Материал:

Компенсационные катушки иногда называют дугогасительными, поскольку, уменьшая ток замыкания на землю, они способствуют тушению дуги между струмопровиднймы и заземленными частями и тем самым ликвидации повреждения, то есть способствуют замыканию на землю. Эта защита применяется как дополнение к защитного отключения или заземления.

Защитное заземление, зануление и защитное отключение. Однофазному замыкания тока, которые могут возникнуть в электрических машинах, аппаратах, приборах, на ЛБП, опасны тем, что на корпусах и опорах появляются напряжения, достаточные для поражения человека и возникновения пожара. Ток замыкания создает опасные напряжения не только на самом оборудовании, но и вблизи него, распространяясь через основания и фундаменты.

Защита от поражения электрическим током и возгорания можно осуществить защитным отключением (отключают поврежденные участки сети быстродействующим защитой) или защитным заземлением (снижают напряжения прикосновения и шага), или занулением (отключают оборудование и снижают напряжения прикосновения и шага на период, пока не сработает аппарат, отключающий). Рассмотрим эти важнейшие по * ходы защиты в электроустановках (рис. 4.17).

Защитное заземление. Главное назначение защитного заземления - снизить потенциал на корпусе электрооборудования до безопасного значения.

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Корпуса электрических машин, трансформаторов, светильников, аппаратов и другие металлические нетоковедущие части могут оказаться под напряжением при замыкании их токоведущих частей на корпус. Если корпус при этом не имеет контакта с землей, прикосновение к нему есть так же опасно, как и прикосновение к фазе. Если же корпус заземлен, он окажется под напряжением Uз = ИзRз, а человек, касается до этого корпуса, попадает под напряжение прикосновения Uдот = Uзα1α2. Ток через человека при этом определится из выражения:

По выражению 4.50 видно: что ниже rз и α1, тем меньше ток проходит сквозь человека, стоящего на земле и касается корпуса оборудования. Таким образом, безопасность обеспечивается путем заземления корпуса заземлителем, который имеет малое сопротивление заземления Rз и малый коэффициент напряжения прикосновения α1 (рис. 4.17). Из схемы замещения круга однофазного тока замыкания видно, что опоры тела человека и заземлителя параллельны.

Поэтому большая часть тока замыкания на землю пройдет через заземлитель (rз = 4 Ом), и только незначительная часть - через тело человека (сопротивление тела человека даже в худших условиях составляет Rh = 1000 Ом).

В этом заключается сущность применения защитного заземления.

Защитное заземление может быть эффективным в том случае, когда ток замыкания на землю не увеличивается с уменьшением сопротивления заземления. Это возможно в сетях с изолированной нейтралью, где при замыкании на землю или на заземленный корпус ток не зависит от проводимости (или сопротивления) заземления, а также в сетях напряжением выше 1000 В с заземленной нейтралью. В последнем случае замыкания на землю является коротким замыканием, при этом срабатывает максимальная токовая защита. В сети с заземленной нейтралью напряжением до 1000 В заземление неэффективно, так как даже при глухом замыкании на землю ток зависит от сопротивления заземления и с уменьшением последнего ток возрастает.

Зоны применения защитного заземления:

• с напряжением сети до 1000 В переменного тока - три фазы трипроводови с изолированной нейтралью; однофазному двопроводови, изолированные от земли, а также постоянного тока двопроводови с изолированной средней точкой обмоток источника тока;

• с напряжением сети более 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтральной или средней точкой обмоток источников тока.

Защитном заземлению подлежит оборудование:

• в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных, а также в наружных установках заземление является обязательным при номинальном напряжении электроустановки выше 42 В переменного тока и более 110 В постоянного тока;

• в помещениях без повышенной опасности заземление является обязательным при напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока;

• во взрывоопасных помещениях заземление выполняется независимо от значения напряжения.

Заземляющего устройства состоит из заземлителей и соединительной полосы. Различают заземлители искусственные, предназначенные исключительно для целей заземления, и естественные (металлические конструкции и коммуникации другого назначения, находящихся в земле). Как искусственные заземлители используют стальные трубы диаметром 33-50 мм и угловую сталь (40x40 ... 60x60 мм) с толщиной стенок не менее 3,5 мм (для сварки) и длиной 2,5-3 м; Прутков сталь диаметром не менее 10 мм (длиной до 10 м); стальные шины сечением не менее 100 мм ^2. Вертикальные заземлители соединяют в контур полосой из стали сечением не менее 4x12 мм или круглого сечения диаметром не менее 6 мм с помощью сварки.

В качестве естественных заземлителей можно использовать: металлические конструкции и арматуру железобетонных конструкций зданий и сооружений, соединенные с землей; проложенные в земле водопроводные трубы и свинцовые оболочки кабелей! обсадные трубы артезианских колодцев и скважин. При этом запрещается использовать в качестве естественных заземлителей трубопроводы с пожаровзрывоопасными жидкостями и газами, алюминиевые оболочки кабелей и алюминиевые проводники.

Заземляющим устройством называется совокупность заземлителей - проводников (электродов), соединенных между собой, если они находятся в непосредственном контакте с землей, и заземляющих проводников, которые сочетают заземляющие части электроустановки с заземлителем.

В зависимости от места размещения заземлителя по заземлюваних оборудования различают два типа заземляющих устройств: выносные и контурные.

Соответственно, и заземлителей бывают двух типов - выносные и контурные. Преимуществом выносного заземляющего устройства является возможность выбора места размещения электродов заземления с наименьшим сопротивлением грунта (сырой, глинистый, в низинах и т.п.). Здесь заземлены корпуса находятся вне поля растекания, то есть выносное заземление защищает только за счет малого сопротивления заземления.

Контурный заземляющего устройства характеризуется тем, что электроды его размещаются по контуру (периметру) плоскости, на которой расположен заземляющего оборудования, а также внутри этой плоскости. Здесь любая точка поверхности почвы внутри контура имеет значительный потенциал. В результате разность потенциалов между точками, находящиеся внутри контура, снижена, и коэффициент прикосновения а намного меньше единицы. Ток через человека, касается корпуса, также меньше, чем при выносном заземлении.

Иногда при выполнении контурного заземления внутри контура прокладывают горизонтальные полосы, дополнительно выравнивают внутренние потенциалы контура (заземлитель в виде сетки). Внутри помещений выравнивание потенциала происходит естественным путем за счет наличия металлических конструкций, трубопроводов, кабелей и подобных им ведущих предметов, связанных с разветвленной сетью заземления. Чтобы уменьшить напряжение шага за пределами контура, вдоль проходов и проездов в грунт закладывают специальные шины.

В домах прокладывают магистраль заземления (внутри дома вдоль стен), к которой присоединяют параллельно провода заземляющих от корпусов электрооборудования, подлежащего заземлению (последовательное включение заземляющего оборудования не допускается). При этом присоединение заземляющей магистрали к заземлителю (искусственного или естественного) выполняется в двух местах. Соединение заземляющих проводников между собой, а также с заземлителями и конструкциями, заземляемые выполняется, как правило, сваркой, а с корпусами аппаратов, машин и другого оборудования - сваркой или с помощью болтов.

Для связи вертикальных электродов и как самостоятельный горизонтальный электрод применяется полосовая сталь сечением 4x12 мм. Для установки вертикальных заземлителей предварительно роют траншею глубиной 0,7-0,8 м, после чего забивают трубы или уголки с помощью механизмов. Верхние концы заглубленных в землю вертикальных электродов соединяют стальной полосой при помощи сварки. В таких же траншеях прокладывают горизонтальные электроды (на ребро для лучшего контакта с землей).

Как уже отмечалось, заземление должно обеспечивать безопасность при прикосновении к нетоковедущих частей, которые случайно оказались под напряжением, и при воздействии напряжения шага, поэтому нормированию подлежат наибольшее напряжение прикосновения внутри контура, наибольшее напряжение шага и напряжение относительно земли. Указание этих величин не имеют быть больше, чем продолжалось допустимые:

где Uдот.т.д - наибольшее напряжение прикосновения длительно допустимая; Uк.т.д - наибольшее напряжение шага длительно допустимая.

Исходя из приведенных условий, можно нормировать сопротивление заземления rз и коэффициенты напряжения прикосновения α1 и шага β1 с учетом тока замыкания на землю С в этой электроустановке. Расчетный ток замыкания на землю - это наибольший возможный в такой электроустановке ток замыкания на землю. В сетях напряжением до 1000 В ток однофазного замыкания на землю не превышает 10 А. В электроустановках напряжением выше 1000 В с изолированной нейтралью расчетный ток С можно определить по выражению

где Uф - фазное напряжение сети, кВ; Ик и Ип - общая длина подключенных к сети кабельных и воздушных линий, км.

ПУЭ и ГОСТ 12.1.030-81 нормируют опоры заземления в зависимости от напряжения электроустановки. В электроустановках напряжением до 1000 В сопротивление заземления должно быть не выше 4 или 10 Ом (если суммарная мощность источников - трансформаторов и генераторов, подключенных к сети, - не превышает 100 кВ * А). В электроустановках напряжением выше 1000 В с большими (более 500 А) токами и замыканием на землю (распределение устройств и сети с заземленной нейтралью напряжением 110 кВ и выше) сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 0,5 Ом. В электроустановках напряжением выше 1000 В с малым (менее 600 А) током замыкания на землю (сети с изолированной нейтралью напряжением 3, 6,10, 20, 35 кВ) допускается сопротивление заземления:

но не более 10 Ом (здесь допускается напряжение относительно земли до 250 В). Если заземляющее устройство заземляющего используется одновременно для электроустановок напряжением до 1000 В и выше, сопротивление заземления:

но не выше нормы для электроустановки напряжением до 1000 В (4 или 10 Ом).

Контроль заземления осуществляется осмотром и измерением сопротивления заземлителей. Внешний осмотр следует проводить не реже одного раза в шесть месяцев, а в помещениях с повышенной опасностью и особо опасных - один раз в три месяца. Измерение сопротивления заземления проводится не реже одного раза в год, а также после капитального ремонта и длительного простоя установки.

Расчет защитного заземления имеет целью определить основные параметры заземления: количество, размеры и размещение одиночных заземлителей и заземляющих проводников, при которых напряжения прикосновения и шага в период замыкания фазы на заземленный корпус не превышают допустимых значений. При этом расчет выполняют обычно для случаев размещения заземлителя в однородной земле (способ коэффициентов использования).

Зануление. Зануленнням называется преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Нулевой защитный проводник - это проводник, соединяющий занулювани части с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока или ее эквивалентом.

Зануление применяется в чотирипроводових сетях напряжением до 1000 В с заземленной нейтралью. С целью уменьшения продолжительности режима замыкания на корпус прокладывается нулевой провод, соединяется с заземленной нейтралью источника и повторных заземлений. При занулении корпуса электрооборудования соединяются не с заземлителями, а с нулевым проводом (см. Рис. 4.17).

Зануление превращает замыкание на корпус в однофазного короткого замыкания, в результате чего срабатывает максимальная токовая защита и селективно отключает поврежденный участок сети. Кроме того, зануление снижает потенциалы корпусов, появляющиеся в момент замыкания на землю (на время, пока не срабатывает аппарат, отключающий - предохранители или автомат). При замыкании на заиленный корпус ток короткого замыкания проходит через следующие участки цепи (круг зануления имеет очень малое сопротивление - доли Ом): обмотки трансформатора, а также фазовый и нулевой провод. Значение тока определяется фазным напряжением £ / ф и полным сопротивлением цепи короткого замыкания: