и пр. С изменением времени года, изменяется также и сопротивление растеканию заземлителей. Ниже приведены величины удельного сопротивления грунта р (Ом~м), полученные на основании опытных данных при влажности грунта 10—20%: В качестве заземляющих н нулевых защитных проводников используют: нулевые рабочие проводники сети; металлические конструкции зданий (фермы, колонны и т. п.); металлические конструкции производственного назначения (подкрановые пути, каркасы распределительных устройств, шахты лифтов и т. п.); стальные трубы электропроводок; алюминиевые оболочки кабелей; металлические' коробы шинопроводов и лотков.

Использование металлических оболочек трубчатых проводов несущих тросов при тросовой электропроводке, металлических оболочек и свинцовых оболочек проводов и кабелей в качестве заземляющих или нулевых защитных проводников запрещается. Независимо от степени использования естественных заземлителей в качестве заземляющих или нулевых защитных проводников они должны иметь надежное соединение с заземляющим устройством в помещениях, в которых применяется заземление или зануления.

В случаях, когда рассмотренные проводники не могут быть использованы, прокладывают специальные заземляющие проводники. В качестве материала для заземляющих проводников применяют сталь, однако в некоторых случаях используют цветные металлы, например, когда применение стали конструктивно затруднено.

Сечение заземляющих проводников должно удовлетворять условиям механической прочности и термической устойчивости, установленных ПУЭ*.

В установках напряжением вы и)с1 ООО В с большими токами замыкания на землю (более 500 JI) сечение заземляющих проводников должно быть таким, чтобы при протекании токов однофазного замыкания на землю температура заземляющих проводников не превышала 400 ^СС (при кратковременном протекании тока и соответствующем времени действия основной защиты). Вустановках напряжением до 1 ООО Вивыше с изолированной нейтралью и с малыми токами замыкания (менее 500 А) сечения заземляющих проводников выбирают по длительно допустимой нагрузке и сечению фазных проводов. Сечения заземляющих проводников должны составлять не менее Ч_я сечения фазных, а при проводниках, выполненных из разных металлов, — не менее % сечения фазных проводников, но не менее приведенных в ПУЭ минимальных сечений. Почти во всех случаях достаточны следующие сечения: 120 мм* — для стали, 35 мм* — для алюминия и 25 мм* —для меди.

Вустановках напряжением до 1000 В с глух озаземленной нейтралью проводимость заземляющих проводнике* выбирают из условия обеспечения автоматического отключения поврежденного участка, т. е. при замыкании между фазой и заземляющим проводником, в какой бы точке сети оно не произошло, должен возникать ток короткого замыкания, превышающий по меньшей мере в 3 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя или ток максимального расцепителя автомата с обратно зависимой от тока характеристикой. Для взрывоопасных помещений ток однофазного короткого замыкания должен превышать не менее чем в 4 раза ток ближайшей плавкой вставки или в 6 раз ток отключения автомата с обратно зависимой от тока характеристикой.

Полная проводимость нулевого защитного проводника должна быть не менее 50% проводимости фазного проводника, а нулевой рабочий проводник должен быть рассчитан на длительное протекание тока.