bezopasnost_zhiznedeyatelnosti_uchebnik_bezopasnost_truda_na_zheleznodorozhnom_transporte_2014

–до 1 кВ с глухозаземленной нейтралью;

–до 1 кВ с изолированной нейтралью.

В сетях с изолированной нейтралью, где ток замыкания на землю не зависит от сопротивления заземляющего устройства, защитное заземление наиболее эффективно и является основной технической мерой защиты.

Расчет заземлителей электроустановок напряжением до 1 кВ, а также свыше 1 до 35 кВ включительно выполняют обычно методом коэффициентов использования по допустимому сопротивлению заземлителя растеканию тока. При этом допускают, что заземлитель находится в однородной земле. Для электроустановок в сети с эффективно заземленной нейтралью напряжением 110 кВ и выше заземлитель рассчитывают способом наведенных потенциалов как по допустимому сопротивлению, так и по допустимому напряжению прикосновения. При этом учитывают многослойное строение земли, представляя ее в расчете в виде двухслойной модели.

Цель расчета защитного заземления — определение числа электродов заземлителя и заземляющих проводников, их размеров и схемы размещения в земле, при которых сопротивление заземляющего устройства не превышает допустимых значений.

Для расчета используют следующие данные:

–характеристика электроустановки (рабочее напряжение, мощность, вид оборудования, режим нейтрали питающей сети);

–план электроустановки с указанием размеров и размещения оборудования;

–данные об естественных заземлителях, в частности измеренное сопротивление конструкций растеканию тока, которые допускаются ПУЭ для использования в качестве заземлителей: проложенные под землей трубы и другие металлические трубопроводы (исключая трубопроводы горючих и взрывчатых жидкостей и газов), металлические конструкции и арматура железобетонных конструкций зданий

исооружений, свинцовые оболочки кабелей, проложенных в земле, рельсовые пути неэлектрифицированного транспорта. Если сопротивление естественного заземлителя нельзя измерить, то нужно иметь сведения о его конфигурации, размерах, материале, глубине заложения в землю и другие данные, необходимые для определения его сопротивления расчетным методом;

201

–электрическое удельное сопротивление земли на участке размещения заземлителя и признаки климатической зоны, в пределах

которой сооружается заземлитель.Расчетное удельное сопротивление определяют по формуле ρ = ρиψ, где ψ — коэффициент сезонности, значение которого зависит от климатической зоны, в которой

сооружают заземлитель; ρи — среднее удельное сопротивление земли, Ом·м; значения ψ для однородной земли указаны в табл. 5.5, а ориентировочные значения удельных электрических сопротивлений различных видов земель и воды — в табл. 5.6;

–для электроустановок напряжением свыше 1 кВ — расчетный ток Iз замыкания на землю.

	Коэффициенты сезонности ψ для однородной земли						Таблица 5.5
Клима-	Влажность земли * во время			Клима-	Влажность земли * во время
	измерения ее сопротивления				измерения ее сопротивления
тическая				тическая
	повышен-	нормаль-			повышен-	нормаль-
зона			малая	зона				малая
	ная	ная			ная	ная
Вертикальный электрод длиной 3 м				Горизонтальный электрод длиной 10 м
I	1,9	1,7	1,5	I	9,3	5,5		4,1
II	1,7	1,5	1,3	II	5,9	3,5		2,6
III	1,5	1,3	1,2	III	4,2	2,5		2,0
IV	1,3	1,1	1,0	IV	2,5	1,5		1.1
Вертикальный электрод длиной 5 м				Горизонтальный электрод длиной 50 м
I	1,5	1,4	1,3	I	7,2	4,5		3,6
II	1,4	1,3	1,2	II	4,8	3,0		2,4
III	1,3	1,2	1,1	III	3,2	2,0		1,6
IV	1,2	1,1	1,0	IV	2,2	1,4		1,12

*Считается, что земля имеет повышенную влажность, если измерению

еесопротивления предшествовало выпадение большого количества (свыше нормы) осадков (дождей); нормальную влажность — если предшествовало выпадение близкого к норме количества осадков; малую влажность — если количество осадков было ниже нормы.

Примечание. Расстояние от поверхности земли до верхнего конца вертикальных электродов и до горизонтального электрода равно 0,7—0,8 м.

202

Таблица 5.6

Ориентировочные значения удельных электрических сопротивлений различных видов земли и воды

Вид земли и воды	ρ, Ом·м	Вид земли и воды	ρ, Ом·м
Кокс, коксовая мелочь	20—60	Торф	10—30
Гранит	1000—1200	Чернозем	10—50
Садовая земля	20—60	Каменный уголь	100—150
Известняк пористый	150—200	Глины пластинчатые	3—80
Сланцы графитовые	10-100	Глины полутвердые	40—80
Аргилиты	10—60	Мел	20—100
Алевриты	100—300	Суглинок пластинчатый	5—40
Пахотная земля	20—180	Почва	10—300
Супесь водонасыщенная	20—60	Супесь влажная	100—200
Супесь слабовлажная	200—400	Лесс	200—300
Мергели глинистые	10—100	Мергели	100—250
Мергели известковистые	250—400	Известняк плотный	1000—2000
Скальные породы	1000—3000	Гравий, щебень	4000—7000
Песок при глубине залегания вод менее 5 м			300—700
Песок при глубине залегания вод 6—10 м			500—1500
Вода морская			0,2—1
речная			10—100
прудовая			40—50
грунтовая			20—70
в ручьях			10—60

Числовые значения допустимых сопротивлений заземляющего устройства Rдоп установлены ПУЭ в зависимости от режима нейтрали, уровня напряжения электроустановки и удельного сопротивления грунта. При использовании естественного заземлителя наибольшее допустимое сопротивление сооружаемого искусственного заземлителя Rи.доп рассчитывают по формуле

Rи.доп = RеRдоп /(RгRдоп ),

где Rе — сопротивление растеканию тока используемого естественного заземлителя.

203

Для заземления стационарных электроустановок наибольшее распространение получили групповые искусственные заземлители, размещенные в земле на определенной глубине. Они представляют собой систему вертикальных электродов, параллельно соединенных между собой горизонтальным проводником связи. Вертикальные электроды располагают в ряд или по контуру. Соседние вертикальные электроды рекомендуется располагать (если позволяют размеры отведенной под заземлитель площадки) на расстоянии а не менее 2,5 м. Для заземлителей, расположенных в ряд, отношение а к длине l вертикального электрода предпочтительно выбирать равным 2—3, а при расположении электродов по контуру — равным 3.

Сопротивление одиночного вертикального электрода можно определить с помощью соответствующих расчетных зависимостей, приведенных в табл. 5.7. Например, при использовании стальных стержней длиной l, круглого сечения диаметром d, находящихся у поверхности земли, сопротивление рассчитывают по формуле

R

= ρ

ln 4l /d.

в

2πl

Ориентировочное число п вертикальных электродов можно оп-

ределить с некоторым избытком следующим образом.

Таблица 5.7

Формулы для расчета сопротивления одиночных заземлителей, размещенных

в однородном грунте

Тип

Схема

Формула

Условия

заземлителя

применения

1

2

3

4

Стержневой

l >> d

круглого се-

для уголков с

чения (труб-

R =

ρ

4l

шириной пол-

чатый) или

ки b

2πl

ln

d

уголковый у

d = 0,95b

поверхности

земли

То же в земле

R =

ρ

2l

+

1

4t +l

l >> d;t0 >> 0,5

ln

ln

для уголка с

2πl

d

2

4t −l

шириной пол-

t = t0

+

l

ки b

2

d = 0,95b

204

										Окончание табл. 5.7
1	2				3					4
Протяжен-										l >> d
ный на по-										Для полосы
верхности				ρ		2l				шириной b
земли (стер-	R =									d = 0,5b
				πl		ln	d
жень, труба,
полоса, ка-
бель и т.п.)
То же в земле										l >> d; L>> 4t
				ρ		l 2				для полосы
	R =									шириной b
			2πl			ln				d = 0,5b
						dt
Кольцевой на			ρ							D >> d
поверхности	R	=				8D				для полосы
земли						ln				шириной b
		π2D				d
										d = 0,5b
То же в земле										D >> d ; D >> 2t
		ρ					4πD		2	для полосы
	R =									шириной b
		2			ln
				D			dt			d = 0,5b
		2π
Круглая плас-						ρ
тина на по-		R =								—
верхности						2D
земли
Предварительно находят произведение коэффициента использо-
вания вертикальных электродов η на их число n по формуле ηвn =
= Rв / Rи.доп, а затем по табл. 5.8 определяют число вертикальных
электродов	п. Не указанные в таблице значения п находят мето-

дом интерполяции. Полученные значения округляют в меньшую сторону до целых чисел.

С учетом схемы размещения заземлителя в грунте находим длину L (м) горизонтального проводника связи по формулам:

–при расположении электродов в ряд L = 1,05(n – 1)a;

–при расположении электродов по контуру L = 1,05an.

205

Сопротивление горизонтального проводника связи в виде стальной полосы шириной b, соединяющего верхние концы вертикальных электродов, можно определить по формуле

R =	ρ	ln	2L2	.
г	2πl		bt0

Значения ρ в представленных формулах берут с учетом соответствующих коэффициентов сезонности (см. табл. 5.5 и 5.6). Результирующее сопротивление группового заземлителя находят по формуле

Rи	=		RвRг		,
		Rв	ηг + Rг
				ηв

где ηг, ηв — коэффициенты использования горизонтального и вертикального электродов, значения которых представлены в табл. 5.8 и 5.9. Полученное

значение Rи не должно превышать Rи.доп. В то же время Rи не должно быть существенно меньше допустимого значения, чтобы избежать неоправданно

больших затрат.

Таблица 5.8

Коэффициенты использования ηв вертикальных электродов без учета влияния

полосы связи и их числа n

	a/l	При размещении в ряд			При размещении по контуру
		ηвn	n	ηв	ηвn	n	ηв
	1	2	3	4	5	6	7
		1,7	2	0,85	2,76	4	0,69
		2,34	3	0,78	3,66	6	0,61
		2,92	4	0,73	5,50	10	0,55
	1	3,5	5	0,7	9,40	20	0,47
		3,9	6	0,65	16,40	40	0,41
		5,9	10	0,59	23,40	60	0,39
		8,1	15	0,54	36,00	100	0,36
		9,6	20	0,48	—	—	—
		1,82	2	0,91	3,12	4	0,78
	2	2,61	3	0,87	4,38	6	0,73
		3,32	4	0,83	6,80	10	0,68

206

Окончание табл. 5.8

	1				2		3				4			5			6			7
				4,05			5				0,81			12,60			20		0,63
				4,62			6				0,77			23,20			40		0,58
	2			7,40			10				0,74			33,0			60		0,55
				10,50			15				0,70			52,0			100		0,52
				13,40			20				0,67			—			—			—
				1,88			2				0,94			3,4			4		0,85
				2,73			3				0,91			4,8			6		0,80
				3,56			4				0,89			7,6			10		0,76
	3			4,35			5				0,87			14,2			20		0,71
				5,10			6				0,85			26,4			40		0,66
				8,10			10				0,81			38,4			60		0,64
				11,70			15				0,78			62,0			100		0,62
				15,20			20				0,76			—			—			—
																		Таблица 5.9
	Коэффициенты использования горизонтального полосового электрода,
						соединяющего вертикальные электроды
								Число вертикальных электродов
a/l
		2		4		6		8	10		20	30		40	50		60	70			100
							При расположении электродов в ряд
1		0,85		0,77		0,72		0,67	0,62		0,42	0,31		—	0,21		—		—		—
2		0,94		0,89		0,84		0,79	0,75		0,56	0,46		—	0,36		—		—		—
3		0,96		0,92		0,88		0,85	0,82		0,68	0,58		—	0,49		—		—		—
						При расположении электродов по контуру
1		—		0,45		0,40		0,36	0,34		0,27	0,24		0,22	0,21		0,20	0,20			0,19
2		—		0,56		0,48		0,43	0,40		0,32	0,30		0,29	0,0,28		0,27	0,26			0,23
3		—		0,70		0,64		0,60	0,56		0,45	0,41		0,39	0,37		0,36	0,35			0,33

На каждое находящееся в эксплуатации заземляющее устройства заводится паспорт, содержащий схему устройства, основные технические данные о результатах проверки его состояния. Сопротивление заземляющего устройства измеряется после монтажа и переустройства и капитального ремонта в периоды наибольшего

207

					высыхания грунта, но не реже
					1 раза в 6 лет. Если в резуль-
					тате измерений окажется, что
					сопротивление заземляющего
					устройства выросло, его сле-
					дует привести в соответствие
					с нормой. Уменьшение со-
					противления		заземляющего
					устройства может быть до-
					стигнуто путем солевой об-
					работки	грунта, добавления
	Рис. 5.9. Схема работы защитного зазем-				в грунт	около	заземлителей
					хорошо	сохраняющих влагу
	ления в сети с глухозаземленной
					веществ,	забивку дополни-
			нейтралью

тельных электродов и др.

В сетях с глухозаземленной нейтралью защитное заземление приводит к снижению тока через тело человека, но необходимых условий электробезопасности одно защитное заземление обеспечить не может. Так, например, в сети с глухозаземленной нейтралью напряжением 380/220 В при замыкании фазы на заземленный корпус (рис. 5.9) напряжение на корпусе составит

Uк = IзRзу = UфRзу/(Rзу+Rо),

где Uф — фазовое напряжение сети;

Rо —защитное заземление нейтрали трансформатора, которое по требованиям ПУЭ не может превышать, как правило, нескольких Ом.

При Uф = 220 В, Rо = Rзу напряжение на корпусе составит Uк =

=110 В, что недопустимо по условиям электробезопасности.

Втаких случаях правилами (ПУЭ) предусматривается применение автоматического отключения источника питания в качестве основной меры защиты. Для этого открытые проводящие части

(корпуса) электропотребителей присоединяют дополнительным защитным проводником, обозначаемым на схемах буквами «PE», к

глухозаземленной нейтрали источника питания (защитное зануление), а для автоматического отключения должны быть применены защитно-коммутационные аппараты, реагирующие на сверхтоки или на дифференциальный ток. При этом время автоматического отключения не должно превышать значений, указанных в табл. 5.10.

208

Таблица 5.10

Наибольшие допустимые времена защитного автоматического отключения в сети с глухозаземленной нейтралью.

Номинальное фазное напряжение Uф, В	Время отключения, с
127	0,8
220	0,4
380	0,2
Более 380	0,1

Принципиальная схема защитного зануления приведена на рис. 5.10. Из схемы видно, что любое замыкание токоведущей части на корпус превращается в короткое замыкание, при котором должна сработать максимальная токовая защита, отключающая поврежденную электроустановку от питающей сети:

Iз = Iкз = Uф /Rпр,

где Rпр— сопротивление петли «фаза—нуль», т.е. фазного и нулевого защитного проводников сети (Rф+RPE).

Сопротивление фазного и нулевого защитного проводников зависят от материала, длины и их сечения, т.е. определяется конструкцией питающей сети, и не зависит от подключаемой нагрузки. В качестве аппаратов защиты электрических сетей напряжением до 1000 В используются автоматические выключатели или плавкие предохранители. Требуемое время отключения поврежденной электроустановки обеспечивается, если ток короткого замыкания

	превышает номинальный ток
	установленного аппарата за-
	щиты,	зависящий,		в свою
	очередь, от типа коммута-
	ционного аппарата, в К раз.
	Так, например, при защите
	плавкими предохранителями
	этот коэффициент			должен
	быть не менее 3.
	Для	проверки		соответ-
	ствия тока плавления пре-
	дохранителей		или	уставок	Рис. 5.10. Принципиальная схема защит-
	расцепителей		автоматичес-
					ного зануления

209

Рис. 5.11. Схема системы TN-C (про-	Рис. 5.12. Схема системы TN-S (нуле-
водники N и PE совмещены в одном	вой рабочий N и нулевой защитный
проводнике PEN на всем протяжении	PE проводники разделены на всем
сети)	протяжении сети)

Рис. 5.13. Система TN-C-S (нулевой рабочий N и нулевой защитный PE проводники совмещены в одном проводнике только в какой-то части сети, начиная от источника питания)

ких выключателей току короткого замыкания электропотребителей периодически измеряют сопротивление петли «фаза—ноль» с помощью специально предназначенных для этих целей приборов. Измерения проводят при профилактических работах, а также при капитальном и текущем ремонтах, но не реже 1 раза в 6 лет.

В сетях с глухозаземленной нейтралью напряжением до 1000 В нулевой рабочий N и нулевой защитный PE проводники могут быть:

–совмещены в одном проводнике PEN на всем протяжении сети (система TN-C) (рис. 5.11);

–разделены на всем протяжении сети (система TN-S) (рис.

5.12);

–совмещены в одном проводнике только в какой-то части сети, начиная от источника питания (система TN-C-S) (рис. 5.13).

210