7. Заземляющие устройства.
Заземление электроустановки — преднамеренное электрическое соединение ее корпуса с заземляющим устройством.
Заземление электроустановок бывает двух типов: защитное заземление и зануление, которые имеют одно и тоже назначение - защитить человека от поражения электрическим током, если он прикоснулся к корпусу электроприбора, который из-за нарушения изоляции оказался под напряжением.
В случае возникновения пробоя изоляции между фазой и корпусом электроустановки корпус ее может оказаться под напряжением. Если к корпусу в это время прикоснулся человек - ток, проходящий через человека, не представляет опасности, потому что его основная часть потечет по защитному заземлению, которое обладает очень низким сопротивлением. Защитное заземление состоит из заземлителя и заземляющих проводников.
Есть два вида заземлителей – естественные и искусственные.К естественным заземлителям относятся металлические конструкции зданий, надежно соединенные с землей.
В качестве искусственных заземлителей используют стальные трубы, стержни или уголок, длиной не менее 2,5 м, забитых в землю и соединенных друг с другом стальными полосами или приваренной проволокой. В качестве заземляющих проводников, соединяющих заземлитель с заземляющими приборами обычно используют стальные или медные шины, которые либо приваривают к корпусам машин, либо соединяют с ними болтами. Защитному заземлению подлежат металлические корпуса электрических машин, трансформаторов, щиты, шкафы.
Защитное заземление значительно снижает напряжение, под которое может попасть человек, но это напряжение, может быть не равно нулю. Это объясняется тем, что проводники заземления, сам заземлитель и земля имеют некоторое сопротивление. При повреждении изоляции ток замыкания протекает по корпусу электроустановки, заземлителю и далее по земле к нейтрали трансформатора, вызывая на их сопротивлении падение напряжения. Для уменьшения этого напряжения необходимо принять меры к снижению сопротивления заземлителя относительно земли, например, увеличить количество исскуственных заземлителей.
Зануление — преднамеренное электрическое соединение частей электроустановки, нормально не находящихся под напряжением с глухо заземленной нейтралью трансформатора через нулевой провод сети. Это приводит к тому, что замыкание любой из фаз на корпус электроустановки превращается в короткое замыкание этой фазы с нулевым проводом. Ток в этом случае возникает значительно больший, чем при использовании защитного заземления, и защитная аппаратура сработает эффективнее. Быстрое и полное отключение поврежденного оборудования — основное назначение зануления.
Сопротивление заземляющего устройства в электроустановках не должно превышать 0,5 Ом.
7.1. Расчёт заземления.
Сопротивление заземляющего устройства при протекании через него расчётного тока в любое время года должно удовлетворять условию:
;
(4.3)
где Iр – расчётный ток через заземляющее устройство (А), Uр – расчётное напряжение на заземляющем устройстве по отношению к земле (В).
Если заземляющее устройство используется только для электроустановок напряжением выше 1000 В, то Uр принимается равным 250 В, если заземляющее устройство одновременно используется и для электроустановок напряжением до 1000 В, то Uр принимается равным 125 В.
Сопротивление заземляющего устройства для сетей напряжением выше 1000 В с малыми токами замыкания на землю должно быть не более 10 Ом.
Сопротивление заземляющего устройства в установках напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью должно быть не более 4 Ом.
Если заземляющее устройство является общим для нескольких электроустановок, то расчётным сопротивлением заземляющего устройства является наименьшее из требуемых.
Расчёт заземляющих устройств сводится к расчёту собственного заземления. Расчёт сопротивления заземлителя производится в следующем порядке.
Выбираются типы вертикальных и горизонтальных электродов, их размеры, положение и глубину заложения в грунте. В данном случае это будет контурное заземляющее устройство. В качестве вертикальных заземлителей принимаем металлический уголок с шириной сторон 50 мм, длиной 2,5 м. Уголки вертикально забиваются в землю на глубину 0,7 – 1 м.
Рекомендуемое для предварительных расчётов удельное сопротивление грунта в месте сооружения заземления – 1000 Ом·м. Повышающие коэффициенты, учитывающих высыхание грунта летом и промерзания зимой, для горизонтальных электродов и для вертикальных стержневых электродов равны 4,5 и 1,8.
Расчётное удельное сопротивление для горизонтальных электродов:
ρрасч.=4,5·100=450 Ом·м
Расчётное удельное сопротивление для вертикальных электродов:
ρрасч.=1,8·100=180 Ом·м
Определяем сопротивление растеканию одного вертикального электрода Rв по формуле:
;
(4.4)
где l – длина электрода (м), by – ширина сторон уголка (м), t – глубина заложения электрода, равная расстоянию от поверхности земли до середины электрода (м).
Определяется примерное число вертикальных электродов при предварительном принятом коэффициенте использования:
;
(4.5)
где Rн – необходимое сопротивление искусственного заземлителя (Ом), ηв – коэффициент использования вертикальных заземлителей.
Суммарное сопротивление всех вертикальных заземлителей составляет:
;
(4.6)
Определяется сопротивление растеканию горизонтальных электродов Rг, состоящих из металлических полос:
;
(4.7)
где b – ширина полосы (м), ηг – коэффициент использования горизонтальных соединительных электродов в контуре из вертикальных электродов.
Определяется сопротивление всего заземляющего контура:
;
(4.8)
Для подстанции напряжением 10/0,4 кВ должно быть выполнено одно общее заземляющее устпройство с сопротивлением заземляющего контура не более 4 Ом.
Сопротивление растеканию одного вертикального электрода:
Ом
Число вертикальных заземлителей:
Примем количество вертикальных электродов 10 штукам.
Суммарное сопротивление всех вертикальных заземлителей:
Ом
Вертикальные заземлители соединяются металлическими полосами, шириной 0,05 м и суммарной длиной 60 м. Сопротивление горизонтального заземлителя при этом равно:
Ом
Сопротивление всего заземляющего контура:
Ом
Полученное сопротивление удовлетворяет требованиям, предъявляемым к электроустановкам до 1000 В.