книги / Промывочные жидкости и тампонажные смеси

Р,=--° , х(х+а)

где х—расстояниеотцентразаземлителя, м.

При х —>°о (практически при х> 20 м) £/ш= 0 и р,= 0. Этотже результат получим и вблизи заземлителя, если а = 0, т. е. когда ступни ногчеловеканаходятсярядом или наодной эквипотенци­ альной линии, а следовательно, наодинаковом расстоянии отза­ землителя(точки сиdnaрис. П.27).

При наименьшем значении х(х =г), т.е. когда человек одной ногой стоитназаземлителе, а другой —нарасстоянии г+ аотего центра, наблюдаютсямаксимальныезначения Umи Д

ит I =Фз-

В практике устройства защитных заземлений особый интерес представляютмаксимальныезначенияшаговых напряжений.

Для одиночного стержневого вертикального заземлителя £/Ш1Ш*можнонайти, вычитая(П.5) из(П.6). При этом в (П.5) надо

заменитьхнааи дляупрощенияпринятьа2+ 12=12\а2« I 2

иш гш!£.ы‘- 2Ш ,

соответственно

1пя-1пг ,тах Ф, In2/-Inг

Дляпротяженногозаземлителя круглого сечения,лежащегона поверхности земли

вдольоси

итт.ш!£.1„4; штах 2п1 г2

поперекоси

i = APin«.

Til Г

Напряжение шага при групповом заземлителе. В пределах площа­ ди, на которой размещены электроды группового заземлителя,

напряжение шага меньше, чем при одиночном заземлителе, но

такжеизменяетсяотнекоторого максимальногозначениядонуля при удалении отэлектродов(рис. П.28).

Рис.П.28.Напряжение шага при групповом заземлителе

Наибольшее напряжение наблюдается, как и при одиночном заземлителе, в начале потенциальной кривой, т. е. когдачеловек одной ногой стоитнепосредственно наэлектроде(или научастке земли, под которым зарыт электрод), адругой —на расстоянии шагаотнего (положенияАи D нарис. П.28).

Наименьшее напряжение шага соответствует случаю, когда человек стоит на «точках» с одинаковыми потенциалами (поло­ жение С);в этом случае иш=0.

Проверим эти утверждения на примере группового заземлителя, состоящегоиздвух одиночныхполушаровых электродов (рис. П.28). Зная уравнение потенциальной кривой, напишем уравне­ ниедлявычисления иш

Um= <РХ~<Pt+e = Фгрг(5- Г)( 1	/ ----- -	] •
yx(s-x)	(x+a)(s-x-a))

Анализ уравнения показывает, что {/шпшбудет при наимень­ шем и наибольшем значениях х,т.е. при х=г и х =s- (г+ а):

Наименьшее 11ш=0 отмечается при х=s/2—а/2. С уменьше­ нием sснижаетсяи 1/ш.

Напряжение шага с учетом падения напряжения в сопротивлении ос­ нования, на котором стоит человек. Каки в случаенапряжения при­ косновения, разность потенциалов между двумя точками, на ко­ торых стоитчеловек,

Цн=Фх-ф,+в=Ф,Р.

делится между сопротивлением тела человека и последовательно соединенным с ним сопротивлением растеканию токаоснования, на котором онстоит, R . Вданном случае сопротивление осно­ ванияскладываетсяиздвух последовательно соединенных сопротйвлений растеканию токас ногчеловека: R'^ =2 RH(рис. П.29).

Ф

Рис.П.29.Копределениюнапряжения шагасучетом падения напряжения всопротивлении растеканиютокас ногчеловека

/—потенциальная кривая;2—кривая,характеризующая изменение Umс изме­ нением расстояния отзаземлителя

Следовательно,

Ф1Р1=/л(Ла+/?’0СН) = -^(/?л+2/?н), Kh

откуданаходим напряжениешага:

иш=фД Я* *л+2К'

ИЛИ

</Ш=Ф,Р,Р2,

где Р2—коэффициент напряжения шага, учитывающий падение

напряжения в сопротивлении растеканию токаоснования, нако­ тором стоитчеловек:

Р2=ЯЛ+2ЯИ (П.46)

или с учетом (П.44):

Ктеме8.Защитноезаземление

Общие положения. Защитноезаземление —преднамеренноеэлек­ трическое соединение с землей или ее эквивалентом металличе­ ских нетоковедущих частей, которыемогут оказатьсяпод напряже­ нием вследствиезамыканиянакорпуси по другим причинам (ин­ дуктивное влияние соседних токоведущих частей, вынос потен­ циала, разряд молнии и т.п.). Эквивалентом земли можетбыть вода реки или моря, каменный уголь в карьерном залегании и т.п.

Назначениезащитного заземления —устранение опасности по­ ражения током в случае прикосновения к корпусу электро­ установки и другим нетоковедущим металлическим частям, ока­ завшимсяпод напряжением вследствиезамыканиянакорпуси по другим причинам.

Защитное заземление следует отличатьотрабочего и заземле­ ниямолниезащиты.

Рабочее заземление —преднамеренноесоединениес землей от­ дельных точекэлектрической цепи, напримернейтральных точек обмоток генераторов, силовых и измерительных трансформато­ ров, дугогасящихаппаратов, реакторовпоперечной компенсации вдальнихлинияхэлектропередачи, а такжефазы при использова­ нии земли в качествефазногоили обратногопровода. Рабочееза­ земление предназначено для обеспечения надлежащей работы электроустановки в нормальных или аварийныхусловиях и осу­ ществляется непосредственно (т. е. путем соединения проводни­ ком заземляемых частей с заземлителем) или через специальные аппараты —пробивные предохранители, разрядники, резисторы и т.п.

Заземление молниезащиты —преднамеренное соединение с землей молниеприемникови разрядниковдляотводаотних токов молнии в землю.

Принцип действиязащитного заземления —снижениедобезо­ пасных значений напряжений прикосновения и шага, обуслов­ ленных замыканием на корпус и другими причинами. Это до­ стигается уменьшением потенциалазаземленногооборудования (сопротивления заземлителя), а также выравниванием потен­ циалов основания, на котором стоит человек, и заземленного оборудования (подъемом потенциала основания, на котором стоит человек, до значения, близкого к значению потенциала заземленногооборудования).

Рис.П.ЗО.Принципиальныесхемызащитногозаземления всетяхтрехфазноготока о-всетис изолированной нейтральюдо 1000 В; б-всетисзаземленной ней­ тральювыше 1000 В; 1- заземленноеоборудование;2—заземлительзащитногоза­ земления;3- заземлительрабочегозаземления;г0, г, - сопротивлениярабочего изащитногозаземлений

Областьприменениязащитногозаземления: 1) сетей напряже­ нием до 1000 В переменного тока: трехфазныхтрехпроводных с изолированной нейтралью; однофазных двухпроводных, изоли­ рованных от земли, а также постоянного тока двухпроводных с изолированной средней точкой обмотокисточникатока; 2)сетей напряжением выше 1000 В переменного и постоянноготокаслю­ бым режимом нейтральной или средней точки обмотокисточни­ ковтока(рис. П.ЗО).

Типы заземляющих устройств. Заземляющим устройством называ­ етсясовокупностьзаземлителя (проводников(электродов), соеди­ ненных между собой и находящихся в непосредственном сопри­ косновении сземлей) и заземляющих проводников, соединяющих заземляемыечасти электроустановки с заземлителем.

В зависимости отместаразмещениязаземлителяотносительно заземляемого оборудования различают два типа заземляющих устройств: выносноеи контурное.

Выносное заземляющее устройство (рис. П.31) характеризуется тем, что его заземлитель вынесен за пределы площадки, на ко­ торой размещенозаземляемоеоборудование, или сосредоточен на некоторой части этой площадки. Поэтому выносноезаземляющее устройство называюттакжесосредоточенным.

Рис.П.31.Выносноезаземляющееустройство /—заземлитель;2-заземляющие проводники (магистрали); 3- заземляемоеоборудование

Существенный недостаток выносногозаземляющегоустройст­ ва —отдаленность заземлителя от защищаемого оборудования, вследствиечего навсей или начасти защищаемой территории ко­ эффициентприкосновенияа, = 1. Поэтомузаземляющиеустрой­ ства этого типа применяются лишь при малых токах замыкания на землю, в частности в установках до 1000 В, где потенциал за­ землителя непревышаетзначениядопустимогонапряжения при­ косновения Unpдоп(с учетом коэффициента напряжения прикос­ новенияа2,учитывающего падение напряжения в сопротивлении растеканию токаоснования, накотором стоитчеловек):

а2

Кроме того, при большом расстоянии до заземлителя может значительно возрасти сопротивление заземляющего устройства в целом засчетсопротивления соединительного, т. е. заземляюще­ го, проводника.

Достоинством выносного заземляющего устройства является возможность выбораместаразмещения электродовзаземлителя с наименьшим сопротивлением грунта (сырое, глинистое, в низи­ нах и т.п.).

Необходимость в устройстве выносного заземления может возникнутьпри невозможности по каким-либопричинам размес­ тить заземлитель на защищаемой территории; при высоком со­ противлении земли на данной территории (например, песчаный или скалистый грунт) и наличии внеэтой территории местсо зна­ чительно лучшей проводимостью земли; при рассредоточенном

расположении заземляемого оборудования (например, в горных выработках) и т.п.

