Защитное заземление (лекции, лаб. 5, расчет).

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или её эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Защитное заземление предназначено для устранения опасности поражения электрическим током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям, оказавшимся под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам.

Соединение металлических нетоковедущих частей оборудования с землей осуществляется с помощью заземляющих проводников и заземлителя.

Заземлитель - это проводник или совокупность металлических соединенных проводников, находящихся в соприкосновении с землей или её эквивалентом.

Различают заземлители искусственные, предназначенные исключительно для целей заземления, и естественные - находящиеся в земле металлические предметы иного назначения.

Заземляющие проводники - это проводники, соединяющие заземляемые части с заземлителем.

Совокупность конструктивно объединенных заземляющих проводников и заземлителя называется заземляющим устройством.

При выносном заземлении (рис. 79) заземлители располагаются на некотором удалении от заземляемого оборудования, которое может оказаться вне поля растекания, и человек будет защищен только за счет малого сопротивления цепи заземления.

Рис. Выносное заземление
а – принципиальная схема б – план

 

Рис. Контурное заземление
а – разрез; б – план; в – распределение потенциалов

При контурном заземлении (рис. 80) заземлители располагаются по контуру вокруг заземляемого оборудования, при этом поля растекания отдельных заземлителей накладываются, и разность потенциалов между точками поверхности внутри контура уменьшается. Для большего выравнивания потенциалов внутри контура прокладывают горизонтальные металлические полосы, соединенные с заземлителями - выравнивание потенциалов.

Цель расчета заземления - определить число и длину вертикальных элементов
(соединительных шин) и разместить заземлитель на плане электроустановки, исходя
из регламентированных Правил значений допустимых сопротивлений заземления,
напряжения прикосновения и шага, максимального потенциала заземлителя или
всех указанных величин.

Расчет заземлителей производится в следующем порядке:

1. Ток замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью напряжением до 1000 В

≤ 10 А

где - фазное напряжение, В; Z – сопротивление изоляции сети относительно земли, Ом.

Если Z неизвестно, то принимается Z = 1000 Ом или I₃=10 А.

Ток замыкания в сетях напряжением выше 1000 В без компенсации емкостных токов:

где U_л - линейное напряжение сети, кВ; l _К, l _В - длина кабельных и воздушных линий соответственно, км.

2. Определяется норма на сопротивление заземления R_H (по ПУЭ) в зависимости от напряжения, режима нейтрали, мощности и других данных электроустановки.

3. Определяется расчетное удельное сопротивление грунта с учетом
климатического коэффициента по таблицам.

r_расч=y×r_изм

где r_изм - удельное сопротивление грунта, полученное путем измерения или из справочной литературы, Ом хм; y - климатический коэффициент.

4. Определяется сопротивление естественных заземлителей расчетом по формулам, приведенным в таблице (или измерением, или расчетом по методике, приведенной в ГОСТ 12.1.030-81 для железобетонных фундаментов).

Если сопротивление естественных заземлителей не превышает норму (R_e<R_H), то устройства искусственных заземлителей не требуется и расчет на этом заканчивается. Если естественные заземлители отсутствуют или их сопротивление велико (Re>R_H), то необходимо сооружение искусственных заземлителей, которые включаются параллельно естественным.

5. Определяется сопротивление искусственного заземлителя (считается, что искусственные и естественные заземлители соединены параллельно и общее их сопротивление не должно превышать норму).

R_и=R_e×R_н/(R_e-R_н)

При отсутствии естественных заземлителей сопротивление искусственного заземления не должно превышать норму (R_и<R_н).

6. По формулам таблицы определяется сопротивление одиночного вертикального заземлителя R_СТ.ОД с учетом расчетного удельного сопротивления грунта (r_расч) Геометрические параметры заземлителя студент выбирает самостоятельно с учетом рекомендаций, изложенных в (1).

7. Предварительно разместив заземлители на плане, определяют (задают) число вертикальных заземлителей и расстояние между ними. С учетом этих данных по таблице определяют коэффициент использования вертикальных стержней.

8. Определяется сопротивление соединительных полос R_п (по одной из формул таблицы) с учетом коэффициента использования полосы: R_п=R/h_п

9. Определяется сопротивление стержней (вертикальных заземлителей):

10. Учитывая коэффициент использования вертикальных заземлителей, окончательно определяют их число:

Защитное зануление

Зануление - это преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Зануление выполняется соединением металлических частей ЭУ с заземленной точкой источника питания при помощи нулевого защитного проводника, при этом в цепи нулевого проводника не допускается установка выключателей, рубильников, т.е. должна быть обеспечена непрерывность цепи от каждого корпуса электрооборудования до заземленной нейтрали источника питания (рис).

Рис.Принципиальная схема зануления

Нулевой провод имеет повторные заземления через каждые 250 м и на концах ответвлений длиной более 200м, а также на вводах от ВЛ к электроустановкам.

Защитное отключение

Защитное отключение - быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки (за время 0,03-0,1 сек.) при возникновении в ней опасности поражения током.

Повреждение электроустановки приводит к изменениям некоторых величин, которые могут быть использованы как входные величины автоматического защитного устройства, осуществляющего защитное отключение. Так, при замыкании на корпус он оказывается под напряжением относительно земли. Если корпус заземлен, возникает ток замыкания на землю. Вследствие нарушения симметрии сопротивлений фаз относительно земли возникает напряжение между нейтралью источника питания и землей (напряжение нулевой последовательности).

Значение входной величины, при котором срабатывает защитное устройство, называется уставкой.

В зависимости от того, что является входной величиной, выделяются следующие схемы защитного отключения:

· на напряжении корпуса относительно земли – датчиком служит реле напряжения РЗ;

· на токе замыкания на землю - датчиком является также реле, включенное в рассечку заземляющего провода;

· на напряжении нулевой последовательности – датчиком в схемах этого типа служит фильтр напряжения нулевой последовательности, включенный между фазным проводом и землей;

· на напряжении фазы относительно земли - в схемах этого типа датчики включаются между фазами и землей и измеряют напряжения фаз относительно земли; при повреждении изоляции фазы напряжение этой фазы относительно земли уменьшается и, если оно окажется ниже уставки, сеть отключается.

Наиболее желательно применение защитного отключения в передвижных электроустановках и для ручного электроинструмента, т. к. условия их эксплуатации затрудняют обеспечение безопасности применения заземления или других защитных мер.

Защитное отключение может быть применено как основная мера защиты с дополнительным защитным заземлением или занулением, а также как дополнительная мера к ним, кроме того защитное отключение может быть единственной мерой защиты вместо заземления, в этом случае обязателен самоконтроль защитного отключения.

Изоляция электрических проводок. Требования и контроль (лаб.2- метод., учебники ИМ, ИТ).

В процессе эксплуатации электроустановок изоляция оборудования стареет, в результате чего изменяются ее наиболее важные свойства. Основными причинами, вызывающими старение изоляции, являются:

- нагревание рабочими и пусковыми токами, токами короткого за­мыкания, теплотой от посторонних источников, от солнечного излучения и т.д.;

- динамические усилия, которым подвергаются изоляция в результате электромагнитного взаимодействия между проводниками с током;

- коммутационные и атмосферные перенапряжения.

Ухудшается изоляция также может быть в результате механических повреждений (изгибы, растягивание, вибрации), загрязненности, повышен­ной температуры, влажности и наличия агрессивных сред в помещениях.

Состояние изоляции в значительной мере определяет степень безопасности эксплуатации электроустановок. Поражение человека электрическим током обусловливается попаданием его под разность потенциалов, а также значением протекающего через тело человека тока.

Одним из основных средств, препятствующих возникновению этих опасных ситуаций, является надежная электрическая изоляция элементов находящихся под напряжением.

Согласно ГОСТ 12.1.009 электрическая изоляция подразделяется на следующие виды:

- рабочая изоляция - обеспечивает нормальную работу электроустановки и защиту от поражения электрическим током;

- дополнительная изоляция - предусматривается дополнительно к рабочей изоляции для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения рабочей изоляции;

- двойная изоляция - изоляция частей электроустановки нормально не находящихся под напряжением или наличие рабочей и дополнительной изоляции;

- усиленная изоляция - улучшенная рабочая изоляция, обеспечивающая такую же степень защиты от поражений электрическим током, как и двойная изоляция.

Для обеспечения надежности изоляции осуществляется контроль изоляции: периодический и постоянный [1, с. 208; 2, с. 118 - 128]. Под периодическим контролем изоляции понимают измерение ее сопротивления в установленные правилами сроки. Измерение проводит­ся на отключенной электроустановке или сети. Определяется сопро­тивление изоляции отдельных участков сети, электрических аппаратов, трансформаторов, электродвигателей и т.п.

Измеряется сопротивление изоляции каждой фазы относительно земли и между каждой парой фаз на каждом участке сети.

Под участком сети подразумевается участок цепи (сети) между двумя последовательно установленными аппаратами защиты или за последним защитным аппаратом (автоматическим выключателем, плавким предохранителем). Нормы на сопротивление изоляции и сроки измерений регламенти­рованы в Правилах устройства электроустановок. Правилах эксплуатации электроустановок потребителей и Правилах техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей (ПУЭ, ПЭЭП и ПТБ). Сопротивление изоляции каждого участка в сетях напряжением до 1000 В должно быть не ниже О,5 МОм на фазу [1, с. 206; 2, с.119].

Измерение сопротивления изоляции производится мегаомметром. Ранее

выпускались мегаомметры М 1101 и МС-О6, в настоящее время они заменены на мегаомметры М 4100/1 - М 4100/5 с диапазоном измерений 0 - 2000 кОм, 0 - 1000 МОм и на напряжения 100, 250, 500, ' 1000, 2500 В, которые выбираются в зависимости от рабочего напряжения сети / I, с.207; 2, с. 119 / Указанные мегаомметры имеют встроенный генератор, приводимый во вращение от руки. Выпускается мегаомметр Ф 4101, который не имеет встроенного генератора а питается от сети переменного тока напряжения 220 м 127 В.