НОРМАТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЗАЗЕМЛЕНИЮ

Стр 1 из 6Следующая ⇒

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Волгоградский государственный технический университет

А. А. Липатов

НАЗНАЧЕНИЕ,

ПРИМЕНЕНИЕ,

УСТРОЙСТВО И РАСЧЕТ заземления

ОБОРУДОВАНИЯ

Учебное пособие

Волгоград

2016

УДК 621.316.9 (075)

Рецензенты:

кафедра «Безопасность жизнедеятельности в техносфере» ВГАСУ,

зав. кафедрой, д-р техн. наук профессор В. Н. Азаров;

д-р техн. наук профессор кафедры «Проектирование технических и технологических комплексов» СГТУ имени Ю. А. Гагарина В. В. Мартынов

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Волгоградского государственного технического университета

Липатов, А. А.

Назначение,применение, устройство и расчет заземления оборудования: учеб. пособие / А. А. Липатов; ВолгГТУ. – Волгоград, 2016. – 64 с.

ISBN 978–5–9948–2120–6

В учебном пособии приведены основные сведения о явлениях, возникающих при замыкании фазного проводника на металлический корпус потребителя электроэнергии; описаны назначение, принцип действия и область применения защитного заземления; даны нормативные требования к заземлению оборудования, современное обозначение систем электроустановок, рекомендации по устройству заземления, методика и примеры расчета, а также варианты расчетных заданий.

Предназначаются для студентов ВолгГТУ при изучении курса «Безопасность жизнедеятельности» по направлениям 12.03.01, 13.03.02, 15.03.01, 15.03.04, 15.03.05, 18.03.02, 22.03.01, 22.03.02, 27.03.01 и 27.03.04.

Ил. 7. Табл. 10. Библиогр.: 11 назв.

ISBN 978–5–9948–2120–6

Ó Волгоградский государственный технический университет, 2016

У ч е б н о е и з д а н и е

Андрей Александрович Липатов

НАЗНАЧЕНИЕ, ПРИМЕНЕНИЕ, УСТРОЙСТВО И РАСЧЕТ

ЗАЗЕМЛЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

Учебное пособие

Редактор В. В.Свитачева

Темплан 2016 г. (учебники и учебные пособия). Поз. № 60.

Подписано в печать 15.06.2016 г. Формат 60х84 1/16. Бумага газетная.

Гарнитура Times. Печать офсетная. Усл. печ. л. 3,72 Уч.-изд. л.3,07.

Тираж 150 экз. Заказ 452.

Волгоградский государственный технический университет.

400005, г. Волгоград, пр. Ленина, 28, корп. 1.

Отпечатано в типографии ИУНЛ ВолгГТУ.

400005, г. Волгоград, пр. Ленина, 28, корп. 7.

ВВЕДЕНИЕ

Учебное пособие предназначено для самостоятельного изучения раздела «Электробезопасность», выполнения практических и семестровых работ, раздела выпускной работы (проекта), а также контрольных работ заочников по курсу «Безопасность жизнедеятельности». Пособие включает в себя краткое изложение теоретического материала со ссылками на нормативную документацию, методику и примеры расчета заземления оборудования, справочные данные, а также задачи для самостоятельного решения.

НАЗНАЧЕНИЕ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ,

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Основополагающий документ по электробезопасности – «Правила устройства электроустановок» (ПУЭ) – предусматривает защиту от поражения электрическим током для двух основных случаев:

1) при прямом прикосновении – электрическом контакте людей или животных с находящимися под напряжением токоведущими частями (в большинстве случаев – фазными проводниками трехфазной сети);

2) при косвенном прикосновении – электрическом контакте с открытыми проводящими (но не токоведущими) частями (чаще всего, металлическими корпусами) электроустановок, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции.

Следует пояснить, что в нормативных документах, справочной и учебной литературе по электробезопасности часто используется термин «под напряжением» по отношению к точке электрической цепи. Строго говоря, напряжение – разность потенциалов между двумя точками; выражение «провод под напряжением» означает наличие напряжения между ним и землей нулевого потенциала (относительная земля), находящейся вне зоны растекания тока какого-либо заземлителя.

К мерам защиты от прямого прикосновения относятся применяемые по отдельности или в сочетании: основная изоляция токоведущих частей, ограждения и оболочки, установка барьеров, размещение токоведущих частей вне зоны досягаемости (например, на высоте не менее 2,5 метров; расстояние между доступными одновременному прикосновению проводящими частями также должно быть не менее 2,5 м). Как дополнительную меру защиты от прямого прикосновения в электроустановках напряжением до (включительно) 1 кВ следует применять устройства защитного отключения (УЗО) с номинальным отключающим дифференциальным (от англ. difference – разница) током не более 30 мА.

Защиту как от прямого, так и от косвенного прикосновения обеспечивает использование сверхнизкого (малого) напряжения (СНН) – не превышающего 50 В переменного (напряжение переменного тока – среднеквадратичное значение напряжения переменного тока) и 120 В постоянного тока. Следует отметить, что действие 7-й редакции ПУЭ, введенной в 2003 г., [8] распространяется на вновь создаваемые и реконструируемые электроустановки. Согласно предыдущему, 6-му, изданию ПУЭ [9] верхней границей малого напряжения переменного тока считается значение 42 В (между фазами или по отношению к земле – в зависимости от схемы подключения электропотребителя, многофазной или однофазной).

Для неэлектротехнического персонала (пользователей) более вероятным является поражение электрическим током при косвенном прикосновении. К мерам защиты при косвенном прикосновении (применяемым по отдельности или в сочетании) относятся:

– защитное заземление;

– автоматическое отключение питания (чаще всего реализуется путем зануления, т. е. присоединения наружных проводящих частей электрооборудования к глухозаземленной нейтрали источника питания посредством нулевых защитных проводников – для превращения замыкания фазного проводника на корпус в однофазное короткое замыкание с последующим срабатыванием реагирующего на сверхтоки УЗО);

– уравнивание потенциалов: электрически соединяются заземляющие устройства и нулевые защитные проводники разных цепей, внешние проводящие части электроустановок, токопроводящие коммуникации. К последним относятся: входящие в здание металлические трубы канализации, трубопроводы горячего и холодного водоснабжения, металлические трубы газоснабжения (при наличии изолирующей вставки на вводе в здание подключение осуществляется после вставки), металлические воздуховоды вентиляции и кондиционирования, металлические части каркаса здания (в том числе арматура железобетонных конструкций), металлические оболочки телекоммуникационных кабелей. Таким образом, уравнивается электрический потенциал всех токопроводящих объектов, которые номинально должны иметь нулевой потенциал. В основной системе уравнивания потенциалов это достигается присоединением (отдельными проводниками) указанных объектов к главной заземляющей шине (ГЗШ), имеющей соединение с общим для здания заземлением (повторным заземлением нулевого защитного проводника). В дополнительной системе уравнивания потенциалов предусматривается электрическое соединение указанных объектов между собой (например, ванны с водопроводными трубами);

– выравнивание потенциалов (для различных частей токопроводящей поверхности, на которой могут находиться люди, – например, устройство металлического пола в производственных помещениях);

– двойная или усиленная изоляция (используется для переносных электроприемников, в частности, ручного электроинструмента);

– защитное электрическое разделение цепей (как собственно отделение токоведущих частей разных цепей, так и использование разделяющих трансформаторов: например, подключение ручного электроинструмента не непосредственно к сети с мощным источником питания, а через маломощный трансформатор, часто в сочетании с понижением напряжения). Это мероприятие является обязательным для токоведущих цепей сверхнизкого напряжения. Проводники цепей СНН должны быть проложены отдельно от проводников более высоких напряжений и защитных проводников, либо отделены от них заземленным металлическим экраном (оболочкой), либо заключены в неметаллическую оболочку дополнительно к основной изоляции;

– изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки.

Применение двух и более из перечисленных мер защиты не должно оказывать взаимного негативного влияния. Например, при питании одиночного электроприемника от разделительного трансформатора нельзя уравнивать потенциал путем присоединения токопроводящего корпуса этого электроприемника к защитным проводникам и открытым проводящим частям других цепей.

Необходимость в защитных мероприятиях, а также их выбор во многом зависят от помещения, в котором эксплуатируются электроустановки. В отношении опасности поражения электрическим током помещения классифицируются следующим образом (при переходе к новой редакции ПУЭ классификация изменений не претерпела).

1. К помещениям без повышенной опасности относятся те, в которых отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность.

2. Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием одного (любого) из пяти условий (признаков):

– сырость (относительная влажность воздуха превышает 75 %);

– выделение по условиям производства токопроводящей технологической пыли, которая может оседать на токоведущих частях, проникать внутрь машин, аппаратов и т. п.;

– токопроводящие полы (металлические, земляные, бетонные, железобетонные, кирпичные и т. п.);

– высокая температура, под воздействием тепловых излучений постоянно или периодически (более 1 суток) превышающая + 35 ºC (что обусловлено выделением теплоты технологическим оборудованием; например, помещения с сушилками, печами для обжига, котельные);

– возможность одновременного прикосновения человека к металлоконструкциям зданий, имеющим соединение с землей, технологическим аппаратам, механизмам и т. п., с одной стороны, и к открытым проводящим частям (металлическим корпусам) электрооборудования – с другой.

3. Особо опасные помещения характеризуются наличием одного (любого) из трех условий (признаков):

– особая сырость – относительная влажность воздуха близка к 100 % (потолок, стены, пол и предметы в таком помещении покрыты влагой);

– наличие (постоянно или в течение длительного времени) химически активной (агрессивные пары, газы, жидкости) или органической среды, образование отложений или плесени, разрушающих изоляцию и токоведущие части электрооборудования;

– одновременное присутствие двух (любых) или более условий повышенной опасности.

Территория открытых электроустановок приравнивается к особо опасным помещениям. Кроме того, выделяют особо опасные работы – в металлических резервуарах, лежа на токопроводящем полу и др.

Защиту при косвенном прикосновении следует выполнять во всех случаях (т. е. в любых помещениях), если напряжение в электроустановке превышает 50 В переменного и 120 В постоянного тока, т. е. выше границы СНН. В помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках выполнение защиты при косвенном прикосновении может потребоваться для более низких напряжений, например, 25 В переменного и 60 В постоянного тока или 12 В переменного и 30 В постоянного тока.

Таким образом, в действующих ПУЭ прямо не указано, при каких напряжениях становится необходимым именно защитное заземление, указанное первым в перечне мер защиты при косвенном прикосновении. В электроустановках, введенных в эксплуатацию до 2003 г., защитное заземление (или зануление) было обязательным в любом случае при напряжении 380 В и выше переменного и 440 В и выше постоянного тока, а в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и в наружных установках – выше 42 В переменного и 110 В постоянного тока (во взрывоопасных зонах – при любых напряжениях).

В то же время, выполнение заземления открытых проводящих частей электрооборудования во всех случаях, требующих защиты при косвенном прикосновении, предполагает само обозначение систем электроустановок напряжением до 1 кВ. Системы, использующие сети с изолированной нейтралью, обозначаются как IT (на первом месте, показывающем режим нейтрали источника питания, стоит буква I, обозначающая, что нейтраль изолирована от земли; на втором месте, показывающем состояние открытых проводящих частей установок, – буква T, обозначающая необходимость заземления). Для сетей с глухозаземленной нейтралью в настоящее время также возможно заземление открытых проводящих частей электропотребителей (независимое от заземления нейтрали источника) в рамках системы TT . При этом нулевой защитный проводник отсутствует, а сеть является либо трехпроводной, либо (при наличии нулевого рабочего проводника) четырехпроводной. Наибольшее распространение в трехфазных сетях переменного тока напряжением до 1 кВ, питающих электроустановки жилых, общественных и промышленных зданий, получила система TN: нейтраль источника выполнена глухозаземленной (первая буква в обозначении – T), а токопроводящие корпуса потребителей присоединены к ней посредством нулевых защитных проводников, т. е. занулены (вторая буква в обозначении – N). При этом сеть может быть пятипроводной, с разделенными нулевым защитным PE и нулевым рабочим N проводниками, (вариант TN–S), четырехпроводной, с совмещенным нулевым защитным и нулевым рабочим PEN-проводником, (TN–C) и комбинированной (TN–C–S). Но и в системе TN зануленные объекты оказываются одновременно заземленными в месте своего расположения – через повторное (для каждого здания) заземление нулевого защитного проводника, конструктивно идентичное защитному заземлению в системах IT и TT. Поэтому в паспортах бытовых электроприборов часто используют упрощенную терминологию: «заземлить», «земля», «заземляющий контакт» (вместо «занулить» и т. д.).

Таким образом, основной мерой защиты при косвенном прикосновении является заземление. Это преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования (как правило, токопроводящего корпуса) с заземляющим устройством (совокупность находящегося в контакте с землей металлического заземлителя и соединяющих с ним оборудование заземляющих проводников).

Принцип действия защитного заземления – снижение до безопасных значений электрического потенциала токопроводящего корпуса установки при замыкании на него фазного проводника («фазы») из-за повреждения изоляции (в случае зануления – при обрыве нулевого защитного проводника на линии электропередачи или на время до срабатывания автоматического защитного отключения при целом нулевом защитном проводнике). Рассмотрим действие заземления подробнее. После замыкания фазы на металлический незаземленный корпус последний будет иметь фазный потенциал (в большинстве случаев – 220 В). Прикосновение в этой ситуации к корпусу (вероятность чего весьма велика – человек не знает о наличии напряжения на корпусе) равносильно прикосновению к фазному проводнику под напряжением. Заземленный корпус должен, на первый взгляд, в любой ситуации иметь нормальный потенциал земли, т. е. нулевой. Однако это далеко не всегда так. На рисунке 1.1 показаны пути протекания тока при замыкании одного из фазных проводников на заземленный корпус для

а) б)

Рис. 1.1. Пути протекания тока при замыкании фазы на заземленный корпус электроаппарата: а) в сети с изолированной нейтралью (система IT);

б) в сети с глухозаземленной нейтралью (система TT)

обеих схем трехфазной сети (направление тока взято условно; сеть с глухозаземленной нейтралью показана в трехпроводном исполнении).

В сети с изолированной нейтралью (рис. 1.1, а; на корпус замкнута фаза C) образуются контуры тока I и II, показанные, как и пути протекания тока в грунте, штриховой линией. Эти контуры неявно замыкаются через распределенные сопротивления Z_фдвух других фаз (A и B) относительно земли, условно показанные на рис. 1.1, а в виде сосредоточенных элементов (величины Z_ф принято считать одинаковыми для всех фаз сети). Эти сопротивления имеют как активную составляющую (определяемую сопротивлением изоляции проводов, воздуха и т. п.), так и реактивную, зависящую от емкости фазных проводников относительно земли (упрощенно сопротивления Z_ф часто называют сопротивлениями изоляции). В общем случае их величины велики (десятки кОм). Однако с ростом протяженности сети и увеличением числа потребителей могут существенно снижаться как активная, так и реактивная составляющие Z_ф. Кроме того, ухудшение состояния изоляции проводов приводит к уменьшению активной составляющей, а использование кабельных линий электропередачи – реактивной составляющей Z_ф (из-за близкого расположения проводов к грунту, приводящего к увеличению емкостей между фазами и землей).

Падения напряжения в каждом из показанных на рис. 1, а контуров I и II распределяются пропорционально величинам входящих в контуры сопротивлений. Для нормального (рабочего) состояния двух других фаз сети (A и B) их фазные сопротивления относительно земли Z_ф во много раз больше, чем сопротивление заземления (сопротивление растеканию тока в земле). Следовательно, во много раз большая часть падения напряжения приходится на сопротивления Z_ф. Поэтому электрический потенциал корпуса (и замкнувшейся на него фазы) будет значительно ближе к нормальному нулевому потенциалу земли, чем к номинальному фазному (отметим, что потенциалы нейтрали источника и двух других фаз относительно земли, создаваемые соответственно одной и двумя обмотками источника, при этом возрастут). Этот небольшой «остаточный» потенциал корпуса равен падению напряжения на заземляющем устройстве, т. е. произведению стекающего в землю тока I_зна сопротивление заземляющего устройства R_з:

j_з = I_з∙R_з (1.1)

Для повышения уровня безопасности требуется, чтобы потенциал j_з (т. е. потенциал доступного прикосновению корпуса) был как можно ниже. Как следует из (1.1), на величину j_з влияют ток I_з и сопротивление R_з. Так как для нормально функционирующей сети Z_ф >> R_з, величина тока I_з ограничена сопротивлениями Z_ф, а основным путем обеспечения безопасности (снижения φ_з) является уменьшение сопротивления R_з. При плохом состоянии изоляции или с ростом протяженности сети эффективность защитного заземления несколько падает из-за уменьшения Z_ф и соответствующего увеличения тока замыкания на землю I_з, приводящего к росту j_з. При этом возможность увеличить Z_ф, улучшив состояние изоляции, ограничена, а возможность уменьшить емкость фаз относительно земли для протяженных сетей практически отсутствует.

