PRAKTIKUM_BZhD-k_izdaniyu

оборудования из-за повреждения изоляции являются защитное заземление и зануление.

Защитное заземление. Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя, заземляющей магистрали и заземляющих проводников.

Заземлителем называется проводник (электрод) или совокупность металлически соединенных между собой проводников (электродов), находящихся в соприкосновении с землей.

Защитное заземление применяют в сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и в сетях напряжением свыше 1000 В как с изолированной, так и с заземленной нейтралью

В зависимости от места размещения заземлителя относительно заземляемого оборудования различают два типа заземляющих устройств: выносное и контурное.

Выносное заземляющее устройство характеризуется тем, что его заземлитель вынесен за пределы площадки, на которой размещено заземляемое оборудование.

Выносное заземляющее устройство применяется в том случае, если нет высоковольтных потребителей, а низковольтные потребители имеют малую мощность. Обычно его применяют при высоком сопротивлении земли на защищаемой территории (например, песчаный или скалистый грунт) и наличии вне этой территории мест со значительно лучшей проводимостью земли.

Выносное заземление обеспечивает защиту человека путем снижения потенциала корпуса до величины

Uз = Iзrз,

где Iз – ток замыкания через заземлитель, rз – сопротивление защитного заземления, Ом.

Ток через человека, прикоснувшегося к заземленному корпусу при пробое изоляции, является функцией тока замыкания через

заземлитель и определяется по формуле:
Ih = Iз	rз	α ,	(9.12)
	Rch

где Rсh – сопротивление цепи «человек – земля».

Поскольку коэффициент α у выносных заземлений обычно равен единице, выносные заземления защищают только благодаря малому

значению rз при условии малых токов замыкания (не более 10 А), которые имеют место в сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью. При мощности сети свыше 100 кВт допустимое значение сопротивления защитного заземления rЗ ≤ 4 Ом. В этом случае выносное заземление обеспечивает в самом неблагоприятном случае замыкания малое напряжение U3 на корпусе:

Uз = Iз·rз = 10 4 = 40 В

Чаще применяется контурное заземление (рис.1), при этом заземляющий контур размещается по внешнему периметру распределительных устройств (РУ) 0,4 или 6 кВ, 10 кВ. Если отсутствует РУ–6 кВ или РУ–10 кВ, то заземляющий контур охватывает РУ–0,4 кВ, питающего низковольтные потребители. От выполненного заземляющего контура идет заземляющая магистраль, которая прокладывается по внутренний стенам помещения, где расположены потребители. Все подлежащие заземлению металлические части этих потребителей и устройств их управления посредством заземляющих проводников присоединяются к заземляющей магистрали.

Рис. 9.4. Схема заземления: а – электроустановки; б – группы электроустановок; 1 – электроустановка; 2 – соединительная полоса; 3 – вертикальный заземлитель; 4 – видимый контур заземления; 5 – соединитель видимого контура

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

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) рекомендуют для заземления электроустановок в первую очередь использовать естественные заземлители: проложенные в земле металлические

трубопроводы (за исключением трубопроводов горючих жидкостей, горючих или взрывчатых газов и смесей); обсадные трубы скважин; металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, находящиеся в соприкосновении с землей; металлические части гидротехнических сооружений; свинцовые оболочки проложенных в земле кабелей и другие подобные элементы.

Для искусственных заземлителей применяются вертикальные и горизонтальные электроды. В качестве вертикальных электродов используются стальные трубы с толщиной стенки не менее 3,5 мм и уголковая сталь с толщиной полок не менее 4 мм, длиной 2,0...3 м. Широко применяется также прутковая сталь диаметром не менее 10 мм длиной до 10 м.

Для установки вертикальных заземлителей на расстоянии 2...3 м от стены здания роют траншею глубиной 0,7...0,9 м и в дно траншеи забивают либо вворачивают электроды. Верхние концы их соединяют стальной полосой сечением не менее 48 мм2 с помощью сварки. Засыпка траншей производится землей, очищенной от щебня и строительного мусора, с последующей трамбовкой.

Горизонтальные электроды выполняются из стальных полос сечением не менее 48 мм2, соединяющих вертикальные электроды по периметру, а также используемых в качестве горизонтальных уравнивающих потенциалы заземлителей (рисунок 3,а), последние необходимы в системах высокого напряжения. В качестве заземляющих проводников, предназначенных для соединения заземляемых частей с заземлителями, применяется полосовая сталь либо сталь круглого сечения (сечение не менее 24 мм2). Соединения заземляющих проводников между собой, а также с заземлителями и заземляющими конструкциями выполняются сваркой, а с корпусами аппаратов, машин и другого оборудования – сваркой или с помощью болтов. Присоединение заземляющей магистрали к заземлителю выполняется в двух местах.

Прокладка заземляющих магистралей и проводников производится открыто по конструкциям зданий, в том числе и по стенам.

Сопротивления заземления, согласно ПУЭ, нормируются в зависимости от напряжения электроустановки. В электроустановках напряжением до 1000 В сопротивление заземления должно быть не выше 4 Ом. Если же суммарная мощность источников

(трансформаторов, генераторов), подключенных к сети, не превышает 100 кВА, сопротивление должно быть не больше 10 Ом. В электроустановках напряжением выше 1000 В с малым током замыкания (менее 500 А), допускается сопротивление заземления не более 10 Ом, а с большим (более 500 А) - не выше 0,5 Ом.

Расчет защитного заземления. Цель расчета заземления -

определить число и длину вертикальных элементов (стержней), длину горизонтальных элементов (соединительных полос) и разместить заземлители на плане электроустановки исходя из значений допустимых сопротивления и максимального потенциала заземлителя.

Расчет проводится в следующем порядке:

1.Определяют норму сопротивления заземления Rн (по ПУЭ) в зависимости от напряжения, режима работы нейтрали, мощности и других данных электроустановки.

2.Определяют расчетное удельное сопротивление грунта с

учетом климатического коэффициента ρрасч = ρтаблψ где ρтабл - удельное сопротивление грунта по табл. 9.1; ψ - климатический коэффициент по табл. 9.2.

Таблица 9.1 Значения удельных сопротивлений грунтов при влажности 10...12 % к

массе грунта

Грунт	Удельное сопротивление,	Грунт	Удельное сопротивление,
	Ом·м		Ом·м
Глина	40	Супесок	300
Суглинок	100	Песок	700
Чернозем	200	Скалистый	2000

Таблица 9.2 Значения климатических коэффициентов и признаки зон

	Тип заземлителя	Климатические зоны
		I	II	III	IV
	Вертикальные стержни длиной lс = 2...3				1,2...1,
	м	1,8…2,0	1,6...1,8	1,4...1,6
					4
	при глубине заложения Н0 = 0,5…0,8 м
	Горизонтальные полосовые заземлители	4,5…7,0	3,5...4,5	2,0 - 3,5	1,5 -
	при глубине заложения Н0 = 0,8 м				2,0
	Признаки климатических зон
	Средняя температура января, °С	-20….-15	-14...-10	-10...0	0...5
	Средняя температура июля, °С	16….18	18...22	22...24	24...28

3. Определяют сопротивление одиночного вертикального заземлителя Rc с учетом удельного сопротивления грунта:

ρрасчс

2l

с

1

4Н + l

с

Rс =

+

ln

,

(9.13)

2π

ln

d

2

lс

4Н − lс

где d - диаметр стержня, м; Н - расстояние от середины электрода до поверхности грунта, м; lc -длина стержня.

Таблица 9.3 Коэффициенты использования ηс вертикальных заземлителей

Отношение расстояния между			Число заземлителей п
заземлителями к их длине	2	4	6	10	20	40	60	100
Заземлители располагаются в ряд
1	0,85	0,73	0,65	0,59	0,48	-	-	-
2	0,91	0,83	0,77	0,74	0,67	-	-	-
Заземлители располагаются по контуру
1	-	0,69	0,61	0,55	0,47	0,41	0,39	0,36
2	-	0,78	0,73	0,68	0,63	0,58	0,55	0,52
3	-	0,85	0,80	0,76	0,71	0,66	0,64	0,62

4. Учитывая норму сопротивления заземления Rн, определяют число вертикальных заземлителей без учета взаимного

экранирования:
n = Rс / Rн .	(9.14)

5. Разместив заземлители на плане и задавшись отношением η расстояния между одиночными заземлителями S к их длине lc,

определяют с учетом коэффициента использования вертикальных стержней (табл. 9.3) окончательно их число nl = n/ηс и сопротивление заземлителей - без учета соединительной полосы Rcc = Rc /(n1ηс).

6. Определяют сопротивление соединительной полосы:

	ρрасчп			2l 2
Rп =				п		(9.15)
	2π		ln	bH1	,
		lп

где lп - длина соединительной полосы; b, Н1 - ширина и глубина заложения полосы.

С учетом коэффициента использования полосы ηп (табл. 4)

уточняют Rď = Rď /	ď .
′	η
7. Определяют общее сопротивление заземляющего устройства
и соединявшей полосы:

	R	сс	R′
R =			п	(9.16)
	R		+ R′
	сс		п

и проверяют, соответствует ли оно нормативному значению Rн.

Таблица 9.4 Коэффициенты использования ηп горизонтальной полосы,

соединяющей вертикальные заземлители

Отношение расстояния	между	Число вертикальных заземлителей п
заземлителями к их длине		2		4	6	10	20	40	60	100
Вертикальные заземлители располагаются в ряд
1		0,85	0,77		0,72	0,62	0,42	-	-	-
2		0,94	0,89		0,84	0,75	0,56	-	-	-
Вертикальные заземлители располагаются по контуру
1		-	0,45		0,40	0,34	0,27	0,22	0,20	0,19
2		-	0,55		0,48	0,40	0,32	0,29	0,27	0,23
3		-	0,70		0,64	0,56	0,45	0,39	0,36	0,33

9.2. Задачи для самостоятельного решения

Задача 9.2.1 Для электропитания жилых и общественных зданий, как

правило, используются четырехпроводные сети с заземленной нейтралью и фазным напряжением UФ = 220 В. При случайном

прикосновении к фазному проводу с нарушенной изоляцией или токоведущим частям бытовых электроприборов электрическая цепь будет проходить через тело человека, имеющее сопротивление 1 кОм. Определите величину тока Ih , проходящего через человека и оцените его опасность (исход электротравмы), сравнив его с пороговыми значениями токов, приведенных в таблице. Сопротивление заземления нейтрали r0 = 4 Ома.

Задача 9.2.2 В сети с глухозаземленной нейтралью напряжением 220/380 В,

имеющей устройство защитного отключения с порогом срабатывания по току утечки 30 мА, человек прикоснулся к фазному проводу. Каким должно быть время срабатывания УЗО для обеспечения электробезопасности?

Указание: сопротивление тела человека принять равным 1 кОм.

Задача 9.2.3 Рассчитать ток, проходящий через человека при прикосновении

к корпусу, оказавшемся под напряжением 220 В в помещениях различной категории электроопасности: особо опасных, повышенной электроопасности и без повышенной электроопасности (соответственно Rch = 1; 4; 40 кОм), при наличии выносного заземления с сопротивлением 4 Ома, 7 Ом, 10 Ом, 20 Ом и его отсутствии. Построить графики зависимости тока, проходящего от человека, от сопротивления защитного заземления для различных помещений. Выделить на графиках границы зон тока ощущения, неотпускающего тока, тока фибрилляции.

Задача 9.2.4
На	территории
промышленного
предприятия в	земле	на
небольшой	глубине
находится металлический
предмет в форме шара (см.
рис. 4.4). Предложено
использовать	его	в	Рис. 9.5. К задаче 9.2.4

качестве естественного заземлителя в системе защитного заземления предприятия. Оцените безопасность нахождения людей в непосредственной близости от участка расположения указанного естественного заземлителя.

Глубина погружения шара в землю t = 4 м; наибольшее значение тока Iз = 60 А; расчетное удельное сопротивление земли ρ = 80 Ом·м; минимально возможное (по производственным условиям) расстояние от точки А до человека L = 1,8 м; длина шага человека а = 0,8 м.

Указание: требуется рассчитать значение напряжения шага Uш для человека, идущего по земле к точке А – месту входа провода в землю (см. рис. 4.1), а также потенциал заземлителя ϕз в период стекания с него в землю тока Iз. Принять, что ток Iз идет к рассматриваемому заземлителю через слой земли толщиной t по изолированному проводу; заземлитель имеет форму шара радиусом r = 0,4 м; сопротивление растекания тока с основания, на котором стоит человек, равно нулю.

Задача 9.2.4а Решить предыдущую задачу для тех же условий, с той разницей,

что в качестве заземлителя предложено использовать вбитый в землю металлический стержень длиной 60 см и диаметром 6 см.

Задача 9.2.5 В сети с изолированной нейтралью напряжением 220/380 В

произошел пробой фазы на корпус. Найти напряжение прикосновения, если оборудование подключено к контурному заземлителю сопротивлением 10 Ом, а сопротивление изоляции каждой из неповрежденных фаз равно 1 МОм.

Задание 9.2.6. Спроектировать защитное заземление оборудования лаборатории (ЛАБ) или понижающей подстанции (ПП) 6/0,4 кВ, от которой питается лаборатория. Заземляющее устройство заглублено: Н0 = 0,5...0,8 м. Для вертикальных заземлителей длиной lс = 2,0...3,5 м использовать стальные трубы диаметром не менее 25 мм или уголок с полкой не менее 25 мм. Для соединительной полосы использовать стальную шину сечением 40×4 мм.

Таблица 9.5

Варианты заданий к практической работе по теме «Расчет защитного заземления»

		Параметры трансформатора				Расположен
№				Климати		ие
	Объект	Мощност	Соединение		Грунт	вертикальны
вар	защиты			ческая		х
.		ь, кВА	обмоток	зона		заземлителе
						й
1	ПП	160	Y/∆н	I	Песок	По контуру
2	ЛАБ	63	Y/∆н	II	Глина	Вряд
3	ЛАБ	160	∆/∆н	I	Суглинок	В ряд
4	ПП	630	Y/∆н	IV	Супесок	По контуру
5	ЛАБ	400	∆/∆н	III	Глина	Вряд
6	ЛАБ	160	∆/∆н	I	Глина	В ряд
7	ПП	630	Y/∆н	III	Песок	По контуру
8	ПП	400	Y/∆н	II	Глина	По контуру
9	ЛАБ	250	Y/∆н	II	Глина	В ряд
10	ЛАБ	63	∆/∆н	IV	Чернозем	В ряд
11	ЛАБ	630	∆/∆н	III	Чернозем	В ряд
12	ЛАБ	300	∆/∆н	IV	Супесок	Вряд
13	ЛАБ	100	∆/∆н	III	Чернозем	Вряд
14	ПП	400	Y/∆н	II	Супесок	По контуру
15	ПП	1000	Y/∆н	II	Суглинок	По контуру
16	ЛАБ	630	∆/∆н	I	Глина	В ряд
17	ПП	40	∆/∆н	III	Чернозем	По контуру
18	ПП	1000	Y/∆н	IV	Суглинок	По контуру
19	ЛАБ	63	Y/∆н	I	Песок	Вряд
20	ПП	630	Y/∆н	IV	Песок	По контуру
21	ПП	630	Y/∆н	I	Супесок	По контуру
22	ЛАБ	250	∆/∆н	IV	Песок	Вряд
23	ПП	100	∆/∆н	IV	Чернозем	По контуру
24	ПП	160	Y/∆н	II	Глина	По контуру
25	ЛАБ	40	∆/∆н	I	Суглинок	В ряд
26	ПП	300	Y/∆н	II	Супесок	По контуру
27	ЛАБ	100	∆/∆н	III	Суглинок	В ряд
28	ПП	400	Y/∆н	III	Суглинок	По контуру
20	ЛАБ	400	∆/∆н	II	Суглинок	В ряд
30	ПП	160	Y/∆н	II	Супесок	По контуру

Порядок выполнения работы

Ознакомиться с методикой расчета Выбрать и записать в отчет исходные данные варианта (табл.

9.5)

Рассчитать параметры защитного заземления. Построить схему расположения заземлителей.

Защитное зануление. Занулением называется преднамеренное электрическое соединение металлических частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением, с глухозаземленной нейтралью источника питания посредством нулевых защитных проводников.

В электроустановках напряжением до 1000 В с глухозаземленной нейтралью источника питания, основной мерой защиты от поражений электрическим током в случае прикосновения к металлическим корпусам электрооборудования и металлическим конструкциям, оказавшимся под напряжением, вследствие повреждения изоляции сети или электроприемников, является зануление.

Область применения зануления:

-электроустановки напряжением до 1 кВ в трехфазных сетях переменного тока с заземленной нейтралью (сети 220/127, 380/220, 660/380 В);

-электроустановки напряжением до 1 кВ в однофазных сетях переменного тока с заземленным выводом;

-электроустановки напряжением до 1 кВ в сетях постоянного тока с заземленной средней точкой источника.

Принцип действия зануления. При замыкании фазного провода на зануленный корпус электропотребителя образуется цепь тока однофазного короткого замыкания (то есть замыкания между фазным и нулевым защитным проводниками). Ток однофазного короткого замыкания вызывает срабатывание максимальной токовой защиты, в результате чего происходит отключение поврежденной электроустановки от питающей сети. Кроме того, до срабатывания максимальной токовой защиты происходит снижение напряжения поврежденного корпуса относительно земли, что связано с защитным действием повторного заземления нулевого защитного проводника и перераспределением напряжений в сети при протекании тока короткого замыкания.