Контурное заземляющее устройство характеризуется тем, что электроды его заземлителя размещаются по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а такжевнутри этой площадки. Часто электроды распределяютсяна площадке по возможности равномерно, поэтому контурное за­ земляющееустройство называетсятакжераспределенным.

Безопасность при распределенном заземляющем устройстве может быть обеспечена не только уменьшением потенциала за­ землителя, нои выравниванием потенциаланазащищаемой тер­ ритории до такого значения, чтобы максимальные напряжения прикосновения и шага не превышали допустимых. Это дости­ гается путем соответствующего размещения одиночныхзаземлителей назащищаемой территории.

Рис.П.32.Контурноезаземляющееустройство

Нарис. П.32 показанораспределениепотенциалав моментза­ мыкания фазы на заземленный корпус на открытой подстанции,

имеющей контурное заземляющее устройство. Как видно из ри­ сунка, изменение потенциала в пределах площадки, на которой размещены электроды заземлителя, происходитплавно; при этом напряжения прикосновения £/при шага Umимеютнебольшиезна­ чения по сравнению с потенциалом заземлителя <р,. Однако за пределами контурапо его краям наблюдаетсякрутой спад <р.

Выполнение заземляющих устройств. Различаютзаземлители ис­ кусственные, предназначенныеисключительнодлязаземления, и естественные —находящиеся в земле металлические предметы иного назначения.

Для искусственных заземлителей применяют обычно верти­ кальные и горизонтальные электроды. В качестве вертикальных электродов используют стальные трубы диаметром 5-6 см со стенкой толщиной не менее 3,5 мм и угловую сталь с полками толщиной не менее 4 мм (обычно это угловая стальразмером от 40 х 40 до60 х 60 мм)отрезками длиной2,5—3,0 м. Широкоепри­ менение находит также прутковая сталь диаметром не менее 10 мм,длиной до 10 м и более.Длясвязи вертикальных электродови в качестве самостоятельного горизонтального электрода приме­ няютполосовую стальсечением не менее4 х 12 мм и сталькруг­ лого сечениядиаметром неменее6 мм.

Размещаютэлектроды в соответствии спроектом. Заземлители неследуетустанавливатьвблизи горячих трубопроводови других объектов, вызывающих высыхание почвы, а также в местах, где возможна пропитка грунта нефтью, маслами и тому подобными веществами, посколькусопротивлениегрунтарезковозрастает.

В случае опасности усиленной коррозии заземлителей необ­ ходимо применять электроды увеличенного сечения либо оцин­ кованные или омедненные. В некоторых (довольно редких) слу­ чаях целесообразно выполнить электрическую защиту заземли­ телей откоррозии.

Для установки вертикальных заземлителей предварительно роюттраншею глубиной 0,7—0,8 м, затем трубы или уголки за­ глубляют копрами, гидропрессами и т. п. (рис. П.ЗЗ). Стальные стержни диаметром 10—12 мм длиной4—4,5 м ввертываютв зем­ лю с помощью специальных приспособлений, а более длинные заглубляютвибраторами.

Рис.П.ЗЗ.Установкастержневогоэлектрода втраншее

Верхние концы погруженных в землю вертикальных элек­ тродовсоединяютстальной полосой спомощью сварки. При этом полосу устанавливаютнаребро, поскольку в таком положении ее удобнееприваритьквертикальным электродам.

Вкачестве естественных заземлителей могут использоваться: проложенные в земле водопроводныеи другиеметаллическиетру­ бы (за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывоопасных газов); обсадные трубы артезианских колод­ цев, скважин, шурфов и т.п.; металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, имеющие соединения с зем­ лей; свинцовыеоболочки кабелей, проложенных в земле; металли­ ческиешпунты гидротехническихсооружений и т.п.

Вкачестве естественных заземлителей подстанций и распре­ делительных устройств (РУ) рекомендуется использовать заземлители опор отходящих воздушных линий электропередачи, соединенные с помощью грозозащитных тросов линий с зазем­ ляющим устройством подстанции или РУ.

Расчет защитного заземления. Цель расчета —определить ос­ новныепараметры заземления —количество, размеры и порядок

размещения одиночных заземлителей и заземляющих провод­ ников, при которых напряженияприкосновения и шагав период замыкания фазы назаземленный корпусне превышаютдопусти­ мых значений. При этом расчетпроизводитсяобычнодляслучаев размещения заземлителя в однородной земле. В последние годы разработаны и начали применяться инженерныеспособы расчета заземлителей в многослойном грунте.