Для сети с глухозаземленной нейтралью величина Z_ф на j_з практически не влияет, так как после замыкания фазы на заземленный корпус образуется явный замкнутый проводящий контур (на рис.1.1, б показан штриховой линией). Сопротивление заземления нейтрали источника во много раз меньше, чем Z_ф, и соизмеримо с сопротивлением заземления оборудования R_з. Поэтому ток в явном контуре достаточно велик, падение напряжения распределяется между заземлением нейтрали источника и заземлением оборудования примерно поровну (при равенстве сопротивлений заземлений – строго поровну), а остаточный потенциал корпуса j_з будет слишком большим – около половины номинального фазного (при сетевом напряжении 380/220 В на корпусе «останется» порядка 110 В). Необходимое для обеспечения требуемого уровня безопасности снижение потенциала j_з может быть обеспечено только при очень малых величинах R_з (в несколько раз меньше, чем сопротивление заземления нейтрали источника). Таким образом, в сетях с глухозаземленной нейтралью защитное заземление оборудования (без зануления, обеспечивающего автоматическое отключение сверхтоковыми УЗО) или не обеспечивает безопасности, или сопряжено с неоправданным ростом материальных затрат (необходимое уменьшение величины R_з потребует кратного увеличения числа штырей-заземлителей). Поэтому до 2003 г. (при напряжениях до 1 кВ) заземление в сетях с глухозаземленной нейтралью без зануления не допускалось.

Отметим, что при снижении эффективности защитного заземления (возрастании j_з) из-за роста тока замыкания на землю I_з, как при наличии явного проводящего контура в сетях с глухозаземленной нейтралью, так и при уменьшении Z_ф в сетях с изолированной нейтралью (большая протяженность сети, плохое состояние изоляции), резко возрастает роль мероприятий по выравниванию потенциалов основания (подробнее см. ниже).

Так как величина сопротивления заземляющих проводников весьма мала, сопротивление заземляющего устройства R_з по существу равно сопротивлению расположенного в грунте заземлителя. Поэтому величину сопротивления заземлителя также можно обозначить как R_з. Она складывается из собственного сопротивления металлического заземлителя, контактного сопротивления между ним и грунтом, а также сопротивления земли. Так как первые две составляющие весьма малы, сопротивление R_з фактически является сопротивлением окружающих электрод-заземлитель объемов земли, которое (даже при большой длине одиночного электрода и малом удельном сопротивлении грунта) в большинстве случаев достаточно велико и не обеспечивает требуемого снижения потенциала j_з. Уменьшение R_з достигается применением группового заземлителя, состоящего из нескольких электродов, соединенных параллельно. Если поля растекания тока одиночных заземлителей не пересекаются (расстояние между ними превышает удвоенный радиус зоны растекания), то сопротивление можно снизить в n раз (n – число одиночных заземлителей в групповом). При меньших расстояниях между соседними заземлителями с сопротивлениемR_з _од их поля растекания накладываются одно на другое, а общее сопротивление группового заземлителя за счет этого возрастает: R_з _гр = R_з _од/(n∙η), где η≤ 1– коэффициент использования группового заземлителя (коэффициент экранирования). Чем ближе расположены друг к другу одиночные заземлители, тем больше наложение полей растекания, тем меньше η и больше R_з _гр. Поэтому для повышения эффективности использования следует располагать отдельные заземлители на большем расстоянии друг от друга.

Для дальнейшего анализа эффективности защитного заземления рассмотрим явления, возникающие при растекании тока через окружающие заземлитель объемы грунта. Заземленный корпус и электрически соединенный с ним установленный в земле металлический электрод-заземлитель имеют практически один и тот же потенциал j_з. Этот потенциал имеют и объемы грунта, непосредственно контактирующие с заземлителем. По мере удаления от заземлителя потенциал основания (грунта, покрытия) j_осн уменьшается от значения j_з до нуля (т. е. нормального потенциала земли) на границе зоны растекания (где плотность тока становится ничтожно малой). При используемых на большинстве предприятий напряжениях радиус зоны растекания одиночного заземлителя не превышает 20 м [5].

На рис. 1.2 показаны два человека, прикоснувшиеся к металлическому корпусу 1 электроустановки, присоединенному заземляющим проводником 2 к заземлителю 3 (для упрощения рассуждений показан одиночный заземлитель, выходящий на поверхность). При этом произошло замыкание (показанное молниеобразной линией) одного из фазных проводников на корпус 1. Здесь же представлен график 4 распределения потенциала основания в зависимости от расстояния до заземлителя – величина φ_осн уменьшается по мере удаления от заземлителя по гиперболическому закону.

Рис. 1.2. Распределение потенциала основания в зависимости от расстояния до заземлителя при замыкании фазы на заземленный корпус (система IT); напряжения шага U_ш и прикосновения U_пр:

1 – токопроводящий корпус электроустановки; 2 – заземляющий проводник; 3 – заземлитель; 4 – график распределения потенциала основания

Один из людей стоит непосредственно на штыре-заземлителе 3. Так как корпус 1 и заземлитель 3 соединены проводником 2, их электрические потенциалы равны между собой (φ_з). Поэтому разность потенциалов (т. е. напряжение) к телу стоящего непосредственно на заземлителе человека не приложена (равна нулю), и поражения током не произойдет.

Другой прикоснувшийся к тому же корпусу с потенциалом j_з человек (крайний слева) стоит на некотором удалении от заземлителя – там, где потенциал основания j_осн < j_з. К его телу приложена разность потенциалов, называемая напряжением прикосновения:

U_пр = j_з – j_осн(1.2)

Из рис. 1.2 и формулы (1.2) следует, что чем ближе находится прикоснувшийся к аварийному корпусу человек к заземлителю 3, тем меньше напряжение прикосновения U_пр – из-за возрастания j_осн. Максимального значения для одиночного заземлителя U_пр достигает на границе зоны растекания, далее не изменяясь (U_пр = j_з). Для группового заземлителя наибольшей величина U_пр становится на границе зон растекания соседних заземляющих электродов. Таким образом, наилучшую защиту при косвенном прикосновении обеспечивает размещение электродов-заземлителей непосредственно под ногами работающих, т. е. на площадке с оборудованием (и, вопреки требованию повышения эффективности использования группового заземлителя, на меньшем расстоянии друг от друга).

Необходимо рассмотреть еще один вид поражения электрическим током при нахождении человека в зоне растекания. На рис. 1.2 показан третий человек (крайний справа), вообще не касающийся аварийного корпуса электроустановки. Однако его ноги контактируют с основанием на разном расстоянии от заземлителя, т. е. в точках, имеющих разный электрический потенциал. К телу этого человека приложено так называемое напряжение шага U_ш (и возможно поражение током по пути «нога – нога»). Чем шире шаг, тем больше шаговое напряжение. Расчетная длина шага согласно действующим ПУЭ [8] – 1 м (в большинстве литературных источников – 0,8 м). Максимального значения U_ш достигает в случае, когда человек одной ногой стоит непосредственно на заземлителе, а другой – на расстоянии шага от него. Учитывая форму графика распределения потенциала основания, по мере удаления от заземлителя величина U_ш уменьшается, а за пределами зоны растекания – отсутствует. Наибольшую опасность напряжение шага представляет не в зданиях, а вблизи линий электропередачи (особенно высоковольтных) при непреднамеренном замыкании фазного провода на землю, например, из-за его обрыва. При этом посторонним лицам нельзя приближаться к месту замыкания ближе 8 метров. Выходить же из зоны растекания тока следует мелким «лыжным» шагом, ни в коем случае не прыжками (можно упасть и оказаться под значительно большим, чем U_ш, напряжением – расстояние между точками контакта тела с грунтом окажется больше длины шага) и, тем более, не ползком.

Очевидно, что все мероприятия, обеспечивающие уменьшение величины U_пр, одновременно способствуют и снижению напряжения шага U_ш.

По способу расположения одиночных заземлителей в учебной литературе различают выносное и контурное исполнение заземления.

При выносном заземлении заземлитель целиком вынесен за пределы площадки (здания) с оборудованием (или сосредоточен только на ее части). Его преимущество – возможность выбора места размещения электродов с наименьшим удельным сопротивлением грунта (сырое, глинистое, в низине и т. д.), что позволяет обойтись меньшим их количеством. Недостаток выносного заземления – отдаленность заземлителя от защищаемой площадки с оборудованием (при этом напряжение прикосновения на всей занятой оборудованием площади или ее части максимально и равно остаточному потенциалу корпусов j_з). К тому же может возникнуть необходимость защиты зоны размещения удаленного заземлителя от проникновения (с попаданием под шаговое напряжение) посторонних лиц. Поэтому, согласно предшествующей 6-й редакции ПУЭ, выносное заземление разрешалось только при малых значениях тока замыкания на землю (в системе IT при больших величинах Z_ф) и только при напряжениях до 1 кВ.

При контурном заземлении отдельные заземляющие электроды размещают по контуру (периметру) площадки (здания) с оборудованием или даже распределяют по всей защищаемой площади равномерно. Это обеспечивает больший уровень безопасности за счет снижения величины U_пр и шагового напряжения. Однако при размещении электродов только по контуру для зданий достаточно большой ширины повышение потенциала основания и приближение его к потенциалу заземленных корпусов электроаппаратов, расположенных в средней части таких зданий (т. е. на большом удалении от заземлителей), не обеспечивается. Тем не менее, до 2003 г. контурное заземление считалось предпочтительным (а в большинстве случаев – обязательным) – как для промышленных объектов, так и для административных и жилых зданий.

Действующая 7-я редакция ПУЭ не содержит требования контурного исполнения заземления. Поэтому в настоящее время на практике чаще располагают заземлители в ряд – вдоль стены здания, в месте ввода от линии электропередачи. Однако при этом для снижения U_пр и U_ш необходимо принимать меры по выравниванию потенциалов основания внутри здания (на защищаемой территории). Например, пусть основание, на котором находятся люди, (рис. 1.2) будет иметь металлическое покрытие, электрически соединенное с заземлителем (и с заземленными корпусами). Тогда при замыкании (пробое) фазы на один из корпусов основание по всей площади будет иметь одинаковый потенциал, равный потенциалу заземлителя и заземленного оборудования j_з, а величины U_пр и U_ш будут равны нулю. Таким образом, крайне опасное для случая прямого прикосновения металлическое покрытие пола при косвенном прикосновении является защитным мероприятием. Иногда для выравнивания потенциалов под площадкой с оборудованием прокладывают специальные горизонтальные электроды, электрически соединенные с основным заземлителем. Могут быть использованы и уже имеющиеся под зданием металлические объекты, требования к которым аналогичны требованиям, предъявляемым к естественным заземлителям (см. разд. 3). Таким образом, выравнивание потенциалов обеспечивает при замыкании фазы на корпус повышение потенциала основания до величины, равной или близкой к потенциалу корпусов, на всей занимаемой зданием площади (отметим, что необходимость мероприятий по выравниванию потенциалов основания резко возрастает для системы TT).

Контурное исполнение заземления является одним из способов выравнивания потенциалов основания (причем не самым эффективным, особенно для зданий большой ширины, – защищается в основном территория, прилегающая к стенам). Таким образом, выравнивание потенциалов основания обеспечивает больший уровень безопасности, чем размещение вертикальных электродов-заземлителей по контуру (только по контуру; дополнительное размещение электродов по всей занимаемой оборудованием площади как раз и является одним из возможных способов выравнивания потенциалов основания).

Заметим, что альтернативным (выравниванию потенциалов основания) защитным мероприятием является покрытие основания (и не только основания, но и стен, потолка) непроводящими материалами.

Все изложенное выше для защитного заземления оборудования в системах IT и TT в полной мере относится к повторному заземлению нулевого защитного проводника в системе TN (в этом случае допускаются лишь бóльшие значения сопротивления заземляющего устройства), а также к заземлению нейтрали источника в системах TN и TT. Общими для них являются и изложенные ниже в разделах 2÷4 требования, рекомендации и методы расчета.

НОРМАТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЗАЗЕМЛЕНИЮ

Основным параметром, нормируемым и контролируемым для защитного заземления, является наибольшее допустимое сопротивление заземляющего устройства.

При напряжении до 1 кВ оно устанавливается следующим образом.

Для системы IT сопротивление заземляющего устройства R_з (в омах) должно соответствовать условию:

R_з £ , (2.1)

где U_пр – напряжение прикосновения, значение которого принимается равным 50 В; I_з – полный ток замыкания на землю, А.

Как правило, не требуется принимать значение сопротивления заземляющего устройства менее 4 Ом [8] (согласно предшествующей редакции ПУЭ [9] при напряжении до 1 кВ оно не должно превышать 4 Ом). Допускается повышать сопротивление заземляющего устройства до 10 Ом, если соблюдено условие (2.1), а мощность источника (генератора или трансформатора) не превышает 100 кВА, в том числе суммарная мощность генераторов или трансформаторов, работающих параллельно.

При выполнении заземления оборудования в системе TT должно быть выполнено автоматическое отключение питания с обязательным применением УЗО, а допустимое сопротивление заземляющего устройства R_з (Ом) определяется из условия:

R_з∙I_УЗО £ 50 В, (2.2)

где I_УЗО – ток срабатывания защитного устройства, А.

Анализ условия (2.2) показывает, что при достаточно большой мощности электроустановки оно становится трудно реализуемым: для большого значения I_УЗО (иначе УЗО будет реагировать на рабочий ток) потребуется весьма малая величина сопротивления заземляющего устройства.

Сопротивление заземлителя повторного заземления PE- и PEN-проводников в системе TN в общем случае не нормируется (при этом в первую очередь следует использовать естественные заземлители). Однако в случае использования воздушной линии (ВЛ) электропередачи (от источника к потребителю) требования к повторному заземлению нулевого защитногопроводника такие же жесткие, какими они были до 2003 г. во всех случаях (т. е. при использовании как воздушных, так и кабельных линий электропередачи): общее сопротивление растеканию тока заземлителей (в том числе естественных) всех повторных заземлений PEN-проводника каждой ВЛ в любое время года должно быть не более 5, 10 и 20 Ом соответственно при линейных (межфазных) напряжениях 660, 380 и 220 В источника трехфазного тока или 380, 220 и 127 В источника однофазного тока. При этом сопротивление заземлителя каждого из повторных заземлений должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при тех же напряжениях. Таким образом, величина нормируемого сопротивления зависит от количества зданий, запитанных от данной ВЛ. Например, если линия напряжением 380/220 В предназначена для электроснабжения двух зданий, при вводе в каждое из них необходимо выполнить повторное заземление нулевого защитного проводника с сопротивлением не более 20 Ом. При этом общее сопротивление обоих повторных заземлений будет в два раза меньше и не превысит 10 Ом (напомним, что при параллельном соединений нескольких одинаковых сопротивлений «суммарное» сопротивление в соответствующее число раз уменьшается). Далее, если к линии подключено три здания, для каждого повторного заземления можно ограничиться требованием не более 30 Ом: общее сопротивление трех повторных заземлений также не превысит норматива 10 Ом. А вот при увеличении количества использующих данную ВЛ зданий до четырех (и более) для каждого повторного заземления сохраняется норматив предельного сопротивления не более 30 Ом.

Отметим, что при устройстве защитного зануления (система TN) основным нормативным требованием к нему является не сопротивление повторного заземления нулевого защитного проводника, а максимальное время автоматического отключения, величина которого определяется сетевым напряжением (например, при наиболее часто используемом сетевом напряжении 380/220 В в системе TN это время не должно превышать 0,4 с, при 220/127 В – 0,8 с, при 660/380 В – 0,2 с, выше 660/380 В – 0,1 с).

Сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединена нейтраль источника, в любое время года должно быть не более 2, 4 и 8 Ом соответственно при линейных напряжениях 660, 380 и 220 В (с учетом естественных заземлителей и заземлителей повторных заземлений PEN- или PE-проводника ВЛ при количестве отходящих линий не менее двух). Сопротивление собственного заземлителя нейтрали источника должно быть не более 15, 30 и 60 Ом соответственно при тех же напряжениях.

При удельном сопротивлении грунта r > 100 Ом∙м для системы TN допускается увеличение указанных норм в 0,01r раз, но не более десятикратного.

При напряжении свыше 1 кВ сопротивление заземляющего устройства в любое время года (с учетом сопротивления естественных заземлителей) не должно превышать:

– в сетях с эффективно (см. [8]) заземленной нейтралью – 0,5 Ом;

– в сетях с изолированной нейтралью – 250/I, но не более 10 Ом, где I – расчетный (см. [8]) ток замыкания на землю, А.

При этом, если заземляющее устройство (для установок напряжением свыше 1 кВ) одновременно используют для установок напряжением до 1 кВ и требования к сопротивлению заземляющего устройства для последних (изложенные выше) более жесткие, должны выполняться эти требования (для установок напряжением до 1 кВ).

Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 525; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!