Охрана труда. Электробезопасность. Ч

21

Таблица 3.2 – Коэффициенты сезонности ηс

	Глубина заложения			Глубина заложения
Месяц	заземлителей, м		Месяц	заземлителей, м
	менее 0,8	0,8–3,5		менее 0,8	0,8–3,5
Январь	1,05	1,2	Июль	2,20	1,75
Февраль	1,05	1,10	Август	1,55	1,55
Март	1,00	1,00	Сентябрь	1,60	1,70
Апрель	1,60	1,20	Октябрь	1,55	1,60
Май	1,95	1,30	Ноябрь	1,60	1,35
Июнь	2,00	1,55	Декабрь	1,65	1,35

Сопротивление соединительной полосы равно:

ρ

2

ρ

2

2

R п

=

(

ln

2 A n

) ηc = ( 0 ,366

lg

A n

) ηc ,

2

πA п

b h

A п

h b

где h – глубина заложения полосы, м; b – ширина полосы, м.

Вычисляют расчетное сопротивление заземляющего устройства с учетом коэффициентов взаимного влияния электродов и использования полосы:

R =	R3 Rп	,
	R3 ηп + Rп n η3

где η3 – коэффициент взаимного влияния (увеличения сопротивления растеканию тока группового заземления) (таблица 3.3);

ηп – коэффициент использования полосы (таблица 3.4).

Заземление будет удовлетворять требованиям при условии R ≤ Rдоп. При условии R > Rдоп увеличивают в контуре заземлителя количество вертикальных электродов, а затем вновь находят коэффициенты использования η3 и ηм и вычисляют R.

Таблица 3.3 – Коэффициенты взаимного влияния η3 (использование вертикальных электродов группового заземлителя) при размещении электродов по контуру

Число заземлителей	Коэффициент использования вертикальных электродов
2	0,85
4	0,73
6	0,65
10	0,59
20	0,48

22

Таблица 3.4 – Коэффициенты использования горизонтальной полосы, соединяющей вертикальные электроды группового заземлителя ηп

Число вертикальных электродов	Коэффициент использования полосы
2	0,85
4	0,77
6	0,72
10	0,62
20	0,42

3.1.4Эксплуатация заземляющих устройств. В процессе эксплуата-

ции не исключена возможность повышения сопротивления растеканию тока заземлителя сверх расчетного и нарушения целостности заземляющей проводки и т. п.

Измерение сопротивления заземляющего устройства производится после монтажа, через год после включения в эксплуатацию и в последующем при комплексном ремонте электроустановки, но не реже, чем через 10 лет – на электростанциях, подстанциях и линиях электропередачи энергосистем, через 3 года – на подстанциях потребителей и через 1 год – в цеховых электроустановках потребителей.

Методика и приборы проверки заземляющих устройств изложены

в[8, п. 5].

3.2Зануление

3.2.1Назначение, принцип действия и область применения. Зануле-

ние – преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей электроустановки, которые могут оказаться под напряжением, с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока в трехфазных сетях; с глухозаземленным выводом обмотки источника тока в однофазных сетях и с глухозаземленной средней точкой обмотки источника энергии в сетях постоянного тока (рисунок 3.3).

Проводник, соединяющий зануляемые части с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки трансформатора, называется нулевым защитным проводником (НЗП). Нулевой защитный проводник следует отличать от нулевого рабочего проводника, который предназначен для питания током электроприемников. Область применения НЗП такая же, как и для заземления.

При замыкании фазы на корпус установки в цепи фаза – нуль появ-

ляется ток короткого замыкания Iк (см. рисунок 3.3), который обеспечивает срабатывание защиты и тем самым автоматически отключает поврежденную установку от питающей сети. Такой защитой являются плавкие предохранители, автоматы максимального тока и так далее. Кроме того, зануление снижает напряжение на корпусе установки относительно земли в ава-

23

рийный период (как при защитном заземлении).

Применение защитного заземления в сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В не обеспечивает защиту, т. к. при однофазном коротком замыкании корпус оборудования будет находиться под опасным напряжением (110 В) несмотря на то, что он заземлен. Токовая защита при этом не срабатывает из-за малого значения тока [8, п. 2.2.1.1].

а)

б)

а – общая схема работы зануления; б – однофазная упрощенная схема замещения

Рисунок 3.3 – Схемы работы зануления

3.2.2 Расчет зануления. Расчет зануления сводится к расчету: на отключающую способность, сопротивления заземления нейтрали (безопасности прикосновения к корпусу при замыкании фазы на землю) и сопротивления повторного заземления нулевого защитного проводника (безопасность прикосновения к корпусу при замыкании фазы на корпус).

3.2.2.1 Расчет на отключающую способность. Для надежного и бы-

строго отключения необходимо, чтобы ток короткого замыкания Iк превосходил номинальный ток срабатывания защиты:

Iк ≥ К Iном ,

где К – коэффициент кратности номинального тока;

Iном – номинальный ток плавкой вставки или ток вставки авто-

мата, А.

Коэффициент К нормируется с учетом заводской токовременной характеристики отключающего аппарата. Время срабатывания плавких вставок предохранителей и тепловых расцепителей автоматов обратно пропорционально току.

24

Автоматический выключатель с электромагнитным расцепителем обеспечивает отсечку мгновенного действия за 0,01 с.

В соответствии с ПУЭ коэффициент К должен быть равен в помещениях с нормальными условиями не менее 3 – при защите предохранителями или автоматами, имеющими тепловой расцепитель с обратной зависимой от тока характеристикой; не менее 1,4 – для автоматов с номинальным током до 100 А с электромагнитным расцепителем; 1,2 – для прочих автоматов; во взрывоопасных помещениях – не менее 4 – при защите предохранителями и не менее 6 – при защите автоматами с обратной зависимой от тока характеристикой, а при защите автоматами с электромагнитным расцепителем – 1,4.

Сила тока короткого замыкания Iк (см. рисунок 3.3) зависит от фазного напряжения сети Uф и сопротивлений цепи; от полных сопротивлений трансформатора ZТ, фазного проводника ZФ, нулевого защитного проводника Zн.з., внешнего индуктивного сопротивления петли (контура) фазный проводник – нулевой защитный проводник (петли фаза–нуль) Хп, а также от активных сопротивлений заземленной нейтрали обмоток источника (трансформатора) ro и повторного заземления нулевого защитного проводника rп.

Поскольку ro и rп, как правило, велики по сравнению с другими сопротивлениями цепи, можно не принимать во внимание параллельную ветвь, образованную ими. Тогда расчетная схема упростится (см. рисунок 3.3, б), а выражение для тока короткого замыкания Iк, А, в комплексной форме будет

	Iк =			Uф
		Z Т / 3 + ZФ		+ Z Н.З. + j ХП
или			U
		Iк =			ф		,
			Z Т / 3		+ Z П
где	Uф – фазное напряжение сети, В;
	ZТ – комплекс полного сопротивления обмоток трехфазного ис-
точника тока (трансформатора) (таблица 3.5), Ом;
	ZФ – комплекс полного				сопротивления фазного привода,
ZФ = Rф + jXф;

ZН.З. – комплекс полного сопротивления нулевого защитного

проводника, ZН.З.= RН.З.+ jXН.З.;

Rф и RН.З. – активное сопротивление фазного и нулевого защитного проводников, Ом;

XФ и XН.З. – внутренние индивидуальные сопротивления фазного и нулевого защитного проводников, Ом;

25

ZП – комплекс полного сопротивления петли фаза–нуль,

ZП = ZФ+ ZН.З.+ jXП;

j – множитель мнимой части комплексного числа, j = −1 . При расчете зануления допустимо применять приближенную формулу

для вычисления действительного значения (модуля) тока короткого замыкания Iк, А, в которой модули сопротивлений трансформатора и петли фа- за–нуль ZТ и ZП, Ом, складываются арифметически:

	Iк =	UФ		.
		ZТ / 3	+ ZП

Некоторая неточность (около 5 %) этой формулы ужесточает требования безопасности и поэтому считается допустимой.

Полное сопротивление петли фаза-нуль в действительной форме (модуль) равно:

ZП = (RФ + RН.З. )2 +( ХФ + ХН.З. + ХП )2 .

Задача расчета – подобрать сечение нулевых защитных проводов таким образом, чтобы удовлетворялось неравенство

К IНОМ ≤

UФ

.

Z

Т

/ 3

+

(R + R

)2 +( Х

Ф

+ Х

Н.З.

+ Х

П

)2

Ф Н.З.

Здесь неизвестными являются лишь сопротивления нулевого защитного проводника RН.З. и ХН.З., которые могут быть определены соответствующими вычислениями по этой же формуле. Однако эти вычисления обычно не производятся, поскольку сечения нулевого защитного проводника и его материал принимаются заранее из условия, чтобы полная проводимость нулевого защитного проводника была не менее 50 % полной проводимости фазного провода. Таким образом, расчет зануления на отключающую способность является проверочным расчетом правильности выбора проводимости петли фаза–нуль.

В качестве нулевых защитных проводников ПУЭ рекомендуют применять неизолированные или изолированные проводники, а также различные неметаллические конструкции зданий, подкрановые пути, стальные трубы электропроводок, трубопроводы и т. п. Рекомендуется использовать нулевые рабочие провода, которые должны обладать достаточной проводимостью (RН.З. ≤ 2RФ) и не должны иметь предохранителейивыключателей.

Значение ZТ зависит от мощности трансформатора, напряжения и схемы соединения трансформатора. При расчетах зануления ZТ берется из таблицы 3.5.

26

Таблица 3.5 – Полное сопротивление трансформаторов с различным								напряже-
нием 400/230 В
Схема со-			Полное сопротивление Zт при мощности трансформатора
единения					Р, кВ А
обмоток		25		40	100	400		1000
/ Y		0,9		0,56	0,23	0,06		0,03
Y / Y		3,11		1,95	0,78	0,20		0,08

Значения RН.З. и RФ для цветных металлов (медь, алюминий) определяют по известным данным: сечению S, мм2, длине A, м, и материалу.

Поэтому искомое сопротивление

R = ρ A/ S ,

где ρ – удельное сопротивление проводника; для меди ρ = 0,018; для алюминия ρ = 0,028 Ом мм2/м.

Для фазных проводников сечение и материал проводников определяются при расчете электрической сети в зависимости от мощности потребителей энергии, их размещения и т. п. Сечение нулевого защитного проводника SН.З., мм2, принимается из условия, что RН.З. ≤ 2RФ.

Если нулевой защитный проводник стальной, то его активное сопротивление RН.З. зависит от плотности тока и определяется с помощью таблицы 3.2.

Для этого необходимо задаться профилем и сечением проводника, а также знать его длину и ожидаемое значение тока короткого замыкания (КЗ) Iк , который будет проходить по этому проводнику в аварийный период. Сечение проводника задается из расчета, чтобы плотность тока КЗ в нем была в пределах примерно 0,5– 2,0 А/мм2.

Значения ХН.З. и ХФ для медных и алюминиевых проводников сравнительно малы (около 0,016 Ом/км), поэтому ими можно пренебречь. Для стальных проводников внутренние индуктивные сопротивления оказываются достаточно большими и их определяют с помощью таблицы 3.6. В этом случае также необходимо знать профиль и сечение проводника, его длину и ожидаемое значение тока Iк .

Фазный и нулевой провода образуют двухпроводную линию, которая представляет собой как бы один большой виток, взаимоиндукция которого зависит от расстояния между проводами линии Д, м; длины линии l, м; диаметра проводов d, м; индуктивности линии и других параметров.

При малых значениях Д, соизмеримых с диаметром проводов d, то есть когда фазный и нулевой проводники расположены в непосредственной близости один от другого, сопротивление ХП незначительно (не более 0,1 Ом/км) и им можно пренебречь.

27

В практических расчетах обычно для воздушных линий принимают

ХП = 0,6 Ом/км.

Таблица 3.6 – Активные rϖ и внутренние индуктивные Xϖ сопротивления стальных проводников при переменном токе 50 Гц

	Сечение,		rϖ		Xϖ	rϖ		Xϖ		rϖ		Xϖ	rϖ			Xϖ
Размер				при ожидаемой плотности тока в проводнике, А/мм										2
	мм2
				0,5			1,0				1,5				2,0
		Полоса прямоугольного сечения
20×4	80		5,24		3,14	4,20		2,52		3,48		2,09	2,97			1,78
30×4	120		3,66		2,20	2,91		1,75		2,38		1,43	2,04			1,22
30×5	150		3,28		2,03	2,56		1,54		2,08		1,25	–			–
40×4	160		2,80		1,68	2,24		1,34		1,81		1,09	1,54			0,92
		Полоса прямоугольного сечения
50×4	200		2,28		1,37	1,79		1,07		1,45		0,87	1,24			0,74
50×5	250		2,10		1,26	1,60		0,96		1,28		0,77	–			–
60×5	300		1,77		1,06	1,34		0,80		1,80		1,08	–			–
			Проводник круглого сечения
5	19,63		17,0		10,2	14,4		8,65		12,4		7,54	10,7			6,4
6	28,27		13,7		8,20	11,2		6,70		9,4		5,65	8,0			4,8
8	50,27		9,60		5,75	7,5		4,5		6,4		3,84	5,3			3,2
10	78,54		7,20		4,32	5,4		3,24		4,2		2,52	–			–
12	113,1		5,60		3,36	4,0		2,40		–		–	–			–
14	150,9		4,36		2,73	3,2		1,92		–		–	–			–
16	201,1		3,72		2,30	2,7		1,10		–		–	–			–

3.2.3 Заземление нейтрали обмоток источника тока и повторные заземления нулевого защитного проводника. При отсутствии заземления нейтрали обмоток источника тока и замыкании фазы на землю токовая защита не срабатывает и между зануленным оборудованием и землей возникает напряжение, близкое по значению к фазному напряжению. Указанное положение очень опасно.

Повторное заземление нулевого защитного проводника снижает напряжение на зануленных корпусах в период замыкания фазы на корпус. При обрыве нулевого защитного проводника и замыкании фазы на корпус за местом обрыва повторное заземление нулевого защитного проводника значительно уменьшает опасность поражения током, но не устраняет ее полностью.

Повторное заземление осуществляется на концах воздушных линий к электроустановкам, которые подлежат занулению.

28

Вкачестве заземлителей для повторного заземления могут быть использованы естественные заземлители (подземные части опор, металлические конструкции и т. д.) и, если естественные заземлители отсутствуют, искусственные заземлители.

Всетях, где применяются зануления, нельзя заземлять корпус приемника тока, не присоединив его к нулевому защитному проводнику. В случае замыкания фазы на заземленный, но не присоединенный к нулевому защитному проводнику корпус, между этим корпусом и землей возникает напряжение. При равенстве сопротивлений заземлителей нейтрали обмоток источника тока и корпуса оно равно: Uф / 2 =110 В. При этом за-

щита из-за малого значения тока, как правило, не способна отключить установку от сети. Такое же напряжение возникает и между всеми корпусами, присоединенными к нулевому защитному проводнику, и землей.

Одновременно зануление и заземление одного и того же корпуса улучшает условия безопасности, так как создает дополнительное заземление нулевого защитного проводника.

3.2.4 Контроль исправности зануления. По окончании монтажных и ремонтных работ, а также в процессе эксплуатации системы зануления (не реже одного раза в 5 лет) измеряют сопротивление заземления нейтрали и повторного заземления нулевого проводника, проверяют состояние элементов заземляющих устройств, измеряют сопротивление петли фаза–нуль и так далее.

Сопротивление петли фаза–нуль проверяют для наиболее удаленных и наиболее мощных приемников. При измерении сопротивления петли фа- за–нуль с помощью вольтметра и амперметра необходимо отключать установку от сети, кроме этой схемы для измерения полного сопротивления петли фаза–нуль существуют схемы без отключения оборудования.

3.3 Защитное отключение

Защитное отключение представляет собой быстродействующую защиту, обеспечивающую автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током.

При использовании этого вида защиты безопасность обеспечивается быстродействующим (0,1–0,2 с) отключением аварийного участка или всей сети при однофазном замыкании на землю или на элементы электрооборудования, нормально изолированные от земли, а также при прикосновении человека к частям, находящимся под напряжением.

Принцип работы защитно-отключающего устройства состоит в том, что оно постоянно контролирует величину входного сигнала (напряжение корпуса относительно земли, силу тока замыкания на корпус, напряжение фаз относительно земли, напряжение нулевой последовательности и т. п.) и

29

сравнивает его с установленным значением (уставкой). Если входной сигнал отличается от уставки в худшую сторону, то устройство срабатывает и отключает электроустановку от сети.

Защитно-отключающие устройства включают следующие элементы: датчик, представляющий собой чувствительный элемент и воспринимающий входной сигнал (иногда называется фильтром); автоматический выключатель – исполнительный орган, отключающий электроустановку или участок сети при поступлении аварийного сигнала.

На рисунке 3.4 приведена наиболее простая схема защитного отключения, срабатывающего при появлении напряжения на корпусе электрооборудования относительно земли. В схемах этого типа датчиком служит реле напряжения РЗ, включенное между корпусом и вспомогательным заземлителем.

Защитное отключение может служить дополнением к системам защитных заземления и зануления, а также единственным и основным средством защиты.

Р3 – защитное реле; К3 – замыкающие контакты; АВ – автоматический выключатель; Кн – контрольная кнопка; R3 – защитное заземление; RВ – вспомогательное заземление

Рисунок 3.4 – Схема защитного отключения, срабатывающего при появлении напряжения на корпусе относительно земли

30

Список литературы

1 ГОСТ 12.1.030-81. Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление. – М. : Изд-во стандар-

тов, 1987. – 9 с.

2 Межотраслевые правила по охране труда при работе в электроустановках : утв. Постановлением М-ва труда и социальной защиты Респ. Беларусь и М-ва энергетики Респ. Беларусь от 30.12.08 г. № 205/59. – Минск : Центр охраны труда и пром. безопасности, 2009. – 185 с.

3 Долин, П. А. Основы техники безопасности в электроустановках / П. А. Долин. – М. : Энергоатомиздат, 1984. – 448 с.

4 Долин, П. А. Справочник по технике безопасности / П. А. Долин. – М. : Энергоатомиздат, 1984. – 824 с.

5 Инженерные решения по охране труда в строительстве / Под ред. Г. Г. Орлова. – М. : Стройиздат, 1985. – 278 с.

6Правила устройства электроустановок. – 6-е изд. – СПб. : ДЕАН, 2004. – 464 с.

7Кисаримов, Р. А. Справочник электрика / Р. А. Кисаримов. – М. :

КУбК-а, 1997. – 320 с. : ил.

8Электробезопасность : метод. указания для выполнения разделов «Безопасность и экологичность проекта» и «Охрана труда и окружающей среды» в дипломных проектах и работах для всех специальностей / Сост. С. В. Матусевич. – Могилев : Белорус.-Рос. ун-т, 2012. – Ч. 2. – 28 